Как пихает бабочка, или сложности простого экструдера

Экструдер для 3д-принтера: особенности конструкции

3D-принтер имеет свои особенности, как и любой девайс. Если говорить об экструдере, то его конструкцию можно разделить на два основных компонента:

1. Cold-end. Проталкивающий механизм. Он состоит из шестерни и прижимного ролика, которые захватывают и подталкивают филамент вперед. Шестеренка приводится в движение небольшим двигателем, через специальный вал. Прижимной валик подпружинен. Такая компоновка узла позволяет работать с прутками разной толщины.
2. Hot-end. Нагревающая часть. Она состоит из: сопла, нагревателя, датчика нагрева и термоизолятора. Последний играет роль отсекающего мостика. Он задерживает излишки тепла, чтобы филамент не начал плавиться в подающей трубке. На нагреватель ставят нихромовую проволоку или специальную пластину с двумя резисторами.

Узел может иметь цельную конструкцию, когда оба компонента установлены друг за другом. Данная компоновка именуется Direct Extruder. Эта схема встречается в большом количестве современных принтеров. Второй вариант экструдера – Bowden Extruder. Здесь cold-end и hot-end разнесены по разным частям принтера. Горячая часть закреплена в каретке оси Z, а подающий узел установлен на раме. Между собой они соединены тефлоновой трубкой. Такая компоновка значительно облегчает саму печатную головку. Она меньше забивается. Но есть и минусы. Пруток может просто запутаться или обломиться, проходя путь от подающего узла до нагревателя.

Схема работы экструдера

Интересно! Существуют более сложные конструкции со спаренными печатными головками. Они позволяют работать сразу с двумя нитями филамента. В рамках данной статьи мы будем говорить о простом экструдере с одним нагревателем и подающим механизмом.

Как выбрать хотэнд?

Стоит отметить, что экструдер – это довольно дорогая деталь. В сборе данная запчасть может обойтись в $80–150. Причем стоимость в розничных российских магазинах не сильно отличается от таковой в Китае. Получается, это один из самых дорогих узлов во всем устройстве печати.

Поэтому многие 3D-мейкеры делают самодельные принтеры. В том числе они самостоятельно собирают экструдер, пользуясь открытыми чертежами в сети. Чтобы собрать узел печати правильно, нужно изначально рассчитать, какие задачи он будет решать. Для этого необходимо оценить несколько параметров будущего принтера:

1. Мощность двигателя. Она напрямую зависит от размера сопла. Если 3D-мейкер собирается делать проекты большей детализации, ему потребуется небольшое сопло и мощный двигатель. Иначе пластик может просто застрять.
2. Сопло. Как было сказано выше, диаметр отверстия сопла подбирают исходя из поставленных задач.
3. Подающий ролик. Это слабое место в принтере. Часто ролик проскальзывает, филамент не поступает. Появляются дефекты печати. Например, ролики для PLA и ABS очень плохо взаимодействуют с нейлоновой нитью.
4. Конструкция экструдера. Все компоненты можно скрепить в один узел, напечатав их на 3D-принтере. Или выпилить из фанеры. Оба варианта несложно сделать. Однако монолитная конструкция из пластика будет прочнее, чем коробок из фанеры.
5. Тип экструдера. Тут все зависит от опыта печатника и тех задач, которые он будет решать. Считается, что экструдер типа Bowden более точный, но его немного сложнее делать. И в самодельных конструкциях начального уровня его преимущества пропадают. Direct печатает не так точно, но его проще изготовить.

Немного сложнее обстоит дело с hot-end. Здесь можно пойти двумя путями. Первый: купить готовую запчасть в интернете, что также недешево. Второй: сделать его своими руками. Для этого нужно запастись терпением и нужными компонентами. Более подробную инструкцию по сборке хот-энда мы расскажем ближе к концу данного материала.

Внимание! Если вы не хотите делать хот-энд своими руками, можно заказать его на E-bay. Например, модель фирмы E3D. Правда, одна эта деталь обойдется вам в цену нового экструдера в сборке.

