Как сделать экструдер для 3d принтера своими руками?
Каждый 3D-принтер имеет конструктивные особенности. Главную роль в любом устройстве играет экструдер 3d, второе название которого – печатающая головка. Суть ее работы проста: она выдавливает пластик через специальное сопло, благодаря чему и складывается трехмерный рисунок.
Особенности конструкции
3D-принтер работает на основе нитевидного пластика нескольких видов, но чаще всего применяются пластик ABS и PLA. И несмотря на разнообразие расходных материалов, все печатающие головки создаются по одному принципу и мало чем отличаются друг от друга. Устройство экструдера 3d принтера следующее:
- Блок cool-end подает филамент. Он включает в себя шестерни и привод от электрического мотора, а также прижимной механизм. Под воздействием вращения шестерни из катушки извлекается пластиковая нить, пропускается в нагреватель, где под воздействием высокой температуры пластик становится вязким. Такая структура дает возможность выдавить нить через сопло, чтобы придать ей нужную форму.
- Блок hot-end представляет собой сопло с нагревателем. Для его создания используются латунь или алюминий, отличающиеся высокой теплопроводностью. В состав нагревательного элемента также входят спираль из нихромовой проволоки, пара резисторов, термопары, регулирующие температуру. Во время работы hot-end разогревается, за счет чего и происходит плавление пластика. Важную роль играет своевременное охлаждение рабочей платформы, что обеспечивается специальной термоизолирующей вставкой между hot-end и cool-end.
Разновидностью печатающей головки является боуден экструдер, который отличается тем, что hot-end и cool-end разнесены с точки зрения расположения: нагреватель с соплом располагаются на печатающей голпринтер промышленныйовке, в то время как подающее устройство расположено на раме принтера. Пластиковая нить подается посредством длинной тефлоновой трубки. Главное ее назначение – оберегать нить от возможных изгибов, чтобы она подавалась в hot-endс оптимальной скоростью и давлением. Боуден экструдер хорош тем, что позволяет сделать меньше и легче печатающую головку, но с другой стороны, передача пластика к соплу не так надежна.
Как выбирать экструдер?
Экструдер для 3d принтера нужно выбирать правильно, учитывая несколько важных моментов:
- Материал. современные печатающие головки оснащаются литыми элементами или созданными на основе 3d-печати. Конечно, литые модификации отличаются прочностью, что особенно важно для участков, на которые приходится большая нагрузка. С другой стороны, напечатанные на 3D-принтере детали гораздо дешевле.
- Подача филамента. Качество этого механизма играет важную роль, поскольку нить должна подаваться к нагревателю постоянно и аккуратно. Только так можно обеспечить бесперебойную печать. Во время пути к соплу пластик может запутаться, поэтому нужно выбирать принтеры с электрическим двигателем высокой мощности – так запутывания можно свести к минимуму.
- Тип подающего ролика. Очень часто в результате плохого сцепления материала с подающим роликом нить начинает проскальзывать. Особенно часто такие ситуации возникают при использовании нейлоновой нити на тех устройствах, где можно применять только ABS или PLA-пластик.
- Размер сопла. Экструдер может оснащаться соплами разного диаметра. Важную роль при выборе играет назначение самих изделий. Например, если объекты должны быть тщательно и детализированно прорисованы, то сопло выбираются меньшего диаметра. Чем меньше сопло, тем выше вероятность его засорения, поэтому лучшее выдавливание пластика обеспечивается при мощном электрическом двигателе.
Как сделать своими руками
Чтобы сделать экструдер для 3D-принтера экструдер своими руками, потребуется подобрать шаговый двигатель. Однако в этом качестве можно использовать и моторы от старых сканеров или принтеров. Для крепления двигателя потребуется корпус, прижимной ролик и хот-энд. Корпус создается из разных материалов, при этом его конструкция может быть самой разной. Прижимной ролик должен регулироваться пружиной, поскольку толщина прутка не всегда идеальна. Материал сцепляется с подающим механизмом, но сцепление не должно быть слишком сильным – в ином случае кусочки пластика будут откалываться.
