Стальной RepRap.

     Привет!

     Недавно наводил порядок в своих файлах и случайно наткнулся на фотки своего самого первого цельнометаллического RepRap'оподобного принтера. Ничего особенного он из себя не представляет, за исключением того, что практически все его детали сделаны при помощи лазерной резки. Металл толщиной 2мм.
     Для начало видео процесса печати (желающим послушать работу шаговиков во время печати рекомендую смотреть со звуком):

     Для печати использовался черный PLA пластик китайского производства, купленный на ebay. В качестве хотэнда - сборное фторопластовое чудо по мотивам Arcol.hu (я про него писал в предыдущих статьях):

     Вот на этой фотографии его достаточно неплохо видно (на столе только что распечатанная серия подшипников скольжения):

     Основная трудность использования фторопласта состоит в том, что он при нагреве размягчяется и горячий воздух под давлением старается надуть его как воздушный шарик. Либо  пластик вытекает в малейшую образовавшуюся щель, что тоже неприятно, т.к. приходится постоянно убирать эти подтеки (на фотке они заметны невооруженным взглядом). В данном случае лучше конечно было бы использовать PEEK в качестве термобарьера, но у меня его не было под рукой.
     Нагревательный блок - алюминиевый, в него вставлены мощные резисторы в качестве нагревательных элементов. Причем, резистора там два - они греют сразу с двух сторон, что значительно повышает производительность нагревателя, правда, выглядит немного громоздко.

     Еще одно фото, где видно привод филамента:

     В качестве привода филамента я применил шаговый двигатель марки FL42STH47-1684A:

     На валу посажена зубчатая шестерня от какой-то старой печатной машинки (вроде это был принтер для печати на перфокартах японской фирмы Mitsubishi). К шестерне филамент прижимается обычным подшипником. Качество филамента было довольно высоким (диаметр не плавал по длине), поэтому я не испытывал трудностей с застреванием. Это меня также избавило от необходимости делать подпружиненный механизм прижатия.

     Блоки управления шаговыми двигателями я брал готовые SMD-4.2. Их мощность для таких целей конечно избыточна, но и приобретались они совершенно для других целей (сейчас они у меня трудятся в фрезерном станке ЧПУ, о котором я как-нибудь тоже напишу здесь). 

     Естественно, для 3Д принтера можно (и нужно!) использовать более дешевые StepStick на основе микросхемы A4982. 

     Все это управляется описанной ранее Arduino Mega 2560 с залитой прошивкой Marlin. Я не стал заморачиваться с дополнительными платами и собрал все "на весу". Тем более, что там ничего сложного нет - управляющие провода к блокам шаговиков и малюсенькая платка с полевиком нагревателя и развязкой термистора.

     В качестве концевиков - какие-то валявшиеся под рукой микрики (также от старых принтеров), закрепленные стяжками на направляющих.

     По механике сказать особо нечего - использовались китайские направляющие 8 мм и шпильки из строительного магазина. Подшипники корпусные марки INAFAG 608. Зубчатые ремни вместе с шестернями выдернуты из старых матричных принтеров (разных моделей).

     Стол - кусок оргстекла, утилизированный из дохлого TFT-монитора, на который наклеен Kapton. Подогрев мне был ни к чему, т.к. PLA прекрасно липнет и к холодному столу с каптоновым скотчем. К оргстеклу без покрытия тоже нормально приклеивается, правда при этом его сильно портит, поэтому лучше сделать как у меня.

     Первое, что было напечатано, наверное, как и у многих - детали для самого же принтера. Хотелось сделать более легкий по весу вариант. Появилось желание сделать более универсальный экструдер, способный изменять усилие прижатия филамента. Да и вообще как-то улучшить конструкцию. 

     Получилась следующая модификация:

     Полностью избавиться от металла получилось далеко не сразу, т.к. доступных материалов было в количестве ровно на один принтер. Процесс имел плавный (и практически необратимый) характер. Только HotEnd еще долго пробыл в неизменном виде (пока я окончательно не перешел на ABS). 

Еще фотки:

     Жесткостки конструкции все эти переделки конечно не прибавили, качество печати значительно ухудшилось, но зато обслуживать принтер стало гораздо проще. 

     Вентилятор, дующий прямо на деталь, позволил печатать достаточно сложные конструкции:

     Небольшое видео процесса печати этой штуковины:

     Видео не особо четкое, сказывается недостаток освещения, но, в принципе, что-то рассмотреть можно.

