Печатающая головка для 3d принтера. Царапины на верхней плоскости

Благодаря простоте и дешевизне, -принтеры очень популярны. Именно такие устройства составляют большинство “домашних” и самодельных моделей.

Печатающая головка FDM-принтера называется экструдером (от extrude - выдавливать), что отражает ее принцип действия: экструдер создает объект послойно, выдавливая размягченный материал через сопло. Тюбик с зубной пастой, клеевой пистолет, шприц с силиконовым герметиком - действуют по аналогичной схеме.

Чаще всего, для печати в FDM-устройствах используются термопластики в виде филамента (нити), поэтому, в первую очередь, мы рассмотрим такие экструдеры.

Устройство экструдера 3D-принтера

Типичный экструдер для печати пластиком делится на две основные части: блок с механизмом подачи филамента (колд-энд, “холодный конец”, cold end) и сопло с нагревателем (хот-энд, “горячий конец”, hot-end).

Экструдер 3D-принтера Solidoodle. Хорошо видно красный филамент, зажатый между подающим роликом (слева) и прижимным. Прямоугольная алюминиевая деталь на сопле - нагреватель.

Подающие ролики (втулки)

Подаватель филамента состоит из колеса (шестерни), соединенного с электромотором (напрямую или через редуктор), и прижимного механизма. Подающее колесо, вращаясь, вытягивает филамент из катушки и направляет его в хот-энд, где пластик плавится под воздействием высокой температуры и выдавливается через отверстие в сопле.

“Горячий конец” экструдера делают из металла с высокой теплопроводностью (алюминия или латуни); нагревательный элемент, как правило, выполнен в виде одного-двух резисторов или спирали из нихромовой проволоки. Для отслеживания и последующей регулировки температуры, к соплу экструдера крепится датчик (термопара).

Экструдер 3D-принтера Printbox3D One с системой охлаждения

Хот-энд сильно разогревается во время работы, а остальные части экструдера должны оставаться холодными, иначе филамент начинает плавиться слишком рано. Поэтому, между “холодным” и “горячим” концами экструдера устанавливается теплоизолирующая вставка (обычно из термостойкого пластика PEEK). Кроме того, для охлаждения колд-энда, в печатающую головку часто встраивают радиатор с вентилятором.

Боуден-экструдер

Кроме экструдеров с прямой подачей пластика, конструкция которых рассмотрена выше, существует т.н. боуден-экструдеры (“экструдер Боудена”, Bowden extruder). Единственное их отличие в том, что блок подачи филамента и сопло разнесены: колд-энд жестко закреплен на раме 3D-принтера, а хот-энд находится на подвижной печатающей головке. Филамент, при этом, подается в сопло по длинной тефлоновой трубке (по принципу боуден-троса).

На практике это выглядит примерно так

Подобное решение позволяет снизить массу и габариты печатающей головки, благодаря чему увеличивается скорость работы принтера, но страдает надежность подачи пластика.

Важные характеристики экструдеров филамента

Хотя в конструкции любого экструдера, в принципе, нет ничего сложного, существуют несколько важных нюансов.

В первую очередь, это материал корпуса и механизмов.

Некоторые производители оснащают свои экструдеры, вплоть до нагруженных компонентов, дешевыми 3D-печатными деталями. Нужно учесть, что литые детали прочнее 3D-печатных, поэтому, стоит обратить на это внимание.

Надежность подачи филамента. От подающего механизма зависит бесперебойность печати, в итоге - ее результат.

Филамент, как и любая длинная нить, может просто запутаться, что приведет к заклиниванию механизма. Достаточно мощный подаватель, в таком случае, сможет “проглотить” филамент даже с небольшими узелками или перехлестами.

Кроме того, из-за недостаточного сцепления подающего ролика с филаментом, пластиковая нить может проскальзывать, из-за чего возникают задержки в ее подаче.

В связи с этим стоит упомянуть печать (капроном). Из-за мягкости и скользкости этого пластика, экструдеры, рассчитанные на ABS и PLA, не всегда могут с ним нормально работать: подающее колесо с гладкими зубцами просто не способно надежно зацепиться за филамент.

Поэтому, при печати нейлоном желательно использовать подающий ролик с острыми зубчиками или агрессивной насечкой.

