CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск МагазинРегистрация


Экструдер




Экструдер (от extrude – выдавливать) – печатная головка FDM-принтера. Именно такие устройства составляют большинство "домашних" и самодельных моделей. Экструдер создает объект послойно, выдавливая размягченный материал через сопло. Тюбик с зубной пастой, клеевой пистолет, шприц с силиконовым герметиком – действуют по аналогичной схеме. Экструдер состоит из нескольких частей, из которых непосредственно экструдером является лишь подающий механизм. Тем не менее, по устоявшейся традиции термин "экструдер" применяется в качестве синонима к целой печатающей сборке.

http://3dtoday.ru/upload/iblock/563/%D0%9E%D0%B1%D1%89%D0%B0%D1%8F%20%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8%20FDM-%D1%8D%D0%BA%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B0.jpg

На картинке представлена упрощенная схема экструдера

Типичный экструдер для печати пластиком делится на две основные части:

  • блок с механизмом подачи филамента ("cold end");
  • сопло с нагревателем ("hot-end").

Блок подачи филамента состоит из колеса (шестерни), соединенного с электромотором (напрямую или через редуктор), и прижимного механизма. Подающее колесо, жестко закрепленное на валу двигателя, с помощью не закрепленного стационарно прижимного ролика, находящегося в плавающем положении и, благодаря пружине, вращаясь, осуществляет подачу нити из катушки в специальную нагреваемую металлическую трубку с соплом небольшого диаметра, называемую "hot-end" или просто "сопло", где пластик плавится под воздействием высокой температуры и выдавливается через отверстие в сопле. Такая конструкция позволяет нити пластика не застревать, если диаметр прутка на отдельных участках отклоняется от заданного размера.

Как правило, сопла экструдера делают из металла с высокой теплопроводностью (алюминия или латуни), хотя возможно использование более термоустойчивых, но и более дорогих материалов. Для печати наиболее популярными пластиками вполне достаточно и латунного сопла. Сопло крепится к концу трубки с помощью резьбового соединения и может быть заменено на новое в случае износа или при необходимости смены диаметра. Диаметр сопла обуславливает толщину расплавленной нити и влияет на разрешение печати.

http://3dtoday.ru/upload/iblock/1d7/%D0%AD%D0%BA%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B4%D0%B5%D1%80%20FDM-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%20PrintBox3D%20One.jpg

Экструдер FDM-принтера PrintBox3D One

 

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). Регулировка температуры очень важна, так при перегреве материала может произойти пиролиз, то есть разложение пластика, что способствует как потере свойств самого материала, так и забиванию сопла.

Нагревательный элемент сильно разогревается во время работы, а остальные части экструдера должны оставаться холодными, иначе филамент начинает плавиться слишком рано. Поэтому, между блоком подачи и нагревательным элементом экструдера устанавливается теплоизолирующая вставка. Кроме того, для охлаждения блока подачи, в печатающую головку часто встраивают радиатор с вентилятором.

Этот момент имеет огромное значение, так как термопластики, проходящие порог температуры стеклования, значительно расширяются в объеме и повышают трение материала со стенками сопла. Если длина такого участка слишком велика, протягивающему механизму может не хватить сил для проталкивания филамента.

Экструдер Боудена

Кроме экструдеров с прямой подачей пластика существует так называемые экструдеры Боудена (Bowden extruder). Единственное их отличие в том, что блок подачи филамента и сопло разнесены: блок подачи жестко закреплен на раме 3D-принтера, а сопло с нагревателем находится на подвижной печатающей головке. Филамент подается в сопло по длинной тефлоновой трубке.

 

Ее основными достоинствами является следующее:

  • материал не плавится раньше времени и не забивает механизм;
  • печатающая головка значительно легче, что позволяет увеличить скорость печати.

Однако имеются и недостатки. Нить пластика на таком большом расстоянии может перекручиваться и даже запутываться. Решением этой проблемы может стать увеличение мощности двигателя блока подачи филамента.