Хот-энд можно купить (покупка обойдется примерно в 100 долларов), а можно скачать чертежи и создать его самостоятельно. Радиатор создается из алюминия и нужен для того, чтобы отвести тепло от ствола хот-энда. Это позволит предотвратить преждевременное нагревание материала для печати. Хорошее решение – светодиодный радиатор, а охлаждение выполнять посредством вентилятора. Ствол хот-энда создается из полой металлической трубки, которая служит для соединения радиатора и нагревательного элемента.
Тонкая часть трубки – это термобарьер, который исключает попадание тепла в верхнюю часть экструдера. Главное в хот-энде – добиться того, чтобы филамент не плавился раньше времени, что приведет к засорению сопла.
Нагревательный элемент в 3d-экструдере своими руками создается из алюминиевой пластины. В ней сверлится отверстие для крепления ствола хот-энда, затем сверлятся еще отверстия для болта крепления, резисторов, терморезистора. Пластина нагревается резистором, а задача темистора – регулировать рабочую температуру. Сопло можно создать из глухой гайки с закругленным концом. Лучше, если гайка латунная или медная – эти металлы отличаются простотой обработки. В тисках крепится болт, затем на него накручивается гайка, а в центре сверлится отверстие. Таким образом, легко создается экструдер в домашних условиях.
Некоторые модели принтеров оснащаются двойными экструдерами – это позволяет печатать двухцветные объекты или создавать структуры поддержки из растворимого полимера. То есть одновременно на таком устройстве можно использовать сразу два вида пластика. Правда, одновременная печать все равно невозможна, поэтому каждый экструдер задействуется в случае необходимости.
3D-принтер из фанеры своими руками и его эволюция / Хабр
Ну а далее начинаем увлекательный процесс сборки, следуя официальной инструкции.
Процесс сборки достаточно увлекателен и чем-то напоминает сборку советского металлического конструктора.
Собираем всё по инструкции за исключением следующих пунктов
В пункте 1.1, в самом конце, где крепятся торцевые опоры, не ставим подшипники 625z — впрочем, мы их и не заказывали. Ходовые винты оставляем в «свободном плавании» в верхней позиции, это избавит нас от эффекта так называемого вобблинга.
В пункте 1.4 на картинке присутствует чёрная проставка. В комплекте с рамой её нет, вместо неё идут пластиковые втулки, используем их.
В пункте 1.6 держатель концевика оси Y крепим не к задней, а к передней стенке принтера. Если этого не сделать, детали печатаются зеркально. Как я ни пытался в прошивке это победить, мне не удалось.
Для этого надо перепаять клемму на заднюю часть платы:
В пункте 2.4 у нас другой экструдер, но крепится он точно так же. Для этого нужны длинные болты, их мы берём из комплекта для регулировки стола (18-я позиция в списке). В наборе с рамой нет таких длинных болтов, как и в местных магазинах.
В пункте 2.6 мы начинаем сборку нашего «бутерброда» из Arduino и RAMPS и сразу же сделаем очень важную доработку, про которую редко пишут в мануалах, но которая тем не менее очень важна для дальнейшей бесперебойной работы принтера.
Нам необходимо отвязать нашу Arduino от питания, которое приходит с платы RAMPS. Для этого выпаиваем или отрезаем диод с платы RAMPS.
Припаиваем регулятор напряжения ко входу питания, который заблаговременно выставляем на 5 В, попутно выпаивая стандартное гнездо питания. Приклеиваем регулятор кому куда удобнее, я приклеил на заднюю стенку самой Arduino.
Питание от блока питания к RAMPS я припаял отдельно к ножкам, чтобы оставить свободной клемму для подключения других устройств.
Далее укладываем все провода. Можно купить специальную оплётку, можно, как сделал я, использовать стяжки или изоленту.