Важнейший аспект - размер сопла экструдера. Именно от него зависит, в большой степени, качество печати.

Производители 3D-принтеров обычно оснащают свои экструдеры соплами с отверстием диаметром 0.4-0.5 мм - этот размер является оптимальным. В свою очередь, использование сопла меньшего диаметра (0.3-0.2 мм) может обеспечить лучшую детализацию, четкость граней и чистоту поверхности объекта, т.к. выдавливаются более мелкие капли пластика.
С другой стороны, маленькое сопло увеличивает время печати объекта, оно более склонно к забиванию мусором и застывшей пластмассой. Потенциально, также растут требования к мощности подавателя филамента, т.к. экструдеру становится сложнее протолкнуть пластик через маленькое отверстие.

В любом случае, в современных 3D-принтерах, как правило, можно использовать сменные сопла с отверстиями разного диаметра.

Двойной экструдер

В настоящее время на рынке представлено несколько моделей 3D-принтеров, печатающие головки которых оснащены двумя (и даже ) экструдерами (например, ).

Печатающая головка 3D-принтера Replicator Dual
Двойной экструдер хорошо подходит для печати двухцветных объектов или создания структур поддержки из , т.к. позволяют иметь наготове и оперативно использовать два вида пластика. Но, в целом, технология двойной экструзии сыровата и находится в стадии развития, поэтому у нее масса недостатков.

Самое главное, что современные 3D-принтеры не могут полноценно печатать одновременно обоими экструдерами - они жестко закреплены на общей печатающей головке, и не двигаются независимо. Поэтому, принтер задействует каждый экструдер по мере необходимости.

Метод по-настоящему одновременной печати существует - называется он “Ditto printing”. Экструдеры, работая одновременно, строят две копии одного объекта. Но, Ditto printing имеет очень ограниченное применение, т.к. позволяет получать только маленькие объекты одного цвета, или двухцветные большие, но с повторяющейся структурой, вроде цепи или плетенки.

К недостаткам 3D-принтеров с двойным экструдером также относится их повышенная стоимость и сложность в настройке. Навешивание дополнительных деталей печатающую головку увеличивает ее габариты, массу и инерцию, что уменьшает скорость работы принтера и размеры области печати. Кроме того, сопло незадействованного во время печати экструдера может цеплять и деформировать объект или оставлять на его поверхности потеки филамента.

Экструдеры пасты

Термопластики - не единственный материал, который используется в FDM-принтерах. Достаточно популярна печать разнообразными пастообразными материалами, такими как расплавленный , глина, пластилин, силикон и т.д. Обычно экструдеры для печати такими субстанциями представляют собой шприц, шток которого управляется степпер-мотором или сжатым воздухом.

Технологии аддитивного производства развиваются семимильными темпами, а необозримые возможности этой сферы заставляют создавать и находить применение новым материалам для 3д-печати. Не так давно медицинская отрасль взялась за освоение силикона, с использованием которого связывают огромный толчок медицины в будущем. Сегодня ведется разработка надежной технологии объемной печати для работы с этим материалом. Тем временем, в Германии компания ViscoTec представила новую печатающую головку для 3d-принтера, ориентированную на работу с двухкомпонентными вязкими материалами, в частности, силиконом.

Организация главным образом специализируется на производстве систем, необходимых для дозирования, нанесения, заполнения поверхности высоковязкими жидкостями. В сферу объемной печати ViscoTec пришла в 2014-м году, когда был представлен экструдер для пастообразных материалов с собственной технологией дозирования. Ещё через год компания показала широкой общественности FDD (Fluid Dosing and Deposition – дозирование и нанесение жидкости)Starter Kit – набор инструментов для объемной печати вязкими жидкостями. И вот сейчас немецкой фирмой была представлена печатающая головкаViscoDUO-FDD 4/4.

Для изготовления 3d-моделей обычно используются термопластики и металлы, но в последнее время также начали активно применять вязкие жидкости и пасты на основе двухкомпонентного полимера. Речь идет о силиконах, эпоксидных и полиэфирных смолах, полиуретанах и акрилатах.

Печатающая головка ViscoDUO-FDD 4/4, предназначенная для работы с такими материалами, управляется с помощью встроенных в 3d-принтер программных решений. Софт обеспечивает точное соблюдение соотношения при смешивании двух материалов в процессе печати.