 

Количество экструдеров может варьироваться в зависимости от предназначения 3D-принтера. Простейшие варианты используют одну печатающую головку. Двойной экструдер позволяет печатать одну модель двумя различными цветами, а также использовать различные материалы. Это важно при построении сложных моделей с нависающими элементами конструкции. FDM-принтеры не могут печатать "по воздуху", так как наносимым слоям требуется опора.

Поэтому приходится печатать временные опоры, которые должны быть удалены по завершении печати. В процессе удаления временных опор есть вероятность повредить саму модель, поэтому этот процесс требует большой аккуратности. Если модель представляет собой сложную структуру с труднодоступными внутренними полостями, построение обычных опор может оказаться недостаточным по причине высокой сложности удаления лишнего материала.

Готовая модель с опорами из PVA-пластика (белого цвета) до и после промывки

 

С помощью двойного экструдера можно построить модель из водоупорного термопластика, а в качестве материала опоры можно использовать водорастворимый поливиниловый спирт (PVA-пластик). После окончания печати PVA можно просто растворить в воде и получить сложное изделие идеального качества.

Некоторые модели FDM-принтеров могут использовать три или даже четыре экструдера.

Основные критерии выбора экструдера

При выборе экструдера нужно руководствоваться следующими критериями:

  • материал корпуса и механизмов

Некоторые производители оснащают свои экструдеры дешевыми 3D-печатными деталями. Литые детали прочнее 3D-печатных, поэтому, стоит обратить на это внимание.

  • надежность подачи филамента

От подающего механизма зависит бесперебойность печати и ее конечный результат. Филамент может запутаться, как и любая достаточно длинная нить, что приведет к заклиниванию механизма. Он может "проглотить" филамент даже с небольшими узелками или перехлестами. Из-за недостаточного сцепления подающего ролика с филаментом, пластиковая нить может проскальзывать, из-за чего может возникнуть задержки в ее подаче.

Такие недостатки, например, могут быть при печати нейлоном. Из-за мягкости и скользкости этого пластика, экструдер, рассчитанный на ABS и PLA пластик, не всегда сможет с ним достаточно хорошо работать. Подающее колесо с гладкими зубцами не способно надежно зацепиться за филамент.

Поэтому, при печати нейлоном желательно использовать подающий ролик с острыми зубчиками или агрессивной насечкой.

  • размер сопла экструдера

Именно от этого параметра, в большой степени, зависит качество печати.

Производители 3D-принтеров чаще всего оснащают свои экструдеры соплами с отверстием диаметром 0,4-0,5 мм – этот размер является оптимальным. При использовании сопел меньшего диаметра (0,3-0,2 мм) можно существенно улучшить детализацию, четкость граней и чистоту поверхности объекта, из-за более мелких капель пластика.

С другой стороны, маленькое сопло увеличивает время печати, есть большая вероятность забивания мусором и застывшей пластмассой самого сопла. Потенциально, могут расти требования к мощности подающего механизма, т. к. экструдеру становится сложнее протолкнуть пластик через маленькое отверстие.

В современных 3D-принтерах можно использовать сменные сопла с отверстиями разного диаметра.

Двойной экструдер

В настоящее время на рынке представлено несколько моделей 3D-принтеров, печатающие головки которых оснащены двумя (и даже тремя!) экструдерами (например, MakerBot Replicator 2X).

Печатающая головка 3D-принтера MakerBot Replicator 2X

Двойной экструдер хорошо подходит для печати двухцветных объектов или создания структур поддержки из растворимого полимера. Но, в целом, технология двойной экструзии сыровата и находится в стадии развития, поэтому у нее масса недостатков.

Самое главное, что современные 3D-принтеры не могут полноценно печатать одновременно обоими экструдерами – они жестко закреплены на общей печатающей головке, и не двигаются независимо. Поэтому, принтер задействует каждый экструдер по мере необходимости.

К недостаткам 3D-принтеров с двойным экструдером также относится их повышенная стоимость и сложность в настройке. Навешивание дополнительных деталей печатающую головку увеличивает ее габариты, массу и инерцию, что уменьшает скорость работы принтера и размеры области печати. Кроме того, сопло незадействованного во время печати экструдера может цеплять и деформировать объект или оставлять на его поверхности потеки филамента.

 


Вы можете стать первым