Узел предподачи

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.

В открытом журнале REPRAPMAGAZINE  №3 Ричард Хорн опубликовал прекрасный обзор различных вариантов HotEnd с анализом их характеристик, достоинств и недостатков, а так же высказал своё видение перспективных конструкций этой самой важной части 3D- принтера.

Дословно:

If only...

Delta printers were on my mind a lot

last year (and continue to be); many of the

nozzles had one issue or another stopping

them being ideal for Bowden / Delta or fast

moving-head machines.

If the Prusa V2 nozzle was available

in 1.75mm I would be using a lot more of

them, especially on Delta’s in a Bowden

configuration.

If the E3D V4/5 was lighter weight, it

would be great for Delta’s and fast movinghead

machines. It may require a bigger

melt chamber to get to really fast extruding

speeds. I’m looking forward to what the next

generation of design offers.

If the Pico allowed faster PLA printing

and had a shorter melt zone (and required

less torque to extrude) it may also be good

for Delta systems although it too is quite a

heavy nozzle being all stainless.

The J-head manages to tick quite a

few boxes for Delta and Bowden based

printers, but it’s not designed for higher

temperature materials and can’t always

achieve as fast printing as some of the

Stainless steel extruders.

But...

One nozzle does not do everything, so

for one I’m delighted that we have such a

range of different designs and capabilities,

it may also not be feasible to make a design

that does everything quite yet, so when selecting

a nozzle, think about what machine 57

it’s being fitted too, what size and type of

materials you will want to run. And if you

need/want different sized nozzles, along

with faster extrusion or slow-but-fine oozefree

prints.

К этому анализу мне нечего добавить, кроме конструкции HotEnd, максимально приближенной к его пожеланиям, поэтому я предлагаю версию, названную мной «Copyrus Nozzle HT» (Сопло Копирус Высокотемпературное). Данная конструкция появилась в результате нескольких лет поисков и длительных испытаний самых различных версий и вариантов экструдеров. Устройство предлагается для повторения по лицензии CC-BY-NC-SA (Лицензия «С указанием авторства — Некоммерческая — С сохранением условий»).

Основными преимуществами предлагаемой конструкции являются следующие особенности;

1.     Конструкция состоит только из металлических узлов.

2.     Возможны варианты для работы с материалом диаметром 1,75мм. , или 2,8мм.

3.     Допускает работу с высокотемпературными материалами (PEEK, Фортрон, другие высокотемпературные ( суперконструкционные) материалы), при условии использования для нагрева картриджного  нагревателя и термопары в качестве датчика температуры.

4.     Элементы конструкции обеспечивают простую разборку, чистку, замену и изменение параметров  HotEnd.

5.     Конструкция может быть использована для применения как в варианте боуденовской схемы подачи прутка, так и в классическом исполнении.

6.     Конструкция HotEnd имеет минимальную массу и размеры.

7.     Длина зоны температурного барьера минимально возможная, и при использовании активного охлаждения (вода, элемент Пельтье ) может составлять 2-3мм.

8.     Размер зоны пластификации рабочего материала приближается к оптимальному, и может находиться в пределах 8-12 диаметров прутка рабочего материала.

9.     Элементы конструкции HotEnd имеют простую геометрию, и не требуют использования специального или высокоточного оборудования для их изготовления.

10.                     Конструкция HotEnd обеспечивает герметичность и отсутствие подтекания расплава рабочего материала через соединения деталей.

11.                     Конструкция HotEnd обеспечивает четкую подачу и отсутствие замятия рабочего материала.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции HotEnd является использование в качестве основного элемента, трубки (1) из нержавеющей стали или иного металла с низкой теплопроводностью, а так же сопла экструдера(2) и элемента крепления в теплоотводе (3), имеющих цанговую конструкцию для фиксации трубки (1) в данных элементах.

                                                        Рис.1

В конструкции блоков нагревателя сопла и теплоотвода предусмотрены отверстия с резьбой М3 для установки анкерных винтов, обеспечивающих фиксацию цанговых зажимов сопла экструдера(2)  и теплоотвода(3). Размеры и геометрия блоков нагревателя сопла и теплоотвода определяются типом нагревательного элемента, термодатчика и способом охлаждения (пассивный радиатор, обдув дополнительным вентилятором, жидкостное охлаждение, элемент Пельтье ), и не являются критичными. В последней из изготовленных мною версий  HotEnd«Copyrus Nozzle HT»   в качестве материала этих узлов был использован алюминиевый пруток квадратного сечения 16х16 мм.