Уделяя особое внимание технологической обработке вязких и пастообразных материалов, ViscoTec берет во внимание принцип бесконечного поршня, на основании которого немецкой компанией были построены все решения для сферы объемной печати. Компания отмечает, что дизайн их продукта определяется порождающим производством, поскольку повторяемость является важным фактором в любой отрасли, где используется технология дозирования ViscoTec.

В основе печатающей головки ViscoDUO-FDD 4/4 лежит принцип вращающегося смещения. Благодаря специальной геометрии, точно определяется камера, в которую материал непрерывно поступает в осевом направлении. При изменении направления вращения, подача материала прекращается – таким путемудается достичь максимально чистой печати.

«Фишка» ViscoDUO-FDD 4/4 состоит в программируемом оттягивании, предназначенном для предотвращения капания материала и обеспечения высокой точности его нанесения. Двухкомпонентная печатающая головка подключается к смесительной головке через два отдельных канала. Сначала смешивание двух материалом происходит в смесительной трубке. После завершения процесса печати, смесительная трубка может быть извлечена. Печатающая головка также может заполняться в течение более длительного периода, поскольку отдельные экструдеры не позволяют материалам затвердевать.

ViscoTec приводит основные преимущества новой разработки:

регулируемое и правильное соотношение смешиваемых материалов;
возможность работы с широким спектром материалов;
отсутствие отверждения в печатающей головке благодаря статической смесительной трубке;
безопасность процесса благодаря контролю давления;
различные способы отверждения материала: УФ-излучение, нагревание и т.д.

По мере того как технологии аддитивного производства продолжают фокусироваться на материалах вроде силикона, повышается точность печати и ее возможности при работе с моделями сложной геометрии.

Данное руководство станет для вас хорошим подспорьем в улучшении качества 3D-распечаток. Мы составили большой список наиболее часто встречающихся проблем, не забыв и о настройках программного обеспечения, и все это поможет вам все эти проблемы решить. Что особенно ценно — в этом руководстве много реальных картинок, которые позволяют легко идентифицировать те или иные проблемы 3D-принтера. Итак, приступим.

Посмотрите на приведенные ниже картинки. На них показаны наиболее часто встречающиеся при 3D-печати дефекты. Вы можете кликнуть на картинку, чтобы сразу попасть в ту часть руководства, где даны непосредственные рекомендации по решению данной проблемы. Если у вас не получается определить по картинке возникающий у вас при печати дефект, просто проматывайте дальше и подробно читайте каждый раздел. Там есть много полезных советов о том, как улучшить ваши 3D-распечатки!

Обзор проблем в картинках

3D принтер не печатает — нет экструдирования при начале печати

Эта проблема довольно часто возникает у пользователей новых 3D-принтеров, но, к счастью, ее очень просто разрешить! Если ваш экструдер не начинает с началом выполнения задания продавливать пластик, на это есть четыре возможных причины. Ниже мы пройдемся по каждой из них и объясним, какими настройками можно устранить эту проблему.

Экструдер не был подготовлен (заполнен) перед началом печати
У большинства экструдеров есть дурная привычка протекать пластиком, когда они не работают, но при этом находятся при высокой температуре. Горячий пластик внутри сопла просачивается через хот-энд, в результате чего внутри сопла возникают пустоты, откуда пластик вытек. Протечка в состоянии покоя может возникнуть перед началом печати, когда идет предварительный прогрев экструдера, а также в конце печати, когда экструдер начинает постепенно остывать. Если часть пластика из экструдера вытекла, при следующем экструдировании, скорее всего, понадобится несколько секунд, прежде чем пластик снова начнет выходить из сопла. Когда вы попытаетесь начать печатать после того, как пластик вытек из экструдера, вы можете заметить некоторую задержку перед началом экструдирования. Чтобы решить эту проблему, непосредственно перед началом работы убедитесь, что вы подготовили экструдер таким образом, чтобы сопло было заполнено пластиком и готово к экструдированию. Стандартный прием состоит в том, чтобы напечатать так называемую «юбку» (skirt). Эта «юбка» — кольцо, обводка, контур вокруг вашей будущей детали, и пока оно печатается, экструдер заполняется пластиком. Если вы чувствуете, что требуется дополнительная подготовка, можно увеличить количество печатаемых «юбок», соответствующие настройки имеются в ряде программ для 3D-печати. Некоторые пользователи предпочитают предварительно экструдировать филамент «вручную». Такой процесс в панели управления часто называется Jog Control.

