Печатающая головка для 3d принтера. Нестандартные и перспективные экструдеры. Загибающиеся или неровные углы и края

Технологии аддитивного производства развиваются семимильными темпами, а необозримые возможности этой сферы заставляют создавать и находить применение новым материалам для 3д-печати. Не так давно медицинская отрасль взялась за освоение силикона, с использованием которого связывают огромный толчок медицины в будущем. Сегодня ведется разработка надежной технологии объемной печати для работы с этим материалом. Тем временем, в Германии компания ViscoTec представила новую печатающую головку для 3d-принтера, ориентированную на работу с двухкомпонентными вязкими материалами, в частности, силиконом.

Организация главным образом специализируется на производстве систем, необходимых для дозирования, нанесения, заполнения поверхности высоковязкими жидкостями. В сферу объемной печати ViscoTec пришла в 2014-м году, когда был представлен экструдер для пастообразных материалов с собственной технологией дозирования. Ещё через год компания показала широкой общественности FDD (Fluid Dosing and Deposition – дозирование и нанесение жидкости)Starter Kit – набор инструментов для объемной печати вязкими жидкостями. И вот сейчас немецкой фирмой была представлена печатающая головкаViscoDUO-FDD 4/4.

Для изготовления 3d-моделей обычно используются термопластики и металлы, но в последнее время также начали активно применять вязкие жидкости и пасты на основе двухкомпонентного полимера. Речь идет о силиконах, эпоксидных и полиэфирных смолах, полиуретанах и акрилатах.

Печатающая головка ViscoDUO-FDD 4/4, предназначенная для работы с такими материалами, управляется с помощью встроенных в 3d-принтер программных решений. Софт обеспечивает точное соблюдение соотношения при смешивании двух материалов в процессе печати.

Уделяя особое внимание технологической обработке вязких и пастообразных материалов, ViscoTec берет во внимание принцип бесконечного поршня, на основании которого немецкой компанией были построены все решения для сферы объемной печати. Компания отмечает, что дизайн их продукта определяется порождающим производством, поскольку повторяемость является важным фактором в любой отрасли, где используется технология дозирования ViscoTec.

В основе печатающей головки ViscoDUO-FDD 4/4 лежит принцип вращающегося смещения. Благодаря специальной геометрии, точно определяется камера, в которую материал непрерывно поступает в осевом направлении. При изменении направления вращения, подача материала прекращается – таким путемудается достичь максимально чистой печати.

«Фишка» ViscoDUO-FDD 4/4 состоит в программируемом оттягивании, предназначенном для предотвращения капания материала и обеспечения высокой точности его нанесения. Двухкомпонентная печатающая головка подключается к смесительной головке через два отдельных канала. Сначала смешивание двух материалом происходит в смесительной трубке. После завершения процесса печати, смесительная трубка может быть извлечена. Печатающая головка также может заполняться в течение более длительного периода, поскольку отдельные экструдеры не позволяют материалам затвердевать.

ViscoTec приводит основные преимущества новой разработки:

регулируемое и правильное соотношение смешиваемых материалов;
возможность работы с широким спектром материалов;
отсутствие отверждения в печатающей головке благодаря статической смесительной трубке;
безопасность процесса благодаря контролю давления;
различные способы отверждения материала: УФ-излучение, нагревание и т.д.

По мере того как технологии аддитивного производства продолжают фокусироваться на материалах вроде силикона, повышается точность печати и ее возможности при работе с моделями сложной геометрии.

Если Вы никогда не хотели собрать 3Д принтер с нуля, если вы купили Picaso Designer, чтобы "просто печатать"; если Ваш принтер на гарантии, если Вам добираться менее 6 часов до тех. поддержки, то НИКОГДА не разбирайте печатающую головку - идите в тех. поддержку. Остальным - посвящается...

Вот из-за этого кренделька, мои очередные 3-х часовые мучения.

Как разбирать печатающую головку принтера Picaso Designer я описывать не буду. А вот как собрать - попытаюсь вкратце озвучить (10 шагов). Фото не показывают позиций рук и расстановку пальцев во время сборки, может, кто-нибудь снимет видео на эту тему...