Перед запуском проверяем, что нигде ничего не заедает, каретка двигается до ограничителя и обратно без препятствий. Поначалу всё будет двигаться туго, со временем подшипники притрутся и всё пойдёт плавно. Не забудьте смазать направляющие и шпильки. Я смазываю силиконовой смазкой.
Ещё раз смотрим, что нигде ничего не коротит, драйверы шаговых двигателей поставлены правильно согласно инструкции, иначе сгорит и экран, и Arduino. Ограничители тоже необходимо поставить соблюдая правильную полярность, иначе сгорит стабилизатор напряжения на Arduino.
Видео
Шаговые двигатели
Это самая дорогостоящая статья расходов при самостоятельно сборке 3D-принтера. Нужно 5 штук Nema 17. Как правило, беру на 1.7А по току. Их мощности будет предостаточно. Диаметр валов – 5 мм. Присмотреться можно тут.
Да, не забудьте уточнить наличие соединительных проводов, чтобы потом не плясать с паяльником.
Финансовый совет. И снова блошиный рынок и разборка МФУ, принтеров и плоттеров. Поинтересуйте о ценах на шаговые двигатели. Иногда пять движков Nema 17 можно прикупить за смешные 800 – 900 рублей.
Важно: выбирайте движки так, чтобы у них было одинаковое количество шагов на оборот (например, 200). Двигатели без маркировки брать несколько геморройно, поскольку потом замучаетесь подбирать правильные параметры при настройке ПО.
Направляющие (валы)
На что влияет. Плавность хода сопла, ровность слоев.
Варианты. Направляющих для Prusa i3 нужно ровно шесть штук. По две на каждую ось (X, Y, Z). Размеры следующие:
- 2 x 370мм (ось X)
- 2 x 350мм (ось Y)
- 2 x 320мм (ось Z)
Общепринятый стандарт для валов 3D-принтера — 8 мм. И гнаться за 10 или 12 мм смысла нет. Вес головы хотэнда не такой значительный, что бы на расстоянии в 370 мм гнуть вал.
Хотя, если у вас есть лишние деньги, можно извратиться и купить 12 миллиметровые валы. Вот только подшипники и подгонка пластиковых деталей потом выйдет дороговато.
Финансовый совет. Перфекционистам на заметку: рельсовые направляющие, конечно же, отличная штука. Но их стоимость даже в Китае откровенно пугает. Оставьте эту модернизацию на будущее.
К слову, валы можно купить как на AliExpress (тут или тут), так и по месту с тех же досок объявлений. Самый доступный вариант — отправиться на блошиный рынок и найти на разборке принтеров и старой оргтехники (МФУ, сканеры) шесть нормальных валов.
Главное, вооружитесь штангенциркулем. Все валы должны быть строго одного диаметра. Цена за штуку получится в районе 60 – 70 рублей.
Цена вопроса: 420 рублей (вариант блошинного рынка).
Delta на рельсах
Delta-компоновка имеет свои преимущества, позволяя печатать высокие модели, при этом сам принтер остается достаточно компактным. Использование рельсовых направляющих позволяет обеспечить необходимую плавность и равномерность движения по осям, к наличию которой особенно чувствительны устройства с подобной компоновкой.
Автор этого проекта построил 3d принтер на рельсах своими руками высотой 1 метр и диаметром основания рабочей поверхности 30 см.
Чтобы построить такой 3d принтер своими руками нужны чертежи, которые вы сможете найти по этой ссылке. Кроме того, там же размещена информация об использованных в проекте деталях.
: Тестирование и настройка
Тестирование и настройка – не самый сложный, но достаточно важный шаг, т.к. он будет определять качество будущей печати.