Сопло начинает работать слишком близко к платформе
Если сопло находится слишком близко к платформе печати, пространства для выходящего из экструдера пластика может оказаться недостаточно. Отверстие на конце сопла по сути оказывается блокированным, так что пластику некуда деваться. Явным образом на такого рода проблему указывает ситуация, когда пластик не экструдируется на первый, а то и на второй слой, а где-то с третьего или четвертого, по мере того как платформа опускается по вертикальной оси, все нормализуется. Эта проблема очень просто решается настройкой G-Code, который находится под одноименной вкладкой программы 3D-печати. Там вы можете очень тонко подстроить позицию по оси Z без того, чтобы менять какие-то настройки непосредственно в железе. Например, если вы введете значение 0,05 мм для смещения G-Code по оси Z, перед печатью сопло будет отведено на расстояние 0,05 мм от платформы. Продолжайте с небольшим шагом увеличивать это значение до тех пор, пока между соплом и платформой не окажется достаточного пространства для выхода пластика.

В большинстве 3D-принтеров для проталкивания филамента вперед или назад используется небольшая зубчатая шестеренка подачи. Ее зубцы цепляются за филамент, что позволяет точно контролировать положение нити. Однако если вы заметили возле принтера большое количество пластиковой стружки или есть ощущение, что какой-то участок филамента «потерялся», возможно, что приводная шестеренка «сгрызла» слишком много пластика. Если такое случилось, шестеренке, когда она пытается протолкнуть филамент вперед или назад, не остается ничего другого, как продолжать вгрызаться всё глубже и глубже. Пожалуйста, обратитесь к разделу , где даны указания о том, как решить эту проблему.

Экструдер засорен
Если ни один из вышеописанных вариантов для вашего случая не подходит, тогда, вероятнее всего, у вас засорился экструдер. Это может случиться тогда, когда в сопло попадает всякого рода мусор, когда горячий пластик слишком долго находился внутри экструдера, или если экструдер недостаточно охлаждается и филамент начинает размягчаться не там, где следует. Прочистить сопло можно механически, для этого многие магазины предлагают специальные иглы и сверла для прочистки сопла экструдера, так же рекомендуем воспользоваться методом холодной протяжки, поищите в интернете как это сделать: . Последняя мера, если ничего не помогает, проблема с забившимся экструдером решается путем его разборки, и перед тем, как взяться за это дело, полезно связаться с производителем или продавцом вашего принтера. Сопло и термобарьер можно погрузить в растворитель, тем самым химически прочистить налипший пластик, затем механически вычестить из него весь нагар.

Распечатка не прилипает к платформе 3D-принтера

Очень важно, чтобы первый слой распечатки надежно прикрепился к платформе принтера так, чтобы все остальные слои использовали бы его как фундамент. Если первый слой к платформе не прилип, в дальнейшем возникнут проблемы. Решить это недоразумение можно массой различных способов, так что мы укажем лишь на самые типичные причины и объясним, как их устранить.

Платформа печати не выровнена
Многие принтеры позволяют подстраивать положение платформы печати с помощью нескольких винтов или ручек. Если это ваш случай и у вас проблемы с прилипанием первого слоя, самое первое, что надо сделать, — убедиться, что ваша платформа печати ровная и не перекошена. Если наблюдается перекос, одна из сторон платформы может оказаться слишком близко к соплу, тогда как другая будет слишком далеко. Чтобы получить как можно более качественный первый слой, платформу печати следует соответствующим образом подогнать. В большинстве программ для 3D-печати есть соответствующий мастер установки, который проведет вас по всем этапам выравнивания платформы. Обычно его, Bed Leveling Wizard, можно найти где-то в меню Tools.