Приступим:
Комплектность проверять не будем: предположим, что вблизи нет ни детей, ни котов - мы в вакууме, а все винтики и планочки аккуратно лежат в разных неглубоких баночках. Рядом есть подходящий шестигранник и короткая крестовая отвертка.

Шаг I: собираем подающий механизм. Просто возвращаем на место колесо поз. 1, прижимаем его шпилькой поз. 2, прижимаем шпильку винтом поз. 3. Готово:)

Шаг II: ставим печатающую головку в принтер. Собираем круглые рельсы поз. 4 в кучу, ставим на них печатающую головку в нужном направлении. Проверяем, что все мелкие детали (особенно 4 мелкие металлические планочки в виде букв т поз. 5) на месте и под рукой. На фото серьёзная ошибка: верхняя крышка поз. 6 не откручена и не снята: надо снять. Иначе потом провод дополнительного охлаждения поз. 7 (на фото в шаге III) будет сбивать планку поз. 8. Это был последний простой шаг.

Шаг III: правая стенка поз. 10. Всё очевидно: просунуть ленты поз. 9 в отверстие в правой стенке поз. 10, закрепить ленты поз. 9 на печатающей головке с помощью двух планочек поз. 5.

Операция начинается в следующей позиции:
в левой руке
- две ленты плотно прижатые друг к другу большим и указательным пальцами в ухе печатающей головке (ухо - поз. 11);
- круглые рельсы поз. 4, придерживаемые другими пальцами и ладонью;
в правой руке:
- правая стенка поз. 10 (большим пальцем и мизинцем);
- придерживаемая ногтем указательного пальца планочка поз. 5.1, поз. 5.1 уже в отверстии правой стенки поз. 10;
- придерживаемая ногтем среднего пальца планочка поз. 5.2, поз. 5.2 уже в отверстии правой стенки поз. 10, с другой стороны ленты поз. 9.

Операция заключается в замещении пальцев левой руки на ухе поз. 11 планочками поз. 5. Сближением правой и левой рук. Автоматически в свой паз на правой крышке должен попасть выступ основания печатающей головки поз. 12. Вся конструкция должна остаться на рельсах поз. 4.

Для вставания в исходную позицию Вам может помогать другой человек, если
- он не идиот,
- он не бесит Вас, когда ведет себя как идиот;
- вместо пальцев и рук у него пинцеты, т.к. при не снятой крышке в принтере мало место (снять крышку - это 7 винтов-звездочек бОльшего размера, можно справиться прилагающимися к принтеру отвертками).
- человек не лезет своей головой все посмотреть, а слепо попадает своими пинцетами, куда нужно.
Если такого человека нет: терпение, ловкость рук и Бог Вам в помощь.

Шаг IV: вставить планку поз. 8 для крепления колеса поз. 1 в правую стенку поз. 10. Надо одеть планку поз. 8 на ось колеса поз. 1, надвинуть планку поз. 8 на ось соседнего колеса, и рискуя разрушить шаг III, вставить поз. 8 в паз правой стенки поз. 10.

Конечно, можно этот шаг включить в шаг III: просто безымянным пальцем левой рукой придерживать планку поз. 8. Если Вам помогает человек с пинцетами или если у Вас длинные пальцы пианиста.

Шаг V: задняя стенка поз. 13. Попадаем выступом задней стенки с вентилятором поз. 13 в паз правой стенки поз. 10. Все просто. Просто не сломайте шаг IV и шаг III.

Теперь в Вашей правой руке придерживаются
- правая стенка поз. 10, планочки поз. 5 все еще на месте и не вывалились: их надо контролировать;
- планка поз. 8 не падает с легким звоном на основание печатающей головки поз. 12;
- задняя стенка поз. 13;
- собственно сама печатная головка на круглых рельсах поз. 4.

Шаг VI: первый раз нам нужна отвертка (крестовая). Может быть, второй раз: в шаге I тоже была. Находим планку поз. 14, вставляем её в правую стенку поз. 10, чуть-чуть крепим винтом поз. 15 к круглой рельсе поз. 4.1. Теперь в правой руке есть еще и эта планка:)

На фото кажется, что этот шаг - первый. Чушь! Все равно планка 14 будет отваливаться каждый раз, несмотря на винт 15.

