«Экструдер» филамента для 3D-принтера своими Оч.Умелыми ручками
Небольшая предыстория
В первой моей статье мне в панамку не напихали и вы, уважаемое сообщество, приняли её достаточно благосклонно, а значит, если хочется сделать доброе дело — никакие преграды и разрушения не остановят)))). Кроме того я получил обратную связь, в том числе через личные сообщения, в которых получилось обсудить многие важные вопросы, за что отдельное спасибо.
Как Вы могли сделать вывод из первой моей статьи я представляю гремучую смесь инженера-текстильщика-химика-полимерщика-… пытающегося чуток «в науку».
Эксперименты не останавливаются. Построенный прототип периодически выдает «на гора» минусы реализации, но это лишь результат дендро-фекального способа конструирования на коленке и сознательного игнорирования некоторых важных конструкторских постулатов… Тем не менее уже сейчас можно смело сказать, что принцип действия показывает хорошие и нужные результаты и используя мой опыт и выявленные ошибки можно самостоятельно всё воплотить в жизнь.
Еще на этапе создания прототипа, разработки технологии я задавался вопросом «Кому это надо в повседневной жизни?». Один из ответов последовал от моего друга и товарища, которому нужен был филамент для принтера.
Кратко изучив вопрос стало понятно, что вопрос актуален по прозаичным коммерческим причинам (средняя цена мотка филамента в 1000 руб. против 80 руб. за гранулят как-то не гуманно), в связи с чем предпринимаются многочисленные попытки создать различного типа экструдеры.
Поэтому, если не идет речь о коммерческом использовании конструкции, пожалуйста — WTFPL.
Заранее отмечу, надеюсь статья не будет законченной, а превратиться в руководство к действию и благодаря Вашему содействию и комментариям мы все вместе доведем конструкцию до некоторого совершенства.
Из текущих существенных вопросов для обозначенной цели:
Существующий прототип позволяет загрузить примерно 400 гр. гранулята или лома совершенно любого термопластичного полимера (я активно ставлю эксперименты с PP, ABS, PFA, PEEK, PA и некоторыми другими, а так же с олигомерами, смолами и прочими термореактивными полимерами, резинами и прочим). Вопрос непрерывного питания требует обсуждения (либо непрерывное питание, либо расширение объема загрузки до необходимого условного 1 кг.). Опять же вопрос целесообразности, так как увеличение объема загрузки повлечет увеличение размеров, использование более мощных нагревателей и как следствие повышение энергопотребления и т.п. А так же было бы неплохо провести детальный теплотехнический расчет для подбора нагревателя оптимальной мощности.
С текущим размером «иглы» максимальная стабильная толщина нити у меня получалась 1 мм., чего, собственно говоря, маловато так как стандарты предусматривают 1,75 и 3. В связи с тем, что расчеты объема провести не представляется возможным, необходимо экспериментальным путем подобрать необходимые диаметр (для чего она предусмотрена съемной) и по тепловым расчетам, желательно, корректировать высоту «иглы», что бы к «наконечнику» поступал уже начинающий кристаллизоваться полимер. В целом, за основу можно взять мои чертежи и для конструкции устройства использовать текущую высоту «иглы», только играться её формой (небольшая ремарка, коническая тоже возможна) и диаметром (сейчас диаметр 15 мм., я полагаю 20 — должно хватить).
Я, откровенно говоря, ввиду отсутствия у меня собственно принтера не реализовал толком устройство протяжки. И тут возникает вопрос! А нужно ли устройство протяжки вообще если питание будет по типу Боуден и можно напрямую питать печатающую головку? В данном случае, в принципе, в печатающую головку будет подаваться подогретый филамент, а это упрощает печать (взять хотя бы аспект снижения мощности нагревателя в головке или отсутствие необходимости «просушки» филамента)…
Вопросов много и тут я надеюсь, в том числе, на Ваш опыт печати и обратную связь.
Предметно.
Начнем с главного чертежа, который был отправлен токарю.
Основной чертеж для использования. Диаметр чаши подбирался под заранее приобретенные кольцевой миканитовый нагреватель, прецизионный вал из нержавейки 5 мм. и закупленные двигатели (далее я дам ссылки).
Это основной узел. Важный нюанс — на чертеже и дальнейших фото я не фотографировал крышку, которая одевается сверху и имеет по центру отверстие в 22 мм. необходимую по двум причинам: 1 — обеспечение равномерности прогрева массы; 2 — снижение запаха горелого пластика.
Пластик у меня подгорает по одной простой причине — некачественный миканитовый нагреватель (хоть и наш, отечественный, где заказывал указывать не буду, дабы не было недопонимания, может это единичный случай), выразилось это в неравномерном прогреве (проявилось при обмере пирометром — при заданной температуре для полипропилена, например, зоны где-то 130 гр., где-то 200 гр., где-то 280 гр. без выявления какой бы то ни было закономерности связанной с укладкой нагревательных элементов по площади нагревателя в целом).
Комплект конструкции состоит из: PID-регулятора с термопарой в комплекте (но я использовал термопару в корпусе нагревателя, сам PID-регулятор умеет работать с различными типами термопар, работает 3 уже года исправно), Привод вала (диаметр 5 мм. длина обрезана до 500 мм.) от двигателя через регулятор скорости оборотов (к сожалению на Али не могу такой найти, карточка товара пропала), контроль оборотов через тахометр (на практике, для большинства полимеров не поднимал более 90 об/мин.). Питается всё это 12-вольтовое дело от взятого на том же Али блока питания на 500 ватт (просто брал в свое время для экспериментов).
А вот теперь главная ошибка — привод вала должен быть строго через редуктор, сейчас жду с того же Али комплект редуктора и мотора от шуруповерта на 12 В. Протяжка (вытяжка) сейчас тоже переделывается на единую конструкцию с редуктором и прижимным валом в связи с тем, что двигатель через регулятор оборотов выдает минимум 50 об./мин. чего для моих целей многоваго.
Общий вид конструкции
Пусть брутально)))
Корпус собран из остатков мебельного щита после ремонта (прибрать в порядок все провода и соединения), его можно уменьшить многократно ввиду того что компоненты имеют малый габарит, мне было не критично.
Основной каркас собран из профилированного алюминия и сварен горелкой на прутках кастолина для алюминия с флюсом 192 FBK — соединение как монолит, не разорвать по шву. Высота бралась исходя из высоты двигателя и длины вала. Для обозначенных целей Вал может быть 12–15 см. — это вполне хватит, короче нельзя — приведет к ненужному нагреву привода вала от чаши.
На этом я пока заканчиваю. Представляю на Ваш суд))))
По мере Ваших замечаний, вопросов и комментариев — с удовольствием поправлю.