Регулировка оси Х
Чтобы настроить правильный масштаб, сделайте следующее. С помощью программы «Pronterface» запаркуйте ось X в начальную позицию. Сделайте метку на оси X в том месте, где находится экструдер. Теперь нажмите кнопку, чтобы переместить ось X на 100 мм. Измерьте расстояние, на которое переместился экструдер. Если оно равно 100 мм, то все в порядке. В противном случае откройте файл «Configuration.h» и найдите значения параметра DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT. Они могут быть примерно такими:
Здесь в фигурных скобках указываются значения (через запятую) для осей X, Y, Z и экструдера соответственно. Разделите значение из кода на фактическое расстояние, на которое переместился экструдер в мм, затем умножьте на 100. Замените старое значение в коде на полученное новое.
Формула
Нов.знач. = (Стар.знач. / Расстоян.перемещ.в мм) * 100
Есть и другие способы калибровки движения осей, но описанный выше наименее трудоемкий, достаточно быстрый и точный.
Проделайте все те же операции для других осей и экструдера, и тогда вы сможете перейти к печати своей первой модели.
Рельсы Vslot вместе с C-Beam
Вот краткие характеристики:
- Питание: 24V
- Плата управления: Smoothieboard
- Водоохлаждаемый экструдер : Duyzend
- Рабочая поверхность: Боросиликат 400×380 или алюминиевая пластина
- Подогрев: 24 V
- Оси Z и Y: C-BEAM
- Ось X : 2040 рельсовая направляющая Vslot
- Охлаждение: старая система охлаждения воды для ПК Thermaltake
Вот видео работы этого принтера:
: Загрузка и установка программного обеспечения
Для правильной работы принтера, в части программного обеспечения, потребуются 3 вещи:
- Прошивка для Arduino.
- Интерфейс для принтера.
- Инструмент для преобразования трехмерных объектов в G-code.
Вам потребуется модель объекта (файл с расширением .stl). Можете, либо спроектировать деталь сами, либо использовать уже готовый файл. Сервис «Thingiverse» предоставляет для скачивания множество 3D-моделей в виде файлов *.stl и является очень полезным сервисом для обладателей 3D-принтеров.
Следующим шагом будет преобразование файла *.stl в G-код, который представляет из себя инструкции для 3D-принтера. Для этого вам потребуется специальное программное обеспечение. Существует множество различных программ для преобразования, такие как: «Slicer», «Cura» и др. Программа «Cura» предпочтительнее, т. к. она проста в обращении.
После генерации G-кода, нужно отправить его на принтер. Хотя «Cura» поддерживает плагины для этого, лучше использовать другую программу управления 3D-принтером, например, «Repetier-Host», «Pronterface» и др. Следующее, что вам потребуется, это прошивка для Arduino, которая интерпретирует G-код и выполняет его. Для этого используем прошивку «Marlin».
Итак, что вам потребуется:
- Программа «Cura» (для нарезки).
- Программа «Pronterface» (для интерфейса).
- Прошивка «Marlin» (для Arduino).
Подготовка к эксплуатации
После сборки и монтажа пользователя ждет еще несколько шагов, которые необходимо пройти для полноценного запуска самодельного устройства:
3D-принтеры: 3D-модели, чертежи и описание
3D-принтер П3Д-01: 3D-модель, чертежи и описание
3D-принтер 3DP 01: 3D-модель, чертежи и описание
3D-принтер 200х200 3D-модель
3D-принтер twotrees sapphire plus v1 3D-модель
3D-принтер — это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. В зарубежной литературе данный тип устройств также именуют фабберами, а процесс трехмерной печати — быстрым прототипированием (Rapid Prototyping) Основными узлами 3D-принтера являются портальная система передвижения рабочего органа (печатающая головка) и печатающая головка Печатающая головка 3D-принтера называется экструдером (от англ. extrude – выдавливать). Название отражает принцип действия: печатающая головка выдавливает термопластик через специальное сопло. Проводя аналогию, по той же схеме действуют распространённые в быту клеевые пистолеты, шприцы с герметиком, тюбики зубной пасты, наконец
Боуден-экструдер
Кроме экструдеров с прямой подачей пластика, конструкция которых рассмотрена выше, существует т.н. боуден-экструдеры (“экструдер Боудена”, Bowden extruder). Единственное их отличие в том, что блок подачи филамента и сопло разнесены: колд-энд жестко закреплен на раме 3D-принтера, а хот-энд находится на подвижной печатающей головке. Филамент, при этом, подается в сопло по длинной тефлоновой трубке (по принципу боуден-троса).Подобное решение позволяет снизить массу и габариты печатающей головки, благодаря чему увеличивается скорость работы принтера, но страдает надежность подачи пластика.