Шаг VII: левая стенка . Аналогично шагу III, но зеркально. Дополнительные сложности:
- ленту с левой стороны фиг натянешь на левое ухо поз. 16 (поз. 16 обозначена на фото в шаге V);
- конструкция в правой руке норовит распасться, ведь еще и ленту в левом ухе поз. 16 надо придерживать;

Надо попасть в 5 пазов левой стенки (в 6, на самом деле, но паз для выключателя вентилятора большой) всеми разрозненными деталями в Вашей правой руке. Одновременно. И чтобы планочки поз. 17 не вывалились, а закрепили ленту.

Та-дам!!!
Перед началом шага, проверьте провода: они должны быть все в свободном состоянии. Особенно мешает болтающийся вентилятор поз. 7. На данном шаге лучше перекинуть его назад через заднюю стенку с вентилятором поз. 14 (на фото он уже перекинут вперед). И провод нагрева тоже проверьте, чтобы он был по двигателю подачи пластика поз. 18 распределен.

Шаг VIII: укладываем провода и закрываем верхнюю крышку поз. 6 (поз. 6 обозначена на фото в шаге II). Если все хорошо, и печатающая головка выглядит идеально без щелей и зазоров, смотрим в отверстие подачи пластика: там не должно оказаться провода поз. 7! Косичка проводов поз. 19 должна быть справа от шпильки поз. 2 (см. фото шага VII - не нём не правильно: провод должен быть правее шпильки!!!). Завинчиваем все винтики. 15 штук. Вместе с вентилятором поз. 7. Не знаю в каком порядке.

Шаг IX: перед включением принтера смотрим на ленты. Они должны быть натянуты. Иначе снимаем крышку принтера, еще одну крышку и натягиваем слетевшие ленты. Фото без крышек нет: забыла сфоткать.

Шаг X: включаем принтер. Надеюсь, все получилось.

Теперь самое время вспомнить:
- как можно было провести эти 3-4 часа с бОльшей пользой: поспать, поработать, сходить в ресторан/театр;
- какой чудесный маникюр был 3-4 часа назад;
- сколько нервов и усилий пришлось приложить для создания вакуума вокруг принтера;
- зачем надо было называть идиотом человека, искренне желавшего помочь, и как с ним теперь мириться;
- как можно было всего этого избежать, если просто сдать принтер в ремонт (пусть не на 3-6 часов, а на неделю);
- как мило улыбаются менеджеры в Top3DShop, когда отдают тебе работающий, чистенький, смазанный, откалиброванный принтер, и он работает, он стопудово работает!!!

Надеюсь, у Вас принтер тоже работает:), удачи!!!

Экструзионная головка – это модуль, оснащенный металлическим соплом и охлаждающим вентилятором и предназначенный для плавления нити и формирования изделия. Качественные экструдеры для 3d принтера изготавливаются из металлов способных выдержать высокие температуры. Устройство снабжено электронными датчиками контроля и управления процессом.

В модуль подается расходный материал с катушки, который нагревается до заданной температуры и переходить в пластичную фазу. Описываемый экструдер для нити 3d принтера подает полимер на платформу, где происходит моделирование объекта методом послойного наплавления. В некоторых устройствах могут применяться две головки и больше для материалов разного цвета или назначения.

Экструдер для нити 3d принтера, выбор модели и установка

Описываемые модули совместимы с определенными видами установок, которые осуществляют формирование изделий с использованием 3D технологий. Прежде чем попытаться ответить на вопрос, какой экструдер лучше для 3d принтера следует установить его тип. Подобрать головку можно по характеристикам, в частности, модель МК8 имеет следующие параметры:

Используемые пластики ABS и PLA.
Температура сопла максимальная – 260 ⁰C.
Диаметр нити – 1,75 мм.
Сечение сопла от 0,2 до 0,4 мм.

Лучший экструдер для 3d принтера имеет стандартные параметры электропитания: ток – постоянный напряжением 12 В. Модуль комплектуется высокочастотным термистором марки NTC, который обеспечивает оптимальные режимы нагрева формующего материала. Наш интернет-магазин 3DIY предлагает купить экструдер для 3d принтера по умеренной цене. Оформить заказ можно по телефону или непосредственно на сайте. Наши сотрудники готовы оказать вам помощь в подборе и приобретении комплектующих. Звоните или подавайте заявки онлайн.

