Печатающая головка 3d принтера. D-принтер перестает печатать в произвольный момент, в процессе печати. Отличная реализация отдельных деталей

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.

У меня Anet A6 собирал его сам и полностью доволен. 3D принтер съел уже примерно 5 кг пластика без каких либо проблем и заминок. Оставляю печать на ночь и когда ухожу на работу.

Все экструдеры, печатающие пластиком из прутка, имеют одинаковый принцип действия и правила для anet A6 будут справедливы и для остальных принтеров. Нам понадобятся "нить для герметизации резьбовых соединений" (не для герметизации), термопроводящая паста и собственные

Сразу скажу, что герметизация от утечек расплавленного пластика происходит между соплом и термобарьером, больше нигде.

Если правильно собран этот узел, то никогда не будет протекать расплавленный пластик и выгорать на нагревательном элементе и сопле, а значит не будет и запаха гари.

Начнем по порядку.
Закручиваем сопло в термоблок с нагревателем не полностью, не докручиваем примерно 1 мм как на фото.

Затем вкручиваем термобарьер с уплотнительной нитью до упора в сопло

В точке соприкосновения сопла и термобарьера и происходит уплотнение.
Нить уплотнения резьбы нужна для того, чтобы во время смены сопла нагревательный блок не вращался на резьбе термобрьера, это исключает возможность отхода термопары со своего штатного места. После смены сопла его затяжку производить с усилием примерно 500 грамм на 10 см. Не стоит забывать что сопло упирается не в термоблок, а в термобарьер.

Термопроводящей пастой смазываем сам нагревательный элемент и термопару перед установкой в блок.

Это позволит вашему принтеру поддерживать заданную температуру в пределах + или - 1 градус.
А так же значительно продлит жизнь нагревательного элемента.

Надеюсь эта информация будет вам полезна. Удачи всем.

Некоторые изделия напечатанные на Anet A6

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.

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!!!

Экструдер (от англ. слова extrude) - это печатающая головка 3D принтера. Название этой детали (перевод термина - выдавливать) полностью соответствует принципу ее действия: экструдер выдавливает специальный материал через отверстие, тем самым создавая слои объекта. Точно также работают и клеевые пистолеты, тюбики с пастой и прочие.

В большинстве случаев 3D принтер печатает объекты из термопластика ABS и PLA (филамента по научному или пластиковой нити в обиходе), поэтому стоит проанализировать такие экструдеры.

Фактически - экструдер (печатающая головка 3D принтера) - это основной механизм и именно от него и зависит качество печати на 3D принтере. Даже если вы решили собрать полностью , то на экструдер стоит разориться и купить готовый и проверенный узел.

Печатающая головка 3D принтера состоит из двух элементов: сопла и механизма подачи филамента. Сопло имеет нагревательный элемент и называется также хот-энд (hot-end). Нагреватель выглядит как прямоугольное алюминиевое устройство.

Элемент для подачи филамента (колд-энд) - это небольшой блок, состоящий из прижимного механизма и шестерни. Такой механизм должен быть соединен со специальным электромотором (через редуктор). Принцип работы 3D принтера такой: колесо вращается и высасывает филамент, переправляя его в hot-end. Там, он плавится (благодаря нагревательному элементу) и выдавливается через сопло.

Чаще всего нагревателем является нихромовая спираль или несколько резисторов. Хот-энд изготовлен из теплопроводного металла (например, алюминия). К соплу прикрепляется специальный датчик температуры, что бы следить и регулировать состояние принтера.

Хот-энд и колд-энд разделяют теплоизолирующей стенкой, сделанной из термостойкого пластика PEEK. В часть колд-энд встроены вентиляторы, чтобы не допустить перегрев. Все это делается для того, что бы филармент не начал плавиться слишком рано. Хот-энд очень нагревается, при этом колд-энд должен оставаться достаточно холодным.

Кроме обычных экструдеров (с прямой подачей), существуют также боуден-экструдеры (Bowden extruder). Они отличаются от стандартных тем, что hot-end закреплен на подвижном элементе, а cold-end находится на раме 3D принтера. Таким образом, две эти части разделены и не соприкасаются. Филамент переходит в сопло через трубку из тефлона.

Такое строение экструдера позволяет сделать его меньшим, тем самым ускорить процесс 3D печати. При этом снижается надежность подачи пластика.

Есть несколько нюансов в строении печатающей головка 3D принтера. Во-первых, важен материал, из которого изготовлен корпус и детали. Некоторые компании производят экструдеры из некачественных, дешевых элементов. Лучше всего создавать литые детали 3D принтеров, потому что они более надежны. Результаты работы машины зависят от подачи филамента. Поэтому, механизм подачи должен быть бесперебойным и надежным.

В случае если филамент запутается (т.к. он является похожим на нить), подаватель может заклинить. Если детали качественные, филамент все равно должен выйти, только с небольшими комочками.

Из-за того, что филамент недостаточно сильно сцеплен с механизмом подачи, нить может проскользнуть и создать некоторые задержки в работе 3D принтера.

При печати можно использовать капрон или нейлон. Стандартные печатающие головки (настроенные на ABS) не способны нормально ее обработать, так как она гладкая и мягкая. Подающее колесо не может достаточно сильно «схватить» филамент. Именно поэтому, при печати с помощью капрона используют ролики с зубцами или острой насечкой.

Также в строении экструдера очень важно учитывать размер сопла, потому что от него зависит готовая работа. Обычное сопло 3D принтера имеют размер 0,4-0,5 мм. Другое сопло, меньшее по размеру (0,2-0,3 мм) делает печать объекта более детальной, чистой и четкой, потому что выдавливаемая горячая нить более тонкая.

Особое внимание стоит обратить на то, что печать с помощью маленького сопла, увеличивает время печати. Также, такое отверстие быстро забивается мелким мусором и застывшим пластиком. Подаватель должен быть более мощным, что бы протолкнуть филамент пластиковой нити через маленькое сопло.

В современных принтерах существует возможность использование сопла разного диаметра. В наше время представлены разные модели 3D принтеров с несколькими встроенными печатающими головками. Например, в модели MakerBot Replicator Dual встроены два экструдера.

Использование нескольких головок лучше всего подходит для печати двухцветных объектов, так как применяется два вида пластика. Не смотря на это, технология печати с помощью двух экструдеров изучена не досконально и имеет ряд недостатков и неточностей.

Две печатающие головки работают независимо в принтере, что позволяет печатать ими обоими параллельно. Они крепко закреплены на головке и 3D принтер использует каждую из них по мере необходимости.

Существует также новый метод одновременной 3D печати, который называется «Ditto printing». При таком способе оба экструдера печатают два идентичных объекта, работая параллельно. Однако данный метод имеет ряд ограничений: печатаются только небольшие объекты, одноцветные или же двухцветные и большие, но с определенной структурой (она должна быть повторяющейся и выполненной в виде цепи).

Также одним из недостатков принтеров с двумя печатающими головками относится их сложность и слишком большая стоимость. Установка дополнительных деталей делает экструдер большим и тяжелым, что замедляет скорость работы и позволяет создавать только маленькие объекта. В ходе печати неработающее сопло также может цепляться за готовые части объекта и портить их, оставляя потеки филамента.