     Управляется принтер по USB от нетбука при помощи бесплатной программы Pronterface, являющейся по сути своей оболочкой для слайсера Slic3r.

     В итоге.

     Было сделано огромное количество выводов, получен громадный опыт в печати, да и вообще в проектировании подобных конструкций. Выбрана оптимальная прошивка, программное и аппаратное обеспечение. Опробованы различные поверхности стола на сцепление с пластиком. Практически испробованы различные режимы печати и влияние на них внешних факторов.
     Естественно, данная конструкция обладает рядом недостатков, которые я постарался учесть в дальнейшем. Но, в принципе, вполне рабочее решение, которое можно посоветовать начинающим для повторения.
   

     На этом пока все, до следующего.

Новый шаговик для экструдера.

     Недавно получил из Китая посылку, про которую уже успел забыть (слава нашей доблестной почте России):

     Вот такой няшный китайский моторчик, имеющий довольно скромные габариты:

     Сам двигатель ничего особо из себя не представляет - обычный униполярный шаговик со скромными характеристиками, а вот редуктор, которым он комплектуется, делает его просто идеальным вариантом для экструдера. Передаточное отношение 1:30, что, по нашим требования, очень даже неплохо.
     Самое главное его преимущество в том, что шестерни внутри редуктора металлические, а не пластиковые, как, например, у модели PG35L-048:

     Этот PG35L я заказывал в прошлый раз. Он у меня пережил с десяток печатей, постепенно съедая свои пластмассовые внутренности, пока окончательно не развалился. Правда, я как раз в этот период экспериментировал с филаментом 3 мм и разными типами Hot end'ов, что ускорило процесс его разрушения. В принципе, если использовать филамент диаметром 1,75 мм и печатать на отлаженном горячем конце, то его должно надолго хватить. В забугорье с этим мотором очень многие делают свои экструдеры:

     И вроде не жалуются на его долговечность, так что, при аккуратной эксплуатации получается очень даже интересный вариант. Огромный плюс в том, что этот моторчик абсолютно ничего не весит (металла-то там почти нет), поэтому экструдер с ним может летать на совершенно запредельных скоростях. На всякий случай - вот его данные:

     Итак, вернемся к посылке. Модель называется 350byg45hj30b, продается только в Китае (я брал на AliExpress). Диаметр выходного вала 5 мм минус одна десятая миллиметра, что позволит надеть на него любую приводную шестерню с внутренним диаметром равным 5,0 мм. Вот так он выглядит с посаженной на вал MK7 Gear:

     Особенно радует наличие проточки на валу. Не то, чтобы ее сложно сделать самому, просто радует, что она там уже есть. Как результат - наша приводная шестерня не будет скользить по валу ни при каких условиях.

     Теперь надо определиться с креплением Hot end'а к приводу. Еще очень неплохо определиться с тем, каким образом филамент будет прижиматься к шестерне. Задача осложняется тем, что для крепления нам доступны только два отверстия М3 на корпусе редуктора.

     Проектирование всяких штук я делаю в одной замечательной программе, в которой любые идеи превращаются в 3D-модели в считанные минуты. Называется она Autodesk Inventor Professional.

     Кому-то больше нравится Solid Works, но у меня как-то с ним не срослось, хоть там многие вещи и делаются проще, чем в инвенторе. А тут все просто и понятно даже для новичков. Правда, есть один существенный недостаток - она платная. Вроде даже есть какая-то бесплатная версия Education (типа для студентов), но я ее не пробовал. Да и кто в нашей стране вообще пользуется ограниченными версиями, если в сети масса всяких портаблов и прочих вкусностей.
     К слову, в программе есть возможность экспорта моделей в формате STL, который как-раз нам нужен для 3Д-печати. В общем, рекомендую.

     Итак, вот каким образом мы будем крепить HotEnd к нашему китайскому моторчику:

     За основу возьмем алюминиевый уголок 20х20 мм, в котором насверлим отверстий и нарежем резьбу М6 под термобарьер. Подшипник, который я использую, имеет марку SKF 623.
Теперь надо определиться с прижимным механизмом. Надо сделать какое-то коромысло в виде буквы "Г", прижимаемое посредством пружины. Одна сложность - необходимо учесть возможность регулировки усилия прижатия пружины.