Процесс производства филамента

В промышленном производстве филамента используются, как правило, большие экструзионные линии в виде больших машин, которые способны за одну партию делать сразу несколько прутков (причем без разброса диаметра), что позволяет достичь больших объемов производства. Огромное количество сырьевых гранул нагреваются вместе с определенным количеством мастербатча, причем чтобы добиться цветового постоянства, используются одни и те же пропорции, заранее определенные в научно-исследовательских отделах компаний-производителей филамента. Однако основной принцип промышленного производства филамента почти ничем не отличается от производства домашнего. На иллюстрации ниже показано схематическое изображение этого процесса, а на двух нижеследующих фотографиях – то, как эти конвейерные линии выглядят в реальной жизни.

Наиболее значимые отличия – то, что филамент, создаваемый в домашних условиях, не охлаждается сразу после экструзии, и то, что настольный экструдер может экструдировать только один пруток, в связи с чем объемы домашнего производства заметно уступают производству промышленному, где за час можно изготовить несколько сотен килограмм филамента. Кроме того, у домашнего экструдера может не быть специальной машины, которая автоматически наматывала бы экструдированный филамент на катушки. Плюс ко всему, в некоторых случаях эти приборы оборудованы устройством для автоматической проверки диаметра филамента.

Как сделать экструдер для 3d-принтера своими руками?

По сути, нужно отдельно собрать cold-end, затем присоединить к нему hot-end. Полученную конструкцию закрепить на каретке оси Z и подвести питание к полученной конструкции. Но перед этим стоит заранее выписать все компоненты, которые пригодятся в работе.

Механика экструдера

Что нужно?

Для сборки экструдера потребуется изготовить или купить механические компоненты, электрические детали, а также сделать части корпуса, в котором будут находиться все составляющие экструдера. Из инструментов понадобится: наждачная бумага, сверла, отвертки, паяльник и принадлежности для пайки.

Механические компоненты

Интересно! Некоторые продавцы на AliExpress предлагают экструдеры в разборе, по частям. Этот вариант также можно рассмотреть.

Основные механические компоненты для сборки:

• основные детали каркаса экструдера (напечатанные на другом 3D-принтере, сделанные из фанеры);
• металлические направляющие;
• шестеренки для электропривода;
• основная шестерня и прижимной ролик с пружиной;
• крепежные винты и болты;
• рабочая площадка.

Вся механическая часть экструдера – это cold-end. Устройство подачи собирают как конструктор. Здесь мы предлагаем общую схему механики. Она может немного видоизменяться, в зависимости от выбранного чертежа и метода изготовления.

Схема для печати рамы

Электрические компоненты

К электрическим компонентам можно отнести три вещи: провода, моторчик и нагревательный элемент. Про мощность моторчика мы расскажем подробнее чуть позже. Пока что ознакомимся со схемой сборки нагревательного элемента.

На самодельных экструдерах часто используют алюминиевую пластину. Не обязательно брать цельный брусок, можно обойтись пластинкой толщиной не менее 4 мм. Ее продают в магазинах стройматериалов. Схема построения нагревателя:

1. Соедините две металлические пластины между собой, просверлите между ними отверстие для hot-end. Закрепите полученный «сендвич» в тиски, зафиксируйте болтом.
2. На стыке пластин проделайте отверстия под: два резистора, терморезистор и скрепляющий болт. Разъемы под нагревательные резисторы должны подходить без зазоров. Малейшая воздушная прослойка может привести к неравномерной зоне расплавления филамента.
3. Установите все компоненты в пластины, скрепите их между собой болтом.
4. Смонтируйте нагревательный элемент на хот-энд. Припаяйте провода.

В качестве нагревательных элементов можно использовать два резистора по 5–10 Ом. Подбирайте нужное сопротивление исходя из показателей блока питания.

Важно! Для контроля нагрева можно использовать NTS-термистор 100 кОм (B57560G104F). Не стоит использовать термисторы с меньшим сопротивлением. На высоких температурах они дают большую погрешность.