                                                    Рис.2

При использовании «Copyrus Nozzle HT» в системе с боуденовской подачей прутка, на цанговом элементе теплоотвода(3) должна быть выполнена наружная резьба, соответствующая штуцеру трубки боудена, и выполнена зенковка входного отверстия для обеспечения четкого попадания прутка рабочего материала в трубку(1)  HotEnd.

                                                  Рис.3

В случае использования «Copyrus Nozzle HT» в составе классического экструдера, трубка (1) должна иметь большую длину, и её кромка устанавливается вплотную к шкиву подачи прутка в CoolEnd.  Такое исполнение HotEnd гарантирует отсутствие замятий прутка в области (шкив подачи - входное отверстие HotEnd) даже при использовании очень гибких материалов для печати, например пластика производства «Filamentarno!». Данная врожденная болезнь экструдеров очень ярко проявляется, например, у принтеров производства WANHAO.

                                                Рис.4

Всё выше изложенное, позволяет говорить о том, что конструкция отдельных элементов HotEnd по схеме  «Copyrus Nozzle HT» может изменяться в широких пределах без нарушения работоспособности экструдера.

Так же можно отметить, что в идеале геометрия HotEnd является сугубо индивидуальной для каждого конкретного принтера, что позволит достичь наиболее приемлемых массо - габаритных показателей. Имеющиеся на рынке предложения со стандартными присоединительными размерами такой возможности не дают, по этому я предполагаю наладить выпуск комплектов для HotEnd типа «Copyrus Nozzle HT», в виде набора элементов в составе из 5-7 деталей. 

Количество и типоразмер элементов будут определены дополнительно после практического тестирования в реальных условиях, позволяющих собрать HotEnd и установить его на конкретный принтер с использованием максимально простой переходной планки, изготавливаемой самим пользователем (притирается по месту). Предполагаемое время появления первых комплектов – сентябрь месяц.

Данная конструкция предназначена для тех, кто уже прошел первый этап - лишь бы печатало,  и  готов двигаться дальше.

долгий перерыв

Я давно не обращался к своему блогу, и причиной тому – кризисная ситуация на работе.

Вообще- то, этот самый кризис начался достаточно давно, ещё до Нового года. Объемы работы резко снизились, и начались проблемы с содержанием конторы.

Как всегда, ждешь, когда клиенты проснутся, а в это время сливаешь на поддержание работоспособности предприятия имеющуюся заначку.

Прошло полгода, заначка кончилась, а клиенты не проснулись. Такой большой задницы я не видел за все 20 лет (или больше?) самостоятельной работы. В телевизоре Улюкаев улюкает про то, как всё здорово и как мы хорошо живем, Мутко трясет мутками ( и миллиардами!) над кривоногими мыслителями нижних конечностей, а в коридоре я вижу, как каждую неделю кто-нибудь таскает столы и стулья на вывоз. Уехала архитектурно - строительная фирма, за ней мебель понесли парни, занимающиеся промышленной вентиляцией, потом ещё кто-то…

Представители заказчиков, с которыми мы сотрудничаем, в один голос говорят, что работы стало   мало,  стройки сворачиваются, и даже в  мощных структурах вводят четырёхдневку.

Привычка выезжать из дома в 7,45 приводит к тому, что на месте оказываешься за полтора часа до начала рабочего дня.  Дороги пустые, народ перестал ездить на работу!

В общем, и нас эта болячка не миновала. Содержать лабораторию стало невозможно, и пришлось её закрыть. 2 месяца занимался тасканием принтеров, материалов, станков и прочего полезного хлама домой (гаража никогда не было). Одновременно шла работа по переезду копи-центра в другое помещение, поменьше, так что эти два месяца стали большим дурдомом. К тому же, июль месяц оказался вообще провальным, и если бы не помощь моего хорошего друга, директора фирмы «Балтпроект», то и мне бы тоже пришлось услышать - « с вещами - на выход».