Экструдер – это печатающая головка или, говоря простым языком, устройство для выдавливания расплавленного филамента. Понятие используется преимущественно в FDM‑принтерах, работающих с термопластическими материалами: ABS, PLA и другими видами пластика. Это ключевой элемент 3d принтера, от качества которого зависит точность и чистота печати.

Устройство условно делится на две части: hot end – нагревательный элемент с соплом, и cold end – часть экструдера, отвечающая за подачу пластика в сопло. Устройство подачи состоит из шагового двигателя (модели с несколькими обмотками с дискретными (шаговыми) перемещениями ротора) и шестереночной системы для непосредственной подачи нити в хот енд. Прицениться к комплектующим можно в каталоге http://makerplus.ru/category/extruder-3d-printer .

Типы экстудеров для 3d принтера

Прямой экструдер. Элементы подачи присоединены непосредственно к корпусу сопла. Пластиковая нить извлекается из катушки с помощь шестерни и прижимного ролика, и пропускается сквозь спираль нагрева непосредственно в сопло. Для предотвращения преждевременного нагрева нити между «горячим» и «холодным» концом находится теплоизолирующая вставка. Преимущества прямых экструдеров: более точная подача пластика, облегченный ретракт (обратная подача нити при холостом ходе). Недостатки: большая масса, что отражается на точности и скорости печати.
Боуден-экструдер. В отличие от прямого экструдера, hot end и cold end разнесены в пространстве и соединены боуден-трубкой (обычно из тефлона), по которой нить подается в сопло. Горячий конец закреплен на подвижной каретке, холодный – на раме принтера. Такой экструдер для 3d принтера имеет важное преимущество – низкую массу, благодаря чему его можно использовать в дельта-принтерах, чрезвычайно чувствительных к позиционированию. Минус такой модели – сложности с подачей пластика в обратном направлении при простое механизма.

Также существуют варианты с двойным и даже тройным соплом. Такие устройства используются для печати разноцветных моделей или несколькими видами пластика. В целом эта технология достаточно сырая, поэтому специалисты предпочитают использовать одиночные экструдеры.

Что нужно знать при выборе экструдера

Важнейший параметр – это диаметр сопла. Чем он меньше, тем точнее печать и тем больше усилий требуется для проталкивания нити. Стандартные диаметры – это 0,2-0,3 мм и 0,4-0,5 мм. Сила подачи контролируется регулировочным винтом – если его закрутить сильно, то энергия двигателя будет тратиться на преодоление сил трения, если слабо – шестерня будет проскальзывать и оставлять вмятины на прутке.

Сила трения также возникает в промежутке между механизмом подачи и соплом. В этом месте находится теплоизолирующая вставка – как правило, это металлическая втулка с фторопластовым сердечником. Дешевые модели могут не иметь фторопластового сердечника, что негативно отражается на работе экструдера.

Еще один ключевой момент – выбор шагового двигателя. У обычных моторов параметр микрошага равен 200, что явно недостаточно для печати мелких деталей. Оптимальный вариант в таком случае – двигатель с микрошагом 400 единиц.

Какой же экструдер для 3d-принтера выбрать?

Все зависит от контекста. Для моделей с декартовой системой координат лучше использовать прямой экструдер, для дельта-принтеров – с боуден-трубкой. Загляните в магазин http://makerplus.ru/ - там есть все необходимое для принтеров любого типа.

Что касается выбора производителя, то для начала можно приобрести универсальный экструдер E3D – на рынке доступны как английские оригиналы, так и китайские и российские аналоги неплохого качества. В дальнейшем можно перейти на более специализированные модели (например, с керамическими соплами) или сделать собственную сборку из доступных комплектующих.

3d печать

Небольшой обзор по материалам применяемым для изготовления головок 3Д-принтеров и самих головок, чтобы было яснее, почему их так делают, J-Head, Makerbot, Ultimaker.

Это вторая моя статья из цикла-эпопеи о принтерных головках. Шутка - но ещё есть что сказать. Первая статья . Как и все материалы по RepRap - принтерам относится к open-source, значит если нужны какие-то подробности обращайтесь.

