Екструдер для 3D-принтера - принцип роботи екструдера, важливі характеристики і види
- Пристрій екструдера 3D-принтера
- Боуден-екструдер
- Важливі характеристики екструдерів філамента
- подвійний екструдер
- екструдери пасти
- Нестандартні та перспективні екструдери
Завдяки простоті і дешевизні, FDM -прінтери дуже популярні. Саме такі пристрої становлять більшість "домашніх" і саморобних моделей.
Друкуюча головка FDM-принтера називається екструдером (від extrude - видавлювати), що відображає її принцип дії: екструдер створює об'єкт пошарово, видавлюючи розм'якшений матеріал через сопло. Тюбик із зубною пастою, клейовий пістолет, шприц з силіконовим герметиком - діють за аналогічною схемою.
Найчастіше, для друку в FDM-пристроях використовуються термопластики ABS і PLA у вигляді філамента (нитки), тому, в першу чергу, ми розглянемо такі екструдери.
Пристрій екструдера 3D-принтера
Типовий екструдер для друку пластиком ділиться на дві основні частини: блок з механізмом подачі філамента (колд-енд, "холодний кінець", cold end) і сопло з нагрівачем (хот-енд, "гарячий кінець", hot-end).
Екструдер 3D-принтера Solidoodle. Добре видно червоний филамент, затиснутий між подає роликом (ліворуч) і притискним. Прямокутна алюмінієва деталь на соплі - нагрівач.
Подають ролики (втулки)
Подавач філамента складається з колеса (шестерні), з'єднаного з електромотором (безпосередньо або через редуктор), і притискного механізму. Подає колесо, обертаючись, витягує филамент з котушки і направляє його в хот-енд, де пластик плавиться під впливом високої температури і видавлюється через отвір в соплі.
"Гарячий кінець" екструдера роблять з металу з високою теплопровідністю (алюмінію або латуні); нагрівальний елемент, як правило, виконаний у вигляді одного-двох резисторів або спіралі з ніхромового дроту. Для відстеження та подальшої регулювання температури, до сопла екструдера кріпиться датчик (термопара).
Екструдер 3D-принтера Printbox3D One з системою охолодження
Хот-енд сильно розігрівається під час роботи, а решта частини екструдера повинні залишатися холодними, інакше филамент починає плавитися занадто рано. Тому, між "холодним" і "гарячим" кінцями екструдера встановлюється теплоизолирующая вставка (зазвичай з термостійкого пластика PEEK). Крім того, для охолодження колд-енду, в друкувальну голівку часто вбудовують радіатор з вентилятором.
Боуден-екструдер
Крім екструдерів з прямою подачею пластика, конструкція яких розглянута вище, існує т.зв. Боуден-екструдери ( "екструдер Боудена", Bowden extruder). Єдина їх відмінність в тому, що блок подачі філамента і сопло рознесені: колд-енд жорстко закріплений на рамі 3D-принтера, а хот-енд знаходиться на рухомий друкуючої голівці. Філамент, при цьому, подається в сопло по довгій тефлоновим трубці (за принципом Боуден-троса ).
На практиці це виглядає приблизно так
Подібне рішення дозволяє знизити масу і габарити друкуючої головки, завдяки чому збільшується швидкість роботи принтера, але страждає надійність подачі пластика.
Важливі характеристики екструдерів філамента
Хоча в конструкції будь-якого екструдера, в принципі, немає нічого складного, існують кілька важливих нюансів.
- В першу чергу, це матеріал корпусу і механізмів.
Деякі виробники оснащують свої екструдери, аж до навантажених компонентів, дешевими 3D-друкованими деталями. Потрібно врахувати, що литі деталі міцніше 3D-друкованих, тому, варто звернути на це увагу.
- Надійність подачі філамента. Від механізму, що подає залежить безперебійність друку, в результаті - її результат.
Філамент, як і будь-яка довга нитка, може просто заплутатися, що призведе до заклинювання механізму. Досить потужний подавач, в такому випадку, зможе "проковтнути" филамент навіть з невеликими вузликами або перехлестами.
Крім того, через недостатнє зчеплення ролика з филаментом, пластикова нитка може прослизати, через що виникають затримки в її подачі.
У зв'язку з цим варто згадати друк нейлоном (Капроном). Через м'якість і слизькості цього пластика, екструдери, розраховані на ABS і PLA, не завжди можуть з ним нормально працювати: подає колесо з гладкими зубцями просто не здатне надійно зачепитися за филамент.
Тому, при друку нейлоном бажано використовувати ролик з гострими зубчиками або агресивною рискою.
- Найважливіший аспект - розмір сопла екструдера. Саме від нього залежить, у великій мірі, якість друку.
Виробники 3D-принтерів зазвичай оснащують свої екструдери соплами з отвором діаметром 0.4-0.5 мм - цей розмір є оптимальним. У свою чергу, використання сопла меншого діаметра (0.3-0.2 мм) може забезпечити кращу деталізацію, чіткість граней і чистоту поверхні об'єкта, тому що видавлюються більш дрібні краплі пластика.
З іншого боку, маленьке сопло збільшує час друку об'єкта, воно більш схильне до забивання сміттям і застиглої пластмасою. Потенційно, також зростають вимоги до потужності подавача філамента, тому що екструдеру стає складніше проштовхнути пластик через маленький отвір.
У будь-якому випадку, в сучасних 3D-принтерах, як правило, можна використовувати змінні сопла з отворами різного діаметру.
подвійний екструдер
В даний час на ринку представлено кілька моделей 3D-принтерів, що друкують головки яких оснащені двома (і навіть трьома! ) Екструдерами (наприклад, MakerBot Replicator Dual і 2X ).
Друкуюча головка 3D-принтера Replicator Dual
Подвійний екструдер добре підходить для друку двоколірних об'єктів або створення структур підтримки з розчинної полімеру , Тому що дозволяють мати напоготові і оперативно використовувати два види пластика. Але, в цілому, технологія подвійної екструзії сирувата і знаходиться в стадії розвитку, тому у неї маса недоліків.
Найголовніше, що сучасні 3D-принтери не можуть повноцінно друкувати одночасно обома екструдерами - вони жорстко закріплені на загальній друкуючій голівці, і не рухаються незалежно. Тому, принтер задіє кожен екструдер в міру необхідності.
До недоліків 3D-принтерів з подвійним екструдером також є їхня підвищена вартість і складність в налаштуванні. Навішування додаткових деталей друкує головку збільшує її габарити, масу і інерцію, що зменшує швидкість роботи принтера і розміри області друку. Крім того, сопло незадействованного під час друку екструдера може чіпляти і деформувати об'єкт або залишати на його поверхні патьоки філамента.
екструдери пасти
Термопластики - не єдиний матеріал, який використовується в FDM-принтерах. Досить популярна друк різноманітними пастоподібних матеріалами, такими як розплавлений шоколад , Глина, пластилін, силікон і т.д. Зазвичай екструдери для друку такими субстанціями є шприц, шток якого управляється степпер-мотором або стисненим повітрям.
У екструдері Hyrel EMO-25 паста подається степпер-мотором
Екструдер для друку глиною від Unfold з подачею матеріалу стисненим повітрям
Нестандартні та перспективні екструдери
Наостанок варто згадати кілька нетипових екструдерів.
Наприклад, це некомерційні версії голівки, здатні змішувати декілька видів філамента. Фактично, це три окремих екструдера з одним загальним соплом.
Також, в опублікованому MakerBot патенті йдеться про пристрій, що дозволяє оперативно змінювати филамент по час друку. Детальніше - у відповідній статті .
Тут же варто згадати медичну 3D-ручку BioPen і будівельні 3D-принтери , Що діють за принципом екструдера пасти.