Сейчас интеллектуальный этап « круглое – катать, плоское – таскать» позади, и остается разложить по порядку накатанное и натасканное, починить поломанное, разобрать полезное и выбросить ненужное. Думаю, что пройдет ещё пара месяцев, пока всё утрясется, горизонты деловой активности окажутся хотя бы на уровне плинтуса, и я смогу вернуться к работам с  3D- принтерами.

С другой стороны, всё это показывает, что вся  возня с  3D- принтерами должна перейти в режим самоокупаемости как минимум, и теперь щедрые подарки в виде « за так » сделанных деталей, бесплатных консультаций и подаренных идей в прошлом.

Сейчас я займусь тем, что в следующих сообщениях расскажу про уже сделанные работы и полученные результаты, а их довольно много.

Во всяком случае, результаты  экспериментов с новыми вариантами экструдеров достаточно интересны, и я уже знаю, какой вариант ещё более приближенный к оптимальному, будет следующим.

Разматывалка

Пруток от моего поставщика я получаю в бухтах по 5-6 кГ весом.

Пока я брал пруток для своих личных целей, для перемотки вручную с бухты на катушку достаточно удобно было использовать в качестве держателя бухты обычный оградительный конус (можно купить в магазине «метро»).

 Для перемотки 3мм. прутка достаточно удобно, а вот 1,75 мм. - не очень, поэтому решил попробовать сделать вращающееся основание для бухты.

В качестве основы было решено использовать маховик фоторецептора от умершей Minolta CF-900 и откуда-то взявшийся большой опорный подшипник.

Конструкция сооружалась на скорую руку, для проверки работоспособности идеи. Для центрирования подшипника на диске была вставлена порезанная крышка от баночки, ось – из болтов М12 и удлинённой гайки, из таких же болтов и широких шайб к краю диска были прикручены 3 ножки. Сооружение крутится очень хорошо, торможение легко регулируется подкручиванием гайки. Только я собрался отставить опробование этого сооружения на завтра, как пришёл Андрей Черненький с просьбой перемотать 4 катушки прутка 1.75 мм.  Появилась необходимость провести срочную пробу данного сооружения. В качестве центра для бухты в срочном порядке был порезан кусок воздуховода, получилось довольно криво.

Попытки перемотать бухту чуть не привели к образованию «бороды», из-за сползания бухты по диску и кривого центра.

Если в качестве центровочной оси использовать оградительный конус поменьше и закрепить его винтами на диске, то такое сооружение будет вполне работоспособно. 

Выставка 25-27 марта

Как обычно, 25-27 марта, проходит Петербургская Техническая ярмарка, как обычно, в ней участвует ФабЛаб  Политеха, и я тоже напросился присутствовать в качестве участника.

Причин для этого было несколько.

Во-первых,  заняться продвижением Полиграфмашевского  SoloPrint.

Во - вторых посмотреть, какие настроения у технарей во время кризиса.

В третьих посмотреть новую выставочную площадку.

Поскольку о  SoloPrint рассказывать должен был не только я, взял с собой ещё и RobbyHobby, чтобы не скучно было.

Добираться до Экспофорума достаточно удобно, бесплатный челнок от метро идет каждые 15 минут, и езды тоже 15 минут.  Комплекс красивый, огромный, и если ехать на машине, то и парковка тоже очень удобная.

Конечно же, без организационных косяков не обошлось, чтобы получить регистрацию участника, потребовалось отстоять в очереди целый час!

При перевозке SoloPrint  разбили стекло рабочей платформы, поэтому его запустили только на следующий день, а до этого всю работу по демонстрации  3D-печати взял на себя RobbyHobby.

Посетителей на выставке было мало, в основном по стендам ходили сами участники, группы студентов, которых привели преподаватели, да ещё коммивояжеры без мест, но с самыми разными предложениями.

 Интерес у посетителей к оборудованию конечно же был, а вот интереса к приобретению было немного. Принтера отработали вполне прилично, на  SoloPrint  особых сбоев не было, а RobbyHobby вообще без замечаний.

Конкретным результатом выставки стал диплом и серебряная медаль в копилку SoloPrint.

Остальные результаты в виде договоров на поставки оборудования будут позже.

Мой выводок 3D-принтеров

                                     Это мой выводок 3D-принтеров.

                                               

На сегодня в наличии 18 полностью рабочих и 3 в стадии сборки и наладки.