Пошаговая инструкция по сборке экструдера 3d-принтера

На данном этапе мы уже имеем собранный каркас для экструдера с установленным роликом, а также с прижимной шестеренкой. Остается только выбрать подходящий моторчик, отрегулировать прижимной ролик и прикрутить хот-энд с установленным нагревательным элементом. Рассмотрим каждый шаг по отдельности.

Выбор двигателя

Для домашних нужд потребуется шаговый двигатель по типу Nema17. Но можно поступить проще: найти рабочий элемент в старом принтере или сканере. Это самый «слабый» вариант двигателя. Для принтера берут биполярный двигатель на 4 вывода.

Интересно! Для прутков диаметром до 1.75 мм можно поискать двигатель от принтера Epson «EM-257». Он выдает крутящий момент на валу до 3.2 кг/см.

Если моторчик не справляется, нужно поставить дополнительный редуктор. Например, от старого шуруповерта. Полученной конструкции хватит для прутков до 3 мм в диаметре.

Регулировка прижимного ролика

Силу зажима можно проверить опытным путем, когда в экструдере уже собран cold-end. Аккуратно вставьте пруток между роликом и шестерней. Подайте напряжение на моторчик. Саму конструкцию cold-end можно аккуратно зафиксировать в тисках.

Если филамент не захватывается или проскальзывает: нужно растянуть или заменить пружину. Нить не проталкивается внутрь, шестеренка скребет по прутку? Прижмите или откусите виток пружины. Пробуйте найти оптимальное соотношение длины и зажима.

Создание хот-энда

Для самостоятельного создания hot-end вам потребуется:

1. Ствол хот-энда. Можно сделать запчасть в токарной мастерской. Такое решение будет оптимальным, так как вы получите цельнометаллический hot-end, который нужно будет дорабатывать по минимуму.
2. Радиатор. Желательно снабдить его активным охлаждением в виде небольшого кулера. Можно купить дешевый обдув в компьютерном магазине.
3. Нагревательный элемент. Сборка расписана выше в статье. Также можно купить готовый вариант на AliExpress.

Схема хот-энда

Схема для выточки ствола представлена на чертеже. На него крепят нагревательный элемент и радиатор. Подводят электрику. К полученному hot-end прикручивают сопло нужного диаметра.

Чертеж ствола

Сборка

Весь процесс сборки можно разделить на несколько этапов:

1. Изготовление механической части cold-end. Сборка всех механических частей в единый каркас.
2. Выбор подходящего двигателя. Установка моторчика в механическую часть. Сборка нагревательного элемента.
3. Калибровка прижимного ролика.
4. Сборка хот-энда. Подключение к нему нагревательного элемента.
5. Монтаж hot-end к cold-end.
6. Установка сопла нужного диаметра.

Провода можно частично припаять в моменте сборки разных узлов или заняться ими в последний момент. Принципиальной разницы нет.

Затраты на производство филамента

Однако наиболее животрепещущий вопрос – сколько будет стоить изготовление килограмма кустарного филамента? Начнем с того, что издержки домашнего и промышленного производства по очевидным причинам сравнивать нельзя, поскольку промышленное производство подвергается так называемому «эффекту масштаба»

, т.е. экономией, обусловленной увеличением масштабов производства. К отдельным людям, которые купили настольные экструдеры для личного пользования, чтобы сделать пару-другую катушек, это правило применить нельзя.

Поэтому цифры, указанные тут, просто ориентировочные, поскольку домашнее производство филамента – это довольно новая область, и розничные торговцы в ней практически не работают. Большинство компаний продают гранулы и мастербатчи оптовикам, и у большинства из них минимальный размер заказа составляет 10-25 кг

или больше. Впрочем, в последнее время наметились некоторые подвижки – ряд людей посчитали этот рынок потенциально прибыльным и начали продавать сырьевые материалы в меньших объемах. Впрочем, поиск надежного поставщика, который сумел бы обеспечивать качественный материал в розничных количествах и по приемлемым ценам – это по-прежнему проблема.