     До скорого...

Как бороться с заклиниванием филамента в экструдере. Jam fix.

     Всем привет!

     В этот раз я решил, немного забегая вперед, обсудить одну из наиболее важных тем мира 3D-печати, вернее проблему, с которой сталкиваются не только самодельщики, но и те, кто купил полностью готовый (и вроде бы даже рабочий) вариант. Это проблема застревания филамента во время печати.

     Внешнее проявление этого самого застревания выглядит так, как-будто горячий конец внезапно становится холодным, шаговик начинает упорно постукивать на месте, пропуская шаги, либо намертво вгрызается в застрявший на месте пруток. При этом, чаще всего, если тормознуть процесс печати, выдернуть филамент назад, отрезать увеличенную по объему часть пластика и заправить его обратно, то некоторое время выход расплавленной нити будет очень даже бодрым и печать можно будет продолжить. Но, через некоторое время опять начнутся пропуски и застревания.

    Кажется вообще удивительным, что пластик очень легко подается в горячую зону от руки, иногда даже вылетает из сопла горячими струями, но, в то же время, только самое начало печати проходит идеально, а дальше пропуски шагов, уменьшение подачи, а потом вообще движение вхолостую.

    Итак, разберем по пунктам причины возникновения этого неприятного явления, попутно рассматривая возможные варианты решения.

1. Инерционность. Инерционностью назовем способность горячего конца оперативно реагировать на внешние воздействия, такие как внешнее охлаждение (обдув), а также движение филамента внутри. Чем выше этот параметр, тем хотэнд сложнее охладить, но, соответственно, он дольше и нагревается. При низкой инерционности хотэнд быстро нагревается, но также быстро и остывает.
     Как этот параметр влияет на застревание филамента? Все очень просто. Пруток во время подачи охлаждает хотэнд, причем, чем быстрее подача, тем сильнее охлаждает. Если горячий конец не справляется с поддержанием необходимой температуры из-за своей инерционности, пруток рано или поздно остынет и застрянет.
   
     Решение проблемы зависит от ее правильной диагностики. Для начала необходимо замерить падение напряжения на контактах нагревательного элемента в режиме нагрева. Очень может быть, что выбрано слишком маленькое сечение идущих к нему проводов (от полевого транзистора), либо источник питания "не тянет". Либо в качестве силового элемента выбран транзистор на маленький ток и в итоге греется больше он, чем нагревательный элемент.
     Если с напряжением все нормально, можно проверить правильность показаний температуры (при значениях близких к температуре печати). Для этого надо взять мультиметр с термопарой и его показания взять за эталон):

   
     Также необходимо убедиться в том, что нагревательный элемент имеет надежный тепловой контакт с той частью, куда он вставлен - не должно быть лишних щелей. Через воздух сопло будет нагреваться ооочень долго. Это особенно актуально при использовании в качестве нагревательного элемента обычного мощного резистора.

     В качестве теплопередающей пасты ни в коем случае нельзя использовать обычную кремний-органическую термопасту (типа КПТ-8 или Алсил), которую мажут на радиаторы кулеров. У нее рабочая температура ДО 180°С, а выше она обугливается и теряет свои свойства. В качестве альтернативы используются керамико-полимерные материалы (КПТД):

     Продается в Чип-Дипе по не очень дешевой цене, зато ее на очень долго хватит. Это двухкомпонентный состав, который при застывании становится похожим на резину. При этом является абсолютный диэлектриком и просто чудесным теплопроводником. Работает при температуре до 250°С (а на практике даже больше), не теряя своей пластичности.
    В общем, замешиваем чудесный состав, затыкаем все лишние дыры на улицу и радуемся.

Еще советую весь горячий конец теплоизолировать при помощи стеклоткани (если вы еще этого не сделали):

   
     Инерционность в этом случае должна снизиться. Если прогрев все еще слишком долгий - советую поменять нагревательный элемент на более мощный. В случае использования нихромового нагревателя можно попробовать взять нихром меньшего диаметра, либо уменьшить количество витков. Это увеличит количество потребляемого им тока, но зато увеличит мощность и ускорит нагрев.