Сопло начинает работать слишком далеко от платформы
После того как вы надлежащим образом выровняли платформу, вы должны еще убедиться, что сопло начнет работать на правильной высоте от платформы. Ваша задача — установить экструдер на идеальном расстоянии от платформы печати: не слишком далеко и не слишком близко. Чтобы печатаемый объект лучше держался на платформе, полезно, чтобы филамент слегка в нее вминался. Вы, конечно, можете всё настроить непосредственно на принтере, но, как правило, гораздо проще (и гораздо точнее!) это получается через программу. Обычно соответствующие параметры можно найти в меню наподобие Edit Process Settings → G-Code. Там можно выставить глобальное значение для смещения G-Code по оси Z, подстроив его исключительно точно. Например, если вы установите это смещение в -0,05 мм, сопло начнет печатать на 0,05 мм ближе к платформе. Не перестарайтесь, задавайте только совсем небольшие смещения. Каждый слой вашего объекта обычно имеет толщину около 0,2 мм, так что «небольшие» смещения следует понимать в таких масштабах.

Первый слой распечатывается слишком быстро
Когда вы распечатываете на платформу первый слой пластика, вам надо, чтобы этот первый слой, перед тем как на него будет выложен второй, хорошо прикрепился к поверхности. Если вы печатаете первый слой слишком быстро, пластик может не успеть прикрепиться к платформе. По этой причине, как правило, оказывается очень полезным печатать первый слой на более низкой скорости. У большинства слайсеров такая опция имеются. Найти ее можно ориентировочно в меню Edit Process Settings → First Layer Speed. Например, если установить этот параметр в 50%, то первый слой будет печататься на 50% медленнее остальных. Если вам кажется, что и этого недостаточно, попытайтесь изменить его еще.

Настройки температуры или охлаждения
Пластик по мере охлаждения сжимается. Для наглядности представьте себе, что вы печатаете ABS-пластиком объект, имеющий 100 мм в поперечнике. Если экструдер печатает пластиком при температуре 230 °С, а пластик этот выкладывается на холодную платформу, он, выйдя из хот-энда, скорее всего, остынет довольно быстро. У некоторых принтеров есть специальные охлаждающие вентиляторы, которые позволяют ускорить этот процесс. Если объект из ABS остывает при комнатной температуре в 30 °С, ребро длиной в 100 мм сожмется почти на 1,5 мм! Платформа печати при этом таких линейных искажений не претерпевает, она вообще обычно поддерживается при постоянной температуре. В силу этих обстоятельств пластик по мере остывания будет стремиться отсоединиться от платформы. И это важный момент, который следует иметь в виду при печати первого слоя. Если вы замечаете, что сначала слой как будто и прилипает к платформе, но потом, остывая, начинает отставать, возможно, причина именно в настройках температуры и охлаждения.

Многие принтеры, которые предназначены для печати материалами, разогретыми до высоких температур (например, ABS), имеют функцию подогрева платформы, которая помогает бороться с этими проблемами. Если платформа подогрета до 110 °С и эта температура поддерживается в течение всего процесса печати, это обеспечит нагрев первого слоя, и он не будет сжиматься. Поэтому, если у вашего принтера платформа с подогревом, вы можете попробовать его включить, чтобы первый слой не остывал. В целом надо иметь в виду, что PLA хорошо прилипает в том случае, если он подогрет до 60-70 °С, а ABS лучше работает при подогреве до 100-120 °С. В программах управления печатью всё это настраивается. В соответствующем меню, например Edit Process Settings → Temperature, надо выбрать из списка нужную платформу и указать для нее температуру первого слоя. Значение температуры обычно можно изменить после двойного клика на этот параметр.

Если у вашего принтера есть охлаждающий вентилятор, вы можете попробовать его выключить на время печати нескольких первых слоев, чтобы они не остывали слишком быстро. Это тоже, как правило, находится в меню Edit Process Settings, во вкладке Cooling. Здесь можно выставить скорость работы вентилятора для выбранных уровней. Например, вы можете захотеть, чтобы первый слой печатался при выключенном вентиляторе, но чтобы по достижении пятого слоя он включился на полную мощность. Тогда вам потребуется установить две метки в соответствующем списке. Слой 1 — при 0% скорости вентилятора, слой 5 — при 100% скорости. Если вы используете пластик ABS, то вентилятор обычно отключается на все время печати, так что одной метки (слой 1 — 0%) будет достаточно. Если вы по какой-то причине работаете в очень ветреных условиях, вам может также понадобиться защитить принтер от ветра. При печати мостов и нависающих элементов ABS-ом охлаждение лучше включить, так пластик будет быстрее охлаждаться и затвердевать.