Хотэнд - горячая часть головки обычно состоит из трёх частей:

Собственно головка, сопло, nozzle;
- термобарьер, ещё называют nozzle holder, может быть в одном флаконе с радиатором;
- радиатор.

Требования к материалам этих частей существенно разные. Впрочем, я видел в Сети людей, которые всё эти части делали из алюминия. И у них ничего хорошего не получалось. А вот Прюша - тот самый, знаменитый, по имени которого названа модель принтера Prusa, сделал всё из нержавейки. Об этом тоже будет написано.

головка Prusa Nozzle

Итак - головка, сопло, она делается обычно из латуни, иногда из алюминия, слышал упоминания про бронзу и никогда не видел сделанную из меди. Почему так? Вероятно потому что в головке, конечно, имеет значение хорошая теплопроводность материала, но это значение не слишком велико, более важно удобство обработки материала.

Итак, посмотрим значения теплопроводностей для меди, алюминия, латуни и бронзы:

Медь - 395 вт/м К
- алюминий - 220
- латунь - 150
- бронза - 58,7 - это для алюминиевой бронзы, которая заметно прочнее латуни.

Бронза, как видите, имеет почти в три раза меньшую теплопроводность, чем латунь, что в случае использования резистора-нагревателя может иметь значение.

От алюминия отказались, вероятно, по причине излишней мягкости. Есть, конечно и достаточно прочные сплавы алюминия, но их ещё надо найти и отличить… так что…

Медь - наверное, трудно обрабатывать и слишком мягка.

Для меня важным и полезным свойством латуни (бронза - то же самое) является также, то что она хорошо паяется твёрдым серебряным припоем - который для ремонта холодильников. Он очень хорош, им можно припаять бронзу к нержавеющей стали и смачиваемость его просто великолепна, то есть он прекрасно затекает по всему стыку, будучи паяем только в одной точке. Так мы плавно переходим к термобарьеру. Это деталь, которая должна выдерживать механические нагрузки головки и передавать поменьше тепла к корпусу аппарата. Первые модели хотэндов использовали для этого фторопласт - если по-русски, или тефлон, PTFE. Вообще-то прекрасный материал, особенно в силу своей замечательной скользкости. К нему, как бы, вообще ничего не липнет и теплопроводность у него маленькая Однако есть дефект. Прочность. Прочность мала, и даже не это самое плохое, плохо то что у него есть текучесть. Текучесть - значит под нагрузкой, даже при несильном нагреве он начинает изменять свою форму. Всё. Эта особенность оставила ему только функцию вкладышей в головке, которые снижают трение филамента. Там ему течь некуда. Он подпёрт со всех сторон - или металлом или соответствующим пластиком.

Посмотрим теперь на свойства материалов которые мы могли бы поставить в качестве термобарьера. Теплопроводность -в Вт/м К (имеется в виду - ватт, метр, градус, а какой, Кельвина или Цельсия - неважно) и Предельная прочность на разрыв - в мегапаскалях.

Тефлон 0,25 26
- PEEK 0,29 165
- Нерж.Сталь марки 304 9,4 580-600
- Нерж.Сталь марки 316 9,4 680
- Сталь 3, самая простая 55 380

Смотрим, второй строкой идёт PEEK, это довольно экзотический пластик. С впечатляющей ценой. Обратите внимание на прочность, она всего раза в два ниже Стали 3.

При малой теплопроводности, хорошей скользкости и неплохой термоустойчивости он стал популярным материалом для держателей сопел.

Классическая J-Head Nozzle Mk5 B

Минусов два, и серьёзных: - цена и термоустойчивость. 250ºС - это температурный предел, часто хочется большего, терморезисторы(многие) будут работать до температуры 300ºС - есть куда расти.