     Еще один момент. В прошлых статьях я советовал использовать прошивку Marlin. Дело в том, что там есть возможность регулировки температуры по PID-алгоритмам. Причем, есть возможность эти самые коэффициенты подобрать по ваше конкретное оборудование автоматически (команда M301 - Set PID parameters P I and D).
     Если все правильно сделано, получим плавное и достаточно точное поддержание температуры.

2. Шероховатость термобарьера. В предыдущих статьях я рекомендовал использовать в качестве термобарьера шпильку М6 из нержавеющей стали с проточкой:

     Суть в том, что внутренняя поверхность термобарьера должна быть не просто гладкой, а зеркальной! Разогретый пластик действует как поршень, который выдавливает еще более разогретый пластик. Так вот, если на пути этого поршня встречаются неровности, то они заметно задерживают и затрудняют процесс выдавливания. Достигается это полировкой при помощи нити и пасты ГОИ.
     Желательно, перед тем, как заняться полировкой, придать внутренней полости конусность:

      Делается это при помощи вот такой конусной развертки:

     На инерционность это никак не влияет, зато помогает решить другую проблему, связанную с застреванием пластика - образование пробки там, где ее быть не должно. Этим действием мы просто не дадим подняться расплавленному пластику в холодную зону, там остыть и заклинить.

     В качестве альтернативы этому предлагается сделать вставку из тефлоновой трубки:

     Вот вид сбоку:

     Сам я такую конструкцию еще не пробовал, но в сети пишут, что очень даже помогает бороться с застреваниями. Надо будет попробовать.

3. Некачественный филамент. Во время печати сопло периодически забивается примесями, находящимися в филаменте. Количество грязи напрямую зависит от производителя и вида пластика. Например, PLA-пластик - органического происхождения, биологически разлагаемый и экологически чистый. Его производство, по-видимому, находится под особым контролем качества (не зря же он почти в 2 раза дороже). Этот вид практически никогда не забивает сопло (у меня не было ни разу).
     Другое дело ABS. С ним, а вернее, с его примесями, приходится бороться периодической чисткой сопла. Делается это при помощи сверла, подобранного по диаметру выходного отверстия.
     Также полезно избавлять филамент от пыли, которая на нем оседает:

     Делается это просто. Где-нибудь рядом с бухтой филамента закрепляют ватный тампон, пропитанный маслом. Пластик, проходя через этот тампон, очень даже равномерно смазывается, а заодно и очищается. Но, тут же появляется еще одна проблема - если неправильно подобрать масло, оно не будет выгорать (испаряться) в экструдере и при печати слои будут отделяться друг от друга. Тут надо экспериментировать.

4. Неправильные размеры. Допустим, мы сделали в термобарьере отверстие диаметром 2 мм. С ним стыкуется сопло, у когорого диаметр тоже 2 мм. Если есть хоть небольшая несоосность - пластик будет упираться в выступающую кромку сопла. Проходить-то он будет, но усилие возрастет в разы.
     Чтобы этого избежать, советую увеличить внутренний диаметр сопла на пару десятых долей миллиметра. Обязательно надо снять фаску сверлом большего диаметра.

     Также необходимо понимать, что печатать филаментом 3 мм через сопло 0,25 мм не совсем правильно. Чем меньше диаметр выходного отверстия, тем с бОльшим усилием надо воздействовать на филамент, а настолько резкое изменение диаметра может оказаться непосильной нагрузкой для вашего экструдера. Понятное дело, что хочется качественных деталей и все стараются выбрать сопла с наименьшим отверстием. Но эта палка о двух концах.
     Мне, например, вполне хватает для любых печатей сопла 0,4 мм:

5. Стеклование пластика. Это даже не проблема, а то, что приводит к проблеме. Есть одна замечательная картинка с одного не менее замечательного сайта:

     Здесь очень хорошо видно как пруток переходит из твердой фазы в жидкую. Переход совсем не мгновенный (к сожалению), а постепенный. Сначала пластик становится чем-то средним между твердым и жидким и только потом окончательно превращается в жидкость и выдавливается. Основная задача состоит в том, чтобы наш филамент как можно меньше пребывал в этой непонятной фазе стеклования, т.к. при этом он пытается зацепится и приклеиться ко всему, с чем соприкасается. Делается это при помощи дополнительного охлаждения.
     В своей конструкции я накрутил на термобарьер алюминиевый радиатор, на который дует маленький вентилятор (40х40 мм).

     На этом пока все. Удачных экспериментов!