Поверхность платформы печати (лента, клей, другие материалы)
Разный пластик по-разному прилипает к разным покрытиям. Поэтому у многих принтеров в комплекте идут специальные материалы, которыми предлагается покрывать платформу для печати. Например, в комплекте некоторых принтеров есть лист FIXPAD — к которому очень хорошо прилипает PLA, ABS, HIPS, SBS. Другие производители предлагают специальные самоклеящиеся пленки для стола 3D-принтера . Если вы собираетесь печатать прямо на эти поверхности, перед началом работы всегда полезно убедиться в том, что на них нет пыли, жира или масла. Достаточно промыть их водой или изопропиловым спиртом — и эффект будет весьма ощутим.

Если у вашего принтера нет такого специального материала для усиления сцепления с платформой печати, у вас все равно есть масса вариантов! Существует много разных типов лент, к которым хорошо прилипают распространенные в 3D-печати пластики. Полоски таких лент просто наклеиваются на платформу, а потом легко удаляются или заменяются по мере надобности, если вы захотите печатать другими материалами. Например, PLA довольно неплохо прилипает к синей малярной ленте, а ABS любит каптон, который известен также как полиамидная пленка. Многие пользователи добились больших успехов, работая с временно наносимым на платформу клеем или разного рода спреями. Это может быть лак для волос, клей-карандаш или более хитрые липкие субстанции, которые позволят решить проблему, если больше ничего не помогает. Просто экспериментируйте и найдите то, что в вашем случае будет работать лучше всего.

Если ничего не помогает, используйте поля: рафт (raft) или брим (brim)
Бывает так, что нужно распечатать очень маленький объект, поверхность которого просто слишком крошечная для того, чтобы прилипнуть к платформе. В программах для 3D-печати часто имеются настройки, которые позволяют эту поверхность увеличить, чтобы было, чему прилипать. Одна из таких опций называется brim (поля). Эти поля представляют собой дополнительные круги, печатаемые вокруг вашего объекта, так что получается нечто в виде шляпы с полями. Опция включается в меню Additions → Use Skirt/Brim. Еще программы печати иногда предлагают напечатать под деталью «плот» (raft), который служит для тех же целей, что и поля. Если вы заинтересовались этими возможностями, загляните в соответствующее руководство — там все разъясняется подробно.

В качестве примера использовано меню слайсера Simplify3D. Пункты меню, их название и расположение в вашем ПО могут отличаться.

Пластика экструдируется недостаточно

В каждом из профилей программ для 3D-печати есть настройки, в которых указывается, сколько пластика 3D-принтер должен экструдировать. Однако, поскольку сам 3D-принтер не дает никаких сигналов относительно того, сколько пластика он экструдировал на самом деле, может случиться, что филамента было выдавлено меньше, чем это предполагает программа (это называется недоэкструдированием). Если возникла такая проблема, вы можете обнаружить щели между соседними слоями. Самый надежный способ, которым можно проверить, достаточное ли количество пластика экструдирует ваш принтер, — это распечатать простой кубик с ребром 20 мм и как минимум 3 контурами. Посмотрите на верхний слой — хорошо ли соединены между собой все 3 контура? Если есть щели, имеет место недоэкструдирование. Если все периметры как положено соприкасаются и щелей нет, проблема в чем-то другом. Если вы установили факт недоэкструдирования, есть несколько причин этой проблемы, и их можно свести к следующим:

Неверный диаметр нити филамента
Первое, что вам следует проверить, — это то, знает ли программа печати о диаметре используемого вами филамента. Эти настройки обычно живут в меню Edit Process Settings → Other. Убедитесь, что выставленная там величина соответствует используемому филаменту. Вы можете даже самостоятельно измерить этот диаметр с помощью кронциркуля или другого прецизионного прибора и убедиться, что он совпадает с настройками программы. Наиболее распространенные значения диаметра нити филамента — 1,75 мм и 2,85 мм. На многих катушках пластика указывается точный диаметр нитей.