Важные характеристики экструдеров филамента
Хотя в конструкции любого экструдера, в принципе, нет ничего сложного, существуют несколько важных нюансов.
- В первую очередь, это материал корпуса и механизмов.
Некоторые производители оснащают свои экструдеры, вплоть до нагруженных компонентов, дешевыми 3D-печатными деталями. Нужно учесть, что литые детали прочнее 3D-печатных, поэтому, стоит обратить на это внимание.
- Надежность подачи филамента. От подающего механизма зависит бесперебойность печати, в итоге — ее результат.
Филамент, как и любая длинная нить, может просто запутаться, что приведет к заклиниванию механизма. Достаточно мощный подаватель, в таком случае, сможет “проглотить” филамент даже с небольшими узелками или перехлестами. Кроме того, из-за недостаточного сцепления подающего ролика с филаментом, пластиковая нить может проскальзывать, из-за чего возникают задержки в ее подаче. В связи с этим стоит упомянуть печать нейлоном (капроном). Из-за мягкости и скользкости этого пластика, экструдеры, рассчитанные на ABS и PLA, не всегда могут с ним нормально работать: подающее колесо с гладкими зубцами просто не способно надежно зацепиться за филамент
Поэтому, при печати нейлоном желательно использовать подающий ролик с острыми зубчиками или агрессивной насечкой.
- Важнейший аспект — размер сопла экструдера. Именно от него зависит, в большой степени, качество печати.
Производители 3D-принтеров обычно оснащают свои экструдеры соплами с отверстием диаметром 0.4-0.5 мм — этот размер является оптимальным. В свою очередь, использование сопла меньшего диаметра (0.3-0.2 мм) может обеспечить лучшую детализацию, четкость граней и чистоту поверхности объекта, т.к. выдавливаются более мелкие капли пластика. С другой стороны, маленькое сопло увеличивает время печати объекта, оно более склонно к забиванию мусором и застывшей пластмассой. Потенциально, также растут требования к мощности подавателя филамента, т.к. экструдеру становится сложнее протолкнуть пластик через маленькое отверстие. В любом случае, в современных 3D-принтерах, как правило, можно использовать сменные сопла с отверстиями разного диаметра. Типичный экструдер для печати пластиком делится на две основные части: блок с механизмом подачи филамента (колд-энд, “холодный конец”, cold end) и сопло с нагревателем (хот-энд, “горячий конец”, hot-end). Подаватель филамента состоит из колеса (шестерни), соединенного с электромотором (напрямую или через редуктор), и прижимного механизма. Подающее колесо, вращаясь, вытягивает филамент из катушки и направляет его в хот-энд, где пластик плавится под воздействием высокой температуры и выдавливается через отверстие в сопле. “Горячий конец” экструдера делают из металла с высокой теплопроводностью (алюминия или латуни); нагревательный элемент, как правило, выполнен в виде одного-двух резисторов или спирали из нихромовой проволоки. Для отслеживания и последующей регулировки температуры, к соплу экструдера крепится датчик (термопара). Хот-энд сильно разогревается во время работы, а остальные части экструдера должны оставаться холодными, иначе филамент начинает плавиться слишком рано. Поэтому, между “холодным” и “горячим” концами экструдера устанавливается теплоизолирующая вставка (обычно из термостойкого пластика ). Кроме того, для охлаждения колд-энда, в печатающую головку часто встраивают радиатор с вентилятором.
