Все, кто имел дело с 3D-принтерами, наверняка знают, что такое экструдер и как важно, чтобы он выполнял все свои функции качественно и надежно. На мировом рынке 3D-принтеров FDM-технологии можно встретить огромное количество разных моделей, каждая из которых по-своему хороша. Возникает ряд вопросов: какую модель выбрать? Какой экструдер будет самым лучшим? Чем они отличаются и какой подобрать под свои задачи? В данной статье мы ответим на многие вопросы подобного характера, но чтобы понять какой должен быть «идеальный» экструдер, разберемся в теории.
Что такое экструдер?
Экструдер является важной частью 3D-принтера, которая осуществляет фактическую печать. Его можно сравнить с печатающей головкой обычного струйного принтера, только вместо чернил используется пластиковая нить. Экструдер состоит из двух основных частей: корпуса с подающим механизмом и хотенда (hotend).
Два типа экструдеров
В большинстве 3D-принтеров используется система прямой подачи, где шаговый двигатель экструдера находится в одном корпусе с печатающей головкой, он проталкивает пластиковую нить напрямую в «горячий конец» — хотенд. Экструдеры с прямой подачей называются direct. Для таких экструдеров характерно применение пластиковой нити диаметром 1,75 мм.
Тип экструдера — direct
Второй тип экструдера называется Bowden (боуден). Такая модель экструдера отделяет корпус с подающим механизмом от хотенда. Пластиковая нить подается удаленно от подающего механизма по PTFE трубке к хотенду. Боуден экструдер позволяет перенести тяжелый шаговый двигатель вместе с корпусом на раму 3D-принтера, тем самым облегчая вес каретки с печатающей головкой. Облегченная каретка позволяет перемещаться системе с более высокой скоростью, однако, чтобы протолкнуть нить по длинной трубке, двигателю требуется больше усилий.
Тип экструдера — bowden
Итак, экструдеры подразделяют на два типа:
- Direct экструдеры (Подающий механизм находится непосредственно на подвижной каретке)
- Bowden экструдеры (Подающий механизм расположен на раме принтера, пластик подается в хотенд удаленно по трубке)
Плюсы:
Возможность печать гибкими пластиками даже на больших скоростях
Незначительная погрешность при подачи пластика за счет минимального расстояния подачи
Быстрая и удобная замена материала печати
Минусы:
Суммарный вес каретки больше, чем в боуден — экструдерах (тем самым увеличивается инертность);
Более сложная конструкция каретки (необходимо расположить шаговый двигатель с механизмом проталкивания на каретке).
Плюсы:
Уменьшается суммарный вес каретки (шаговый двигатель располагаем на раме принтера)
Небольшие габариты печатающей головки
Минусы:
Сложность (в большинстве случаев невозможность ) печати гибкими материалами (FLEX, RUBBER итп)
Требуется более мощный двигатель для подачи пластика (зачастую даже с редуктором)
Увеличивается погрешность подачи прутка из-за большой длины трубки
Хотенд (hotend)
Хотенд служит для расплавления пластика, из которого печатается сама модель.
Хотенд состоит из четырех основных компонентов:
- Сопло, диаметр выходного отверстия которого диктует качество деталей и скорость печати;
- Термоборьер — деталь, через которую поступает нить в горячее сопло;
- Нагревательный блок — связующее звено для нагревательного элемента, термистора, сопла и термобарьера;
- Радиатор — обеспечивает отвод тепла от термобарьера.
Сопла
В сопле происходит плавление самого пластика, на выходе из сопла получается расплавленная нить с диаметром равным диаметру выходного отверстия сопла. Как правило,сопла изготавливают из латуни. Самый распространенный диаметр сопла 0.4 мм, конечно бывают и другие : от 0.1 мм до 1.2 мм. Чем меньше диаметр сопла, тем распечатанные модели получаются более качественные, но тратиться больше времени. В зависимости от задач подбирается оптимальный диаметр.
На какие параметры сопла требуется обратить внимание при выборе эктрудера:
- Возможность быстрой замены сопла;
- Диаметр выходного отверстия должен соответствовать действительности;
- Внутренний канал сопла должен быть без заусенцев (финишная постобработка/полировка канала);
- Качественная резьба завинчиваемой части (чтобы исключить протекания пластика).
Нагревательные блоки
С нагревательным блоком все намного проще. В этом узле фиксируется нагревательный элемент (который непосредственно и нагревает блок), датчик температуры (термистор или термопара), который контролирует температуру хотенда, сопло и термобарьер.
На какие параметры нагревательного блока требуется обратить внимание при выборе экструдера:
- Возможность легко вставлять и вынимать нагревательный элемент и термистор;
- Нагревательный блок должен иметь достаточную высоту относительно сопла, чтобы равномерно его прогреть;
- Мощности нагревательного элемента должно хватать что бы прогреть сопло до необходимой температуры (обычно хватает 40 Вт)
- Максимальная рабочая температура.
Термобарьеры
Одна из самых ответственных частей хотенда — термобарьер. По каналу термобарьера происходит подача пластика непосредственно в горячее сопло. На термоборьер накладывается ряд требований.
Для начала обратимся к рисунку:
В идеале, пластик должен плавиться только в сопле, а часть пластика которая находиться сверху, должна быть твердая, чтобы с легкостью проталкивать уже расплавленный в сопле пластик. Это значит что «горячую зону» необходимо резко отсекать, чем меньше будет высота переходной зоны ( от горячего к холодному ), тем лучше. Если пластик будет плавиться не только в сопле, но и в термоборьере, то будет образовываться «пробка» ( размягченный участок пластика ) который не сможет протолкнуть пластик в сопле ввиду своего агрегатного состояния.
Для того чтобы получить холодную зону с резкой отсечкой от горячей, разработчики экструдеров часто используют вставки из тефлона, алюминиевый радиатор , активное охлаждение, а также материалы с низкой теплопроводностью, например, нержавеющая сталь. Все эти меры могут применяться как все вместе, так и по отдельности.
Если в хотенде отсечки нет, а градиент температуры сильно растянутый, то при печати будут возникать проблемы, в том числе и при печати экзотическими материалами (FLEX, резина и другие гибкие материалы).
Корпус экструдера
Кроме хотенда, в экструдере присутствует сам корпус с подающим механизмом, в котором используются различные зубчатые шестерни, подшипники, возможность регулировки прижима прутка. Корпус играет также немаловажную роль в выборе экструдера, так как благодаря выбору хорошей конструкции подающего механизма, вы сможете печатать без проблем не только обычными пластиками ABS, PLA, HIPS и другими твердыми материалами , но и гибкими (FLEX, резина).
Видео обзоры