Слишком мал коэффициент экструдирования
Если диаметр вашего филамента правильный, а экструдирование по-прежнему недостаточное, вам нужно подстроить коэффициент экструдирования. Это очень полезный параметр (его иногда называют показателем расхода и т.п.), который позволяет легко изменять количество экструдируемого пластика. Соответствующие настройки живут где-то под Edit Process Settings → Extruder. Для каждого экструдера на вашем принтере может быть установлен собственный коэффициент экструдирования, поэтому, если их у вас несколько, нужно выбрать из соответствующего списка правильный. Например, вы можете поменять указанный коэффициент с 1,0 на 1,05, и тогда пластика будет продавливаться на 5% больше, чем раньше. Для PLA коэффициент экструдирования обычно выставляют в 0,9, для ABS — ближе к 1,0. Попробуйте увеличивать этот параметр с шагом в 5%, распечатывая заново тестовый кубик, чтобы видеть, есть ли еще щели по периметру.

Пластика экструдируется слишком много

Программное обеспечение постоянно общается с вашим принтером, чтобы обеспечить экструдирование правильного количества филамента. Это очень важно для обеспечения хорошего качества печати. Но большинство 3D-принтеров не имеет возможности определять, сколько пластика выдавилось на самом деле. Если ваши настройки экструдирования выставлены неправильно, принтер может продавливать больше пластика, чем этого ожидает программа. Такого рода переэкструдирование приводит к тому, что избыточные количества пластика катастрофически скажутся на внешних размерах печатаемого объекта. Для решения этой проблемы надо обратить внимание на несколько параметров в установках программы печати. Посмотрите раздел — там подробно рассказано о том, что надо делать. Хотя это инструкции на случай недоэкструдирования, вы можете настраивать те же самые параметры, только в другую сторону. Например, увеличение коэффициента экструдирования помогает при недоэкструдировании, следовательно, этот коэффициент нужно уменьшить при переэкструдировании.

Дыры или щели на верхнем слое распечатки

Для экономии пластика большинство распечатываемых 3D-деталей представляют собой сплошную оболочку вокруг пористого, частично полого наполнения. Например, при создании внутреннего объема детали может использоваться только 30% наполнения, что означает, что внутри она только на 30% будет состоять из пластика, все остальное — воздух. Раз внутренности детали могут быть частично полыми, нам надо, чтобы поверхность была сплошной и прочной. Для этого программы 3D-печати позволяют указать, сколько сплошных слоев надо выложить снизу и сверху объекта. Например, если вы печатаете простой кубик с 5 сплошными слоями снизу и сверху, программа ровно так и сделает, а все то, что внутри, окажется частично пустым. Такой прием позволяет сэкономить впечатляющее количество пластика, притом что сами объекты останутся достаточно прочными благодаря выверенным настройкам заполнения. Однако в зависимости от того, какие именно настройки вы выставили, вы можете обнаружить, что верхние слои вашей распечатки, которые должны быть сплошными, не совсем сплошные. Там могут быть щели и дыры, хотя, судя по всему, быть их там не должно. Если вы столкнулись с такой проблемой, есть несколько простых настроек, которые помогут ее решить.

Недостаточно сплошные верхние слои
Первая настройка, на которую следует обратить внимание, — это количество верхних сплошных слоев. Когда вы пытаетесь напечатать на 100% сплошной слой поверх частично пустой внутренней части, верхний слой должен перекрыть лежащую под ним пустоту. Но одиночный слой будет стремиться стекать и провисать. Поэтому, как правило, поверх пустоты печатают несколько слоев, чтобы обеспечить плоскую и вполне твердую поверхность. Золотое правило здесь такое: сплошная часть распечатки должна быть не менее 0,5 мм в толщину. Поэтому, если у вас слои по 0,25 мм, их потребуется как минимум 2. Если вы печатаете тонкими слоями, например в 0,1 мм, вам может понадобится 5 сплошных верхних слоев, чтобы добиться удовлетворительного эффекта. Если вы заметили щели на верхней поверхности, в первую очередь нужно увеличить количество сплошных слоев, из которых она состоит. Например, если такая проблема имеет место при 3 сплошных слоях, попытайтесь выложить 5 и посмотрите, не стало ли лучше. Обратите внимание, что эти сплошные слои печатаются внутри вашего объекта, т.е. его внешние размеры не меняются. Изменить количество сплошных слоев можно в меню Edit Process Settings → Layer или аналогичном, в соответствии с используемой программой управления печатью.