Теперь посмотрите на нержавеющие стали - их теплопроводность в 5 раз ниже обычной стали! А прочность в почти два раза выше! Это популярные на Западе марки сталей соответствующие нашим 08Х18Н10 и 08Х17Н13М2. Первая - вообще классическая пищевая нержавейка, хромоникелевая. Правда теплопроводность в 40 раз повыше чем у тефлона, но если учесть разницу в прочности, то разница с тефлоном будет всего процентов 30. PEEK, впрочем остаётся недосягаемым конкурентом. Но устойчивость к теплу… и ещё приятная возможность припаять серебрянным припоем латунное сопло к стальной трубочке и забыть про просачивание пластика. Серебряный припой не только имеет температуру плавления 800ºС, но ещё у него прекрасная прочность и он великолепно паяет - очень хорошая текучесть и смачиваемость. 8-12 миллиметров трубочки из нержавейки уже оказываются достаточным барьером для наших нужд. Это в случае трубки диаметром 8мм и со стенками 1мм. Если использовать более тонкостенные трубочки эффект будет ещё лучше. Трубка со стенками 0,3 мм достаточно прочна. Тут главное воздействие будут оказывать уже другие факторы: -нагрев излучением от головки, нагрев конвективными потоками, которые, правда, должны сдуваться вентилятором.

Головка от Прюши - Prusa Nozzle из цельного куска нержавеющей стали, у него правда сталь несколько другого состава -с вдвое большей теплопроводностью, марки 303, вероятно это компромисс между требованиями к термобарьеру и к соплу. Очень трудное в изготовлении получилось изделие, и похоже не очень удачное, хотя и позволяло печатать любыми видами пластика. Жалуются на него люди. Да и купить его сейчас нелегко. Новая модификация - с алюминиевым радиатором, причём, по моему мнению, тоже не должна быть особенно удачной. Низкий градиент температур по термобарьеру.

Классическая J-Head Nozzle Mk5 B Хорошая модель, особенно если была сделана без упрощений и ухудшений, которые добавляли некоторые китайские товарищи. Держатель делается из пластика PEEK. Печатает стабильно. Но не всем. Температурный диапазон ограничен и его лучше не превышать - начинает сочиться пластик через место соединения держателя и сопла. Как нагреватель используется резистор, расчётная мощность около 25 Вт. Тефлоновый вкладыш до латунного сопла.

Мэйкербот - Makerbot Stepstruder MK7 - конструктивно просто, сплошной металл и судя по заявленным параметрам, очень даже хорошо. Термобарьер - из нержавеющей стали, не слишком маленького сечения, сложной конфигурации, внутри держателя фторопластового вкладыша нет. Большой алюминиевый нагревательный блок теплоизолируется от воздуха с помощью керамической ленты. Судя по мощному радиатору, довольно большой тепловой поток идёт с головки. Короткий отрезок термобарьера - значит высокий градиент температур. Почему это хорошо, я постараюсь показать на цифрах в следующем посте.

Головка Makerbot Stepstruder MK7

А Ultimaker HotEnd v2 использует термобарьер изPEEK. Так что ничего удивительного по температурному диапазону не ждите. Использует нагревательный картридж, 40W. Так же как и Stepstruder MK7. Конструкция интересная. Грамотно используется тефлон. Очень большая протяжённость плавящей части. Видимо отсюда рекордная скорость печати. Для подробного анализа нет чертежей и описаний.

Что нашёл по Ultimaker, а он Open source.

Самодельная - BASS - печатает хорошо и быстро. 140 мм/сек при печати капроном/триммерной леской. Трудоёмка в изготовлении. Одна намотка нагревателя чего стоит. Термобарьер из трубки нержавеющей стали 304. Токарная работа - прностая. Используется пайка серебряным припоем. Из-за намотанного радиатора - хорошая однородность нагрева, малый вес и высокая надёжность. До латунного сопла используется тефлоновый вкладыш, 5 последних миллиметров которого, для снижения нагрузки, заменены на кольцо из нержавеющей стали. Мощность - та же, порядка 40 Вт.

В креплении нагрев несильный, вентилятор справляется слабенький.

Можно сказать, что первый период развития FDM-принтеров заканчивается, хорошо работающие головки теперь не редкость. Хотя меня не оставляет ощущение что принципы их проектирования ещё не слишком чётко сформулированы. В следующем посте я хочу рассказать о тепловых расчётах головки принтера, почему их такими делают и как избежать образования пробок. У меня даже сложилось впечатление, что я теперь смогу вполне осознанно выбирать размеры, радиаторов, термобарьеров и прочее. Буду рад если сообщество поучаствует на предмет поиска возможных ошибок и заблуждений. Всем спасибо.