На момент написания этой статьи (май 2014 года) килограмм сырьевых гранул стоит примерно от 3,5 до 4 евро

. Цветовые мастербатчи стоят примерно
от 1,2 до 3,5 евро за килограмм
, но их зачастую можно купить лишь в больших объемах (
5-10 кг или больше
). Но, пожалуйста, помните, что это ориентировочные оптовые цены. Также нужно учесть цены на электричество, стоимость самого экструдера, ее амортизацию, а также различную мелочевку, и в итоге получится, что килограмм филамента стоит
около 5-7 евро
. Если сравнивать это с розничными ценами, то экономия получается колоссальной –
порядка 70%
. Правда, перед выходом на самоокупаемость вам придется напечатать довольно много филамента, поскольку экструдеры стоят очень недешево. Список доступных в данный момент настольных экструдеров (вместе с ценами) можно посмотреть в таблице ниже.

Ошибки и способы их избежать

Во время сборки можно допустить ряд ошибок, которые позже отразятся на качестве печати:

1. Выбор маломощного моторчика. Отсутствие редуктора. Ошибка в проектировании электрики может привести к частым засорам экструдера, а также к дефектам печати.
2. Неверный расчет электрики. Еще на этапе разработки нужно просчитать всю нагрузку по мощности и сопротивлению на бумаге. Иначе некоторые компоненты просто сгорят или будут плохо работать.
3. Воздушная прослойка в нагревательном элементе. Делайте аккуратные отверстия в алюминиевых пластинах, чтобы резисторы плотно вставали по месту.
4. Отсутствие калибровки прижимного ролика. Стоит заранее решить этот момент, иначе можно испортить большое количество филамента.

Косвенная ошибка, которая может аукнуться в будущем – это некрепкая рама экструдера. Еще раз повторимся, делайте раму из наименьшего количества деталей. Отдавайте предпочтение пластику, а не фанере. Конструкция должна быть крепкой. Иначе могут появиться люфты. Качество печати заметно упадет.

Собрать экструдер несложно, но в некоторых моментах нужно проявить терпение. Например, при изготовлении ствола hot-end. Также стоит держать в голове все ошибки, которые могут возникнуть во время сборки данного узла.

• 28 марта 2021
• 701

Принцип действия

Сварочный экструдер — специализированный аппарат для так называемой экструзионной сварки, которая применяется для соединения полимерных материалов различных классов — полиэтилена высокой (ПВД) и низкой (ПНД) плотности, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и других наиболее часто применяемых в быту и промышленности пластиков.

Экструзионная сварка — это процесс соединения полимерных материалов с помощью расплавленной до консистенции густой сметаны массы из материала, однородного со свариваемыми или схожего с ними по физико-химическим свойствам.

В отличие от более известной сварки металлов, соединение деталей из пластмассы экструзией не подразумевает расплавления кромок соединяемых деталей, хотя нагрев до определенной степени все равно происходит.

Шов образуется при отвердевании и схватывании с кромками полурасплавленной экструдированной массы. При этом достигается высокая прочность сварного соединения — до 0,8 от прочности основного материала.

Сварка пластика экструдером наиболее часто применяется в сантехнике — для соединения водопроводных труб, в строительстве, при различных работах, целью которых является изготовление любых пластиковых конструкций — баков, понтонов, теплиц.

Изготовление экструдируемой массы осуществляется либо из полимерных гранул — исходного материала для создания любых пластиков, либо из так называемых присадочных прутков, которые перемалываются до гранулированного состояния внутри самого экструдера.

В роли прутка в некоторых (не во всех) моделях может выступать узкий отрезок того же материала, который планируется сварить. Например, при сварке изделия из полипропиленовых листов можно применять в качестве прутка ненужный отрезок полипропилена, но не другого пластика.

Читать также: Обработка огорода мотоблоком видео

Большинство сварочных экструдеров западного производства предназначены для использования с присадочным материалом от того же производителя. Отечественные разработки менее требовательны к присадке. Ручной сварочный экструдер в обиходе часто называют экструзионным пистолетом.