Когда я собрал свой Ultimaker, и понял, что мне боуденовскую систему подачи прутка не победить, я
переделал каретку принтера под классическую версию экструдера, с двигателем на
каретке.
Испытания этой версии показали, что
такая конструкция работает гораздо лучше боуденовской системы подачи, но были
отмечены срезания прутка на подающем шкиве, особенно при больших объемах подачи
рабочего материала. Анализируя этот дефект, я пришёл к выводу, что причиной
является трение пластикового прутка о фторопластовую трубку подачи, в
результате чего шкив подачи экструдера должен не только пропихивать пруток в HotEnd, но и вытягивать
пруток из подающей трубки.
Трение прутка о трубку подачи оказалось весьма
значительным и неравномерным, зависящим от положения каретки принтера. К тому
же пруток имеет некоторые колебания по диаметру по всей длине, его скрученность
на катушке изменяется в процессе выработки материала, он не абсолютно прямой, а
слегка волнистый - как помятая проволока, да ещё от трения об фторопластовую
трубку он заряжается статическим электричеством (аж искры летят, когда резко
выдергиваешь!). Это приводит к нестабильности работы экструдера и снижению
скорости и качества печати.
Логично, что двигатель CoolEnd должен заниматься только подачей материала для печати, и должен делать
это как можно точнее. Если для качественной работы принтера народ меряет
диаметр прутка с точностью до сотых долей миллиметра, ставит оптические
измерители диаметра прутка для коррекции G- кодов в процессе работы принтера, а
двигатель подает пруток неравномерно, то все эти ухищрения становятся бессмысленными.
Поэтому штатный Ultimaker-овский узел CoolEnd был переделан в узел предварительной подачи прутка. Этот узел
обеспечивает постоянную подачу прутка с усилием, большим, чем трение прутка о
трубку подачи, но меньше, чем усилие retract.
Мотор-редуктор был взят от привода
сдвижного лотка для выхода копий от копира XEROX-1050.
Эффект от такой доработки сказался
сразу – качество и скорость печати существенно возросли, а заедания прутка в экструдере полностью
исчезли. Во всяком случае, при диаметре сопла 0,5 мм, скорости печати 100мм/сек
и высоте слоя 0,4 мм (CYRA вся желтая!), качество печати деталей технического назначения (для
сборки других 3D- принтеров) меня устроило.
После этого я наткнулся на описание 3D- принтера под маркой HP, код продукта CQ656, (по этому коду
легко найти в интернете на американском сайте HP все инструкции пользователя). В нём
мне приглянулась идея подачи прутка с двух катушек, со второй - когда материал
кончится на первой.
Такую конструкцию я решил повторить
для своего следующего принтера. Схема управления моторами была сделана автономной,
чисто электромеханической. Включается она в момент подачи питания на принтер, и
обеспечивает немедленную готовность к работе. Так же был предусмотрен режим
реверса прутка для его удаления из тракта подачи.
Узел сведения материала из разных
катушек был сделан в первом варианте из кусочков трубочки от штыревой антенны.
Механизм подачи прутка выглядел вот
так:
Сразу же обозначились проблемные
места в данной конструкции:
Выбор мотор - редуктора для узла
подачи. Он должен обеспечивать достаточный момент и скорость движения прутка по
тракту подачи, при этом тормозное усилие редуктора на выключенном питании
должно быть таким, чтобы пруток не откатывался назад под действием пружины. В
первой версии для такого узла на Ultimaker-е я использовал здоровый мотор, и
проблема не проявилась, а вот когда я начал сооружать этот узел на покупных
мотор – редукторах, то она встала в полный рост.
Было перепробовано множество вариантов:
Все они оказались не лучшим
выбором.
2 Для увеличения тормозного усилия на
прутке прижим прутка к шкиву подачи был сделан по образу CoolEnd Ultimaker-а, фрикционной конструкции.
Как
оказалось, фторопласт постепенно продавливается, усилие прижатия меняется, и
пруток подается нестабильно. В следующей версии узла прижим к шкиву подачи
осуществлялся уже просто стенкой латунной трубки с фигурным вырезом под шкив
подачи.
Вообще-то, такая конструкция
была выбрана потому, что как всегда, хочется сделать узел как можно более
компактным. Эти грабли постоянно лежат на дороге, и о них всегда все забывают,
в том числе и я сам. По этому, если вы делаете какой-то хитрый узел, то пусть
он сначала будет большой и кривоватый, но работоспособный! Дальше можно
начинать оптимизировать его конструкцию без нарушения функциональности. Это,
как я сам убедился, более быстрый путь к совершенству, чем попытка сделать всё,
и сразу. В следующей версии будет использована конструкция с прижимным роликом,
причем обязательно с достаточно большим ходом и пружиной.
3.
Очередная проблема образовалась,
когда при испытаниях пруток застрял в тракте подачи, а трубки тракта были
присоединены к узлам сведения и подачи намертво. Достать пруток без разборки
было нельзя, а разбирать - сложно. В следующей версии все трубки были
подключены через резьбовые штуцера, которые я сделал из кабельных ВЧ разъёмов,
после чего конструкция стала выглядеть так:
Практическая проверка
показала работоспособность идеи этого узла, но долго она не прожила;
примененные моторчики не выдержали нагрузки и выгорели примерно на 3-ей катушке
материала. Причина – опять же желание сделать всё как можно меньше!
4.
Так же в процессе испытаний
выяснилось, что конструкция узла подачи требует изменения конструкции. В момент
начала подачи с другой катушки пруток иногда упирается в кромку латунной трубки и блокируется.
Узел оказался весьма не
простым в реализации, и пока полученными результатами я не доволен.
Основные выводы,
которые я сделал за время всех этих опытных изысканий следующие;
1.
В мелких машинах с рабочим объемом
8-10 литров такой узел не нужен. Если требуется сделать достаточно большую
деталь, и при этом оставить принтер без наблюдения, то проще поставить новую
полную катушку.
2.
Конструкция с использованием прутка
1,75 мм очень критична к качеству исполнения.
3.
Размеры работоспособного устройства
оказываются совсем не миниатюрными из-за необходимости применения достаточно
больших моторов.
Вообще, пока я возился с прутком 1,75
мм, я сделал вывод, что единственным достоинством такого материала является то,
что он оказывает меньшее воздействие на систему позиционирования принтера.
Остальное – скорее можно отнести к
недостаткам. Так, тонкий пруток намного больше подвержен перехлестыванию витков
на катушке и блокированию подачи материала. При неудачной конструкции
экструдера, чаще происходят застревания прутка в зоне шкив – входное
отверстие хотенда из-за его малой
жесткости на изгиб. Если пруток из хрупкого материала, то он часто неожиданно
обламывается. Колебание диаметра прутка на 0,1 мм. приводит к значительно более
худшим результатам печати, чем такое же изменение диаметра у прутка 2,8 мм.
Так что для большого принтера, я буду
переделывать этот механизм под пруток 2,8 мм. Конечно же, в очередной раз
придется переделать и экструдер принтера. Единственной, но не самой
существенной проблемой в этом случае станет то, что намотанный на стандартную
катушку SD200, пруток 2,8 мм в конце намотки достаточно сильно скручен.