Слишком низкий процент заполнения
Внутреннее заполнение вашего объекта играет роль фундамента для вышележащих слоев. Сплошные слои наверху распечатки требуют, чтобы фундамент под ними был достаточно прочным. Если у вас процент заполнения слишком мал, значит внутри будет слишком много пустого пространства. Так, если заполнение установлено в 10%, остальные 90% будут пустотой, т.е. могут быть очень большие незаполненные пространства, поверх которых вы потом попытаетесь напечатать сплошной слой. Если вы увеличиваете и увеличиваете количество сплошных верхних слоев, а щели на них всё не уходят и не уходят, вам может понадобиться увеличить процент заполнения, чтобы избавиться от этого недоразумения. Например, если процент заполнения был 30%, попробуйте установить его в 50%, в результате чего опора под сплошными верхними слоями станет более надежной.

Недостаточное экструдирование
Если вы увеличиваете и увеличиваете количество сплошных верхних слоев, а щели на них всё не уходят и не уходят, процесс может страдать от недостаточного экструдирования. Это значит, что через сопло вашего принтера пластика продавливается меньше, чем этого ожидает программа. Полное описание этой проблемы и способов ее решения приведены в разделе .

Волоски или паутина

Волоски (паутина, «волосатая», «усатая» печать) появляются тогда, когда при печати 3D-модели образуются тонкие, нежелательные нити пластика. Как правило, это связано с тем, что такие нити вытягиваются из сопла, когда экструдер перемещается на новую позицию. К счастью, у слайсеров есть несколько параметров, которые можно настроить, чтобы избавиться от этой незадачи. Самая стандартная настройка, которая борется с описываемой проблемой, называется обычно Retraction (втягивание). Если она включена, то экструдер, завершив печать определенного участка модели, втягивает филамент в сопло, что является хорошим способом избавления от «волосатости». Когда надо продолжить печать, филамент проталкивается обратно в сопло, и пластик начинает экструдироваться. Чтобы посмотреть, выставлено ли втягивание, нужно кликнуть на Edit Process Settings, а там выбрать вкладку Extruder. Эта опция должна быть включена для каждого из имеющихся экструдеров. Ниже мы рассмотрим важные параметры втягивания, а также некоторые другие настройки, которые пригодятся для того, чтобы избавиться от паутины, — в частности, настройки температуры экструдера.

Дистанция втягивания
Самая важная настройка у втягивания — это дистанция. Она определяет, сколько пластика втягивается обратно в сопло. Обычно, чем больше пластика втягивается, тем менее вероятно, что сопло будет протекать во время перемещения. Для большинства безредукторных экструдеров достаточно дистанции втягивания в 0,5-2,0 мм, хотя для некоторых экструдеров Bowden может понадобиться целых 15 мм, потому что у них большое расстояние между приводной шестеренкой и хот-эндом. Если вы столкнулись в вашей работе с проблемой «волосатости», попробуйте увеличить втягивание на 1 мм и посмотрите, не стало ли лучше.

Скорость втягивания
Следующий параметр втягивания, который нужно проверить, — это скорость, на которой филамент втягивается в сопло. Если она слишком мала, пластик будет медленно стекать вниз и может начать капать еще до того, как экструдер завершил перемещение на новую позицию. Если она слишком высока, филамент может оторваться от горячего пластика в сопле, или же в результате резкого движения приводная шестерня может «выгрызть» часть пластиковой нити. Золотая середина обычно находится где-то между 1200 и 6000 мм/мин (20-100 мм/с), тогда втягивание проходит наилучшим образом. Обычно в программах печати предлагаются уже заранее сконфигурированные профили, которые можно взять за исходные, и понемногу варьировать значения параметров, чтобы лучше подогнать их, например, к характеристикам используемого материала. Так что полезно поэкспериментировать и с разными значениями скорости втягивания и посмотреть, не уменьшится ли «волосатость».

Слишком высокая температура
Если с настройками параметров втягивания все хорошо, следующей по распространенности причиной возникновения паутины является избыточная температура экструдера. PLA особенно чувствителен к температуре. Если она слишком высока, пластик внутри сопла становится чрезмерно жидким и ему гораздо легче вытекать через сