Экструдер для 3D принтера своими руками

Принцип работы и разновидности

Печатающая головка 3D-принтера вытягивает пластиковый стержень, нагревает его и выталкивает горячую массу через сопла.

Wade extruder

Устройство экструдера

На изображении представлена ​​упрощенная схема экструдера Wade. Устройство состоит из двух частей. Вверху находится холодный конец (cold end) — механизм подачи пластика, внизу — горячий конец (hot end), где материал нагревается и выдавливается через сопло.

Экструдер Боудэна

Есть еще одна конструкция устройства, в которой холодная и горячая части разделены, а пластик попадает в хот-энд через тефлоновую трубку. Эта модель, в которой холодный конец жестко закреплен на раме принтера, называется экструдером Боудена.

К его несомненным достоинствам можно отнести следующее:

• материал не тает преждевременно и не забивает механизм;
• печатающая головка значительно легче, что позволяет печатать быстрее.

Однако есть и недостатки. Пластиковая нить на таком большом расстоянии может перекручиваться и даже запутываться. Решением этой проблемы могло стать увеличение мощности двигателя колданд.

Cold end

Сборка E3D-v6

Стержень накаливания толкается вниз шестерней, приводимой в действие мотор-редуктором. Подающее колесо жестко закреплено на валу двигателя, при этом прижимной ролик не зафиксирован, а находится в плавающем положении и благодаря пружине может перемещаться. Такая конструкция позволяет пластиковой нити не застревать, если диаметр стержня на некоторых участках отклоняется от заданного размера.

Hot-end

Пластик попадает в нижнюю часть экструдера через металлическую трубку. Здесь материал нагревается и выходит в жидкой форме через сопло. Нагреватель представляет собой спираль из нихромовой проволоки или пластину и один-два резистора, температура контролируется датчиком. Верхняя часть механизма должна предотвращать преждевременный нагрев нити и не вызывать повышение температуры. В качестве утеплителя используется термостойкий пластик или радиатор.

Процесс изготовления экструдера

Сверло по дереву будет использоваться в качестве шнека экструдера. Под ним выбирается водопровод. В нем нужно избавиться от внутреннего шва напильником. От края трубы делается продольный надрез на глубину 60-80 мм, по которому разрезается часть трубы. Щеки из листовой стали привариваются с левой и правой стороны пропила. Они будут оснащены загрузочным бункером для измельченного пластика. Его можно распечатать на 3D-принтере.
В качестве опоры экструдера можно использовать стальную пластину или массивную профильную трубу.
К подошве прикручивается опора для фиксации самого экструдера. Он состоит из профильной трубы с продольными ребрами. Сам корпус экструдера приваривается к стойке, а затем в нее вставляется шнек.

Далее необходимо подключить шнек к мотору через редуктор.

Для этого к нему через концевую насадку подключают велосипедную тележку. Головка приваривается к каретке, затем устанавливается на вал винта. Затем каретка выравнивается коаксиально экструдеру, и ее основание приваривается к пластине.
Затем на вал каретки устанавливается ведущая звездочка. Далее нужно соединить ведущую звездочку с маленькой звездочкой на ступичной кассете через роликовую цепь. Далее эта же цепочка соединяет большую звезду на кассете со звездочкой на коробке передач электродвигателя. Для этого к боковой стенке станины приваривается еще одна профильная труба для вмещения втулки и двигателя. При этом ведущая звездочка имеет 46 зубьев, малая 11, средняя 30 и мотор-шестерня 9. Следовательно, передаточное число от мотора к дрели будет 1: 140. Для надежности все стойки они должны быть усилены сваркой завесы.
К выходному отверстию корпуса экструдера приварены переходник и труба 1/2 «. На конце трубы должна быть резьба, подходящая для сопла. Используется гидравлическая заглушка с отверстием 4 мм, просверленным в центре.
Далее необходимо установить кольцевые нагреватели поверх кожуха экструдера. Если их диаметр не совпадает, кожух можно удлинить, обернув его стальной полосой. Нагреватели устанавливаются на горловине экструдера, в центре и в начале корпуса. Каждый из них подключается через отдельный ПИД-регулятор. Их датчики температуры прикручены к корпусу. Для этого вам потребуется приварить гайки. Может потребоваться добавить количество нагревателей после испытания.

Далее нужно включить обогрев и отрегулировать температуру на грелках. Начнем с того, что при использовании крошки из АБС-пластика первая выставляется на 120 ° C, вторая на 200 ° C и третья на 180 ° C. После нагрева начинается вращение шнека. Вам нужно выставить около 5 оборотов в минуту.

После изготовления экструдера вам потребуется собрать множество устройств для производства прутков, но они намного проще. По крайней мере, вам еще понадобится ванна для охлаждения бруса, приемный ролик, вибратор для бункера для бесперебойной подачи пластиковой стружки на шнек.

Подающий механизм

Униполярная схема
шаговый двигатель

В первую очередь нужно выбрать шаговый двигатель. Лучше купить аналог Nema17, но вполне подойдут и двигатели старых принтеров или сканеров, которые продаются на радиорынках по очень низким ценам. Для наших целей нам понадобится двухполюсный двигатель с 4 кабелями. Собственно можно и однополярный, схема его показана на рисунке. В этом случае желтая и белая нити просто останутся неиспользованными, их можно будет обрезать.

Как правило, моторы у принтера слабые, но здесь EM-257 (Epson), как на изображении ниже, с крутящим моментом на валу 3,2 кг / см, вполне подойдет, если вы используете нить накала Ø 1,75 мм.

Для стержня диаметром 3 мм или более слабого двигателя вам также понадобится редуктор. Также его можно взять из старых разобранных инструментов, например, планетарной коробки передач от шуруповерта.

Печатные машины

Потребуется модификация, чтобы установить звездочку мотора отвертки на перемычку, чтобы совместить ось вращения мотора с коробкой передач. И крышку подшипника выходного вала тоже нужно сделать. На выходном валу установлена ​​шестерня, которая будет подавать пластиковую планку в зону нагрева.

Корпус экструдера используется для крепления двигателя, прижимного ролика и горячего конца. Один из вариантов показан на рисунке, где через прозрачную стенку хорошо виден красный стержень накала.

Вы можете создать футляр из разных материалов, придумав свой дизайн или, взяв за образец готовый комплект, заказать печать на 3D-принтере.

Экструдер с прозрачным корпусом

Главное, чтобы прижимной ролик регулировался пружиной, так как толщина планки не всегда идеальна. Прилипание материала к источнику питания не должно быть слишком сильным, чтобы избежать раскалывания кусочков пластика, но должно быть достаточным, чтобы нить накаливания проталкивалась в хот-энд.

Следует отметить, что при печати нейлоном лучше использовать подающую шестерню с острыми зубьями, иначе она просто не сможет зацепить планку и она будет скользить.

Цельнометаллический хотэнд

Хосты E3D широко распространены и популярны. Вы можете купить его на ebay.com за 92 доллара США (без доставки) или загрузить дизайны, доступные бесплатно на официальном сайте компании (), которые вы можете использовать для этого, значительно сэкономив.

Hot-end устройство

Радиатор изготовлен из алюминия и служит для отвода тепла от цилиндра горячего конца и предотвращения преждевременного нагрева подложки. Вполне подойдет светодиодный радиатор; для усиления охлаждающего эффекта на него также можно направить небольшой вентилятор.

Ствол хотэнда представляет собой полую металлическую трубку, соединяющую радиатор и нагревательный элемент. Изготовлен из нержавеющей стали из-за ее низкой теплопроводности.

Вот как выглядит деталь в разрезе и ее чертеж с размерами стержня Ø 1,75 мм.

Тонкая часть трубки действует как тепловой барьер и предотвращает распространение тепла к верхней части экструдера. Важно, чтобы нить не начала преждевременно плавиться, ведь в этом случае на брусок придется продавить слишком много вязкой массы. В результате сила трения увеличивается, а шланг и сопло забиваются.

С проблемой сталкиваются не только авторы самодельных конструкций. Это часто случается в цельнометаллических горячих концах, даже если экструдер выпускается в серийном производстве.

Дополнительный тепловой барьер

Если вы просверлили деталь самостоятельно, вам необходимо отполировать отверстие ствола. Для грубого шлифования подойдет «нулевая» мелкая наждачная бумага, закрепленная липкой лентой на сверле меньшего диаметра.

зеркальную полировку обязательно доделать (проволока ГОИ и паста №1), поэтому полезно прожарить лунку на подсолнечном масле для уменьшения силы трения. Чтобы пластик не нагрелся слишком рано, можно покрыть низ трубы в радиаторе тонким слоем термопасты.

Другая возможная проблема заключается в том, что пластик, расплавленный под давлением входной планки, может просачиваться и охлаждаться в зоне охлаждения, вызывая засорение цилиндра и остановку печати. Эту проблему можно решить, используя изолирующую тефлоновую трубку, которую вставляют в цилиндр горячего конца до того, как нить начнет нагреваться.

Filabot Original

Вы можете сделать пластиковую нить для 3D-принтера, но для этого вам нужно сделать собственный экструдер. Как это сделать, мы расскажем чуть позже. Также проще всего купить готовые портативные и мобильные устройства, например Filabot Original. Эта машина для изготовления нитей для 3D-принтера может изготавливать пластиковую нить диаметром 1,75 мм или 3 мм. Оборудование работает с самыми разными пластиками: ABS, PLA и HIPS.

Устройство работает с пластиковыми гранулами, что позволяет держать температуру под контролем. Есть фильтр для предотвращения попадания загрязнений. Универсальной мощности достаточно для домашнего использования. Для получения разного цвета нити используются красители. Выбор этого оборудования обусловлен его высокой производительностью: на получение одного килограмма пряжи уходит около 5 часов.

Filabot Wee

Современная линия по производству нитей для 3d-принтеров представлена ​​брендом Filabot. Оборудование с деревянным корпусом намного дешевле, и его можно купить как в готовом виде, так и в виде монтажного комплекта. Как и описанный выше прибор, этот работает на основе популярных видов пластика. Широкая цветовая палитра достигается за счет использования гранулированных красителей. Вы также можете добавить в смесь гранулированное углеродное волокно, которое повысит прочность готового бруса. Модель оснащена двумя сменными насадками, что позволяет производить нить для 3D-принтера диаметром 1075 или 3 мм.

Следующий шаг: Список материалов

Шаг 1: Список материалов

Все перечисленное здесь, за исключением электроники, можно приобрести в местном хозяйственном магазине.

Материалы:

• 1x двигатель стеклоочистителя
• 1x сверло (диаметр = 16 мм; длина = 460 мм)
• 1x ПИД-регулятор температуры — версия 12 В постоянного тока
• 1x SSR-25DA 3-32VDC / 24-380VAC / 25A твердотельное реле
• 1x термопара типа К

!!! Иногда ПИД-регулятор идет в комплекте с ТТР и термопарой типа К !!!

• 1x 20A контроллер мотора
• 1x 12V, 240W + блок питания
• 1x кольцевой нагреватель Micanite (200 Вт, 25 мм x 30 мм)
• 2x вентилятора (80мм), 12В
• 1x 19 мм (3/4 дюйма) Ниппель — длина 18 см
• 1x удлинитель для водопроводного крана — резьба 19 мм — длина 50 мм, диаметр 27 мм (одна внутренняя резьба и одна внешняя резьба)
• 1x штекер 13 мм
• 1x фильтр для установки на смеситель — диаметр 13 мм
• 3x стальной уголок
• 1x Упорный шарикоподшипник — точно устанавливается на вал шнека.
• 2x резьбовых стержня 10 мм
• 1x изоляция
• Лента из ПТФЭ
• Термостойкая лента
• 3 кулисных переключателя (ранее «ракета
• 1x деревянная доска 100см х 10см х 2см
• Несколько винтов и гаек
• 2 паза (1 для шнека и 1 для гаек коленчатого вала)
• Нитки (двух цветов)

Инструменты:

• Мульти инструмент
• Пила
• Молоток
• Дрель

Шаг 2: опорная плита

Возьмите кусок дерева и отрежьте два куска длиной 15 см. Они будут поддерживать двигатель и цилиндр экструдера.

Шаг 3: Крепление двигателя

Поместите электродвигатель стеклоочистителя на опору электродвигателя и поместите его где-нибудь на конце опорной плиты. См. Технический чертеж для цитаты.

Используйте стальные уголки, чтобы прикрепить его к опорной плите.

Мотор имеет только один резьбовой вал. Для установки муфты на двигатель можно взять шестигранную гайку внешним диаметром 13 мм и надеть ее на вал. Когда вал вращается и муфта подсоединена, гайку можно ослабить. Чтобы этого избежать, просто просверлите отверстие между прикрепленной гайкой и валом двигателя и вставьте стальной болт толщиной 2 мм. Это предотвращает раскрытие гайки. См. Изображение выше.

Шаг 4: Крепление шнека

Просверлите два отверстия в другой деревянной доске, чтобы фланцы можно было прикрепить слева и справа от доски. Просверлите еще одно отверстие диаметром 1/2 дюйма для сверла.

Оба контура требуют, чтобы их центральные отверстия были выровнены друг с другом, чтобы ось шнека / муфты / вала могла свободно вращаться.

Закрепите фланцы двумя кусками стержня с резьбой 10 мм. Штанги должны быть достаточно длинными, чтобы их можно было навинтить на шнек, предотвращающий отдачу. Достаточно 10 см. Позже их можно обрезать до нужного размера.

Шаг 5: Защита от отдачи шнека

Когда шнек вращается и извлекает гранулы, создается большое давление. В худшем случае это может повредить привод шнека внутри двигателя стеклоочистителя. Для решения этой проблемы нам нужна защита от отдачи. Это просто делается с помощью прочного стального уголка и упорного шарикоподшипника. Эти шариковые подшипники могут выдерживать большое усилие, приложенное к ним.

Работает это так: шнек отталкивается за счет «обратного» вращения. Благодаря своей конусности вал винта прижимается к осевому шарикоподшипнику, который, в свою очередь, прижимается к стальному уголку. Муфта между шнеком и двигателем всегда должна иметь небольшой люфт. Следовательно, к валу двигателя не прилагается никакая сила.

Теперь расположите стальной уголок со стержнями, вставленными в сторону от опоры ствола, так, чтобы стержень шнека выступал примерно на 3-4 см.

Размер частей может отличаться от того, к чему у вас есть доступ. Поэтому точное измерение может вам не сильно помочь, но изображения должны дать вам представление о том, как это должно быть связано.

Шаг 6: ствол и шнек

Сундук:

• Разгладьте концы и стыки трубы, чтобы шнек мог свободно вращаться.

• Перед тем, как просверлить отверстие в трубе, плотно навинтите ее на фланец, отметьте верхнюю часть и снова снимите ствол.

• Возьмите мультитул и вырежьте отмеченный участок на конце трубки, куда должны идти гранулы. Оберните этот конец трубки лентой из ПТФЭ. Это необходимо для предотвращения поворота трубы при движении шнеков. Помните, что двигатель очень мощный, и если есть некоторое трение между шнеком и гранулой, трубка легко поворачивается еще на 4-5 мм, даже если она была зафиксирована гаечным ключом.

• Фланцы и фитинги не имеют резьбы для идеального угла 90 °. Следовательно, чок / ствол может стоять под косым углом. Чтобы решить эту проблему, возьмите несколько шайб и при необходимости поместите их под фланец.

• Возьмите кусок дерева квадратного сечения и просверлите продольное отверстие для трубы. Теперь просверлите еще одно отверстие перпендикулярно «каналу трубки», чтобы бутылка плотно прилегала. Теперь просто разрежьте блок пополам для облегчения сборки / разборки.

Жизни:

• Шнек может быть слишком длинным, поэтому вам нужно отрезать биту с помощью угловой шлифовальной машины.

• Сопло шнека должно доходить до нагревателя. См. Изображения выше.

Шаг 7: Соединение шнека с двигателем

Возьмите квадратный кусок стали толщиной 5 см, который входит в торцы розеток (длина края около 12 мм).

Наденьте втулку на шнек и закрепите двигатель на опоре двигателя.

Рукав теперь должен плотно прилегать к центру.

Как вариант, можно использовать свечу вместо двух розеток. Однако для этого необходимо отрегулировать расстояние между опорой двигателя и опорой шнека / цилиндра.

Шаг 8: насадка

Диаметр сопла:

В зависимости от разрезаемого материала диаметр отверстия в сопле будет варьироваться, и поиск подходящего размера является процессом проб и ошибок. По моему опыту, для гранул АБС / ПК с температурой плавления 240-280 ° С подходит отверстие 1,5 мм.

Пластина переключателя:

Возьмите фильтр, установленный на кране, и при необходимости обрежьте его до диаметра 13 мм. Он будет действовать как отбойная пластина. Эти распылительные пластины смешивают расплавленный пластик и улавливают грязь (чего, конечно, не должно быть), и в конечном итоге в процессе плавления могут образовываться маленькие пузырьки, которые помогают сгладить проталкивание пластика через сопло.

Возьмите шайбу, поместите ее в торцевую крышку и поместите пластину переключателя сверху.

Шаг 9: Кольцевой нагреватель и датчик температуры (термопара типа K)

Просверлите отверстие диаметром 2 мм рядом с удлинителем крана термопары.

Зачистите провод термопары до желаемой длины. Должно быть то, что нужно.

Наденьте кольцевой нагреватель на удлинитель смесителя. Он должен быть расположен в конце пристройки.

Затем возьмите ленту из ПТФЭ и оберните ею резьбу удлинителя смесителя. Это предотвращает проталкивание расплавленного пластика через резьбу.

Закрепите термопару термостойкой лентой.

Затем наденьте насадку из предыдущего шага.

Затем возьмите кусок алюминиевой трубки длиной 10 см и диаметром около 1 см и поместите его перед носиком, используя жесткую проволоку. Это придает филаменту красивый скрученный вид при охлаждении.

Теперь оберните изоляцию вокруг обогревателя, чтобы патрубок закрылся.

Шаг 10: охлаждение

Передняя часть инжектора и двигатель нуждаются в некотором охлаждении.

Когда нить выходит из сопла, она все еще остается очень теплой и мягкой. Охлаждение очень важно, чтобы он не растягивался слишком сильно из-за перегрузок, возникающих при падении. Чем холоднее вы получите, тем лучше вы сможете позже проверить диаметр нити.

Шаг 11: Электроника

Теперь, когда большинство механических частей установлено и готово, пришло время установить электронику.

Но сначала возьмите кусок дерева для передней панели, поместите 3 переключателя, PID и потенциометр контроллера мотора и приклейте их горячим клеем.

Подключите кабель питания с помощью тумблера / t к источнику питания (порты L, N и заземление).

Подключите ПИД-регулятор температуры с переключателями к источнику питания.

Подключите порты 12 В твердотельного реле к ПИД-контроллеру (порты 6 и 8).
Подключите порт 1 твердотельного реле к порту 220 В (порт L) источника питания.
Подключите порт 2 SSR к одному из портов кольцевого нагревателя.
Другой свободный порт кольцевого нагревателя миканита подключен к порту N источника питания.

Что на самом деле делает SSR ??

Кольцевой нагреватель рассчитан на 220 В, а ПИД-регулятор работает только от 12 В. Следовательно, SSR подключает ПИД-регулятор 12 В к нагревателю 220 В. ПИД включает и выключает SSR по мере необходимости. При его включении 220 В подключается к ТЭНу суппорта и нагревается. Если реле выключено, резисторы шлейфа не подключены к 220В и, следовательно, отключены. Идея состоит в том, чтобы управлять устройством высокой мощности (нагревателем) с помощью устройства малой мощности (PID).

Контроллер мотора

Подключите контроллер мотора с переключателем к источнику питания. Затем подключите мотор к контроллеру мотора. Используйте распиновку, чтобы установить вторую скорость двигателя. Распиновка различается от модели к модели, и сначала вам нужно выяснить, какие контакты предназначены для какой настройки скорости.
Два вентилятора подключаются к одним и тем же портам двигателя к контроллеру двигателя.

Особенности производства

3D-печать стоит очень дорого из-за дороговизны самих расходных материалов. Чтобы снизить затраты на печать, ремесленники создают портативные устройства для домашнего использования.

Таким образом, вы можете сделать своими руками нить для 3D-принтера намного дешевле. Технологически этот процесс не слишком сложен, главное — соблюдать температурный режим и определенные пропорции смеси. В стандартной версии производство пряжи происходит в несколько этапов:

1. Сначала готовится стартовая смесь. Чтобы получить вещество с нужными параметрами, важно смешать основные компоненты в нужном количестве. Нить приобретает определенный оттенок за счет добавления химических красящих пигментов. Точность пропорций — гарантия того, что цвет нити и в будущем сам полимер будет долговечным.
2. Погрузка в бункер. После приготовления смесь поступает в дозирующую емкость, затем подается в экструдер.
3. Готовится однородная масса. Все компоненты, помещенные в экструдер, смешиваются, образуя пластичную массу.
4. Изготовлена ​​пластиковая нить для 3D-принтера. Однородная масса продавливается через специальную насадку с помощью шнека. Он имеет определенный диаметр, равный толщине будущей проволоки.
5. Нить остужают и сушат. Вязкий пластик, уже в виде ниток, попадает в ванну с водой, где охлаждается. Они также приобретают гибкость. Из охладителя готовая нить через специальные ролики подается в сушилку, где она высыхает под действием горячего воздуха.

После высыхания нить для 3D-принтера наматывается на катушку. Благодаря своей гибкости, прочности, пластичности он идеально подходит для использования на всех типах принтеров. Диаметр проволоки бывает разный: 1,75 мм или 3 мм, который варьируется в зависимости от насадок, используемых на оборудовании. Использование различных пигментов позволяет получать самые разные цветовые решения филамента.

О создании самодельных приборов

Очень часто желающие работать с 3D-принтерами начинают сами создавать устройства для производства нитей, чтобы снизить свои затраты. Действительно, такие устройства своей экономичностью и полезностью все же не так хороши:

• нить может быть некачественной, недостаточной или неправильной толщины, что повлияет на деформацию конечного продукта или даже на невозможность его печати;
• при нагревании пластик может выделять вредные вещества, которыми придется дышать как при печати, так и при обработке сырья;
• переработка цветного пластика будет невозможна, так как вы не будете знать о составе пластика и красителя.

С помощью экструдеров своими руками создать высококачественный пластик сложно. Поэтому лучше покупать портативную технику проверенных брендов.

Нагреватель

Нагревательная плита

В качестве нагревательного элемента используется алюминиевая пластина. Если вам не удалось найти подходящий по размеру толстый блок, вполне подойдет алюминиевая полоса толщиной 4 мм, которую можно приобрести в магазинах стройматериалов. В этом случае ТЭН будет состоять из двух частей. Необходимо просверлить центральное отверстие под ствол хотэнда и затянуть болт, чтобы зафиксировать всю конструкцию в тисках. Затем просверлите необходимое количество отверстий под составляющие элементы утеплителя:

• крепежные болты,
• два резистора,
• термистор.

Для нагрева пластины можно использовать керамический нагреватель на 12 В или резистор на 5 Ом. Но для нашего блока лучше подходят два резистора по 10 Ом, так как они намного меньше по размеру, а подключение параллельно даст только необходимое сопротивление 5-6 Ом.

Сборка нагревательного элемента

Температура будет контролироваться термистором NTS 100 кОм марки B57560G104F с максимальной рабочей температурой 300 ° C. Термисторы с меньшим сопротивлением использовать нельзя, они обычно имеют большую погрешность при высоких температурах.

необходимо обеспечить плотное соединение резисторов с пластиной, так как воздушный зазор препятствует нагреву. Здесь важно правильно подобрать герметик. Лучше всего использовать керамические полимерные пасты (КПДТ) с рабочей температурой не менее 250 ° С. Для дополнительной теплоизоляции хорошо обернуть весь хотэнд стекловолокном.

Filastruder

В 3D-индустрии экструдер Filastruder известен своей универсальной сборкой, поэтому любой может наладить производство волокон дома. Благодаря продуманному дизайну и простоте использования модель идеально подходит для экструзии.

Имея дома такое устройство, вы сможете настроить создание ниток для 3D-принтеров своими руками. Единственный нюанс — правильно подобрать пропорции используемых компонентов, красителей. Всего за 12 часов работы оборудование может произвести 1 кг нити, а конечная производительность зависит от таких параметров, как диаметр сопла, температура экструзии и используемые материалы.

Экструдер Лаймана

Это устройство уникально тем, что одним из первых было использовано для производства пластиковых стержней. Примечательно, что дизайн оборудования получил главный приз на конкурсе Desktop Factory Competition, который проводился в 2013 году. Из-за предельной простоты конструкции само оборудование оказалось самым дешевым по сравнению с другими аналогами. Еще один интересный факт — все инструкции общедоступны. Вы можете скачать чертежи и создать экструдер для создания нитей для домашнего 3D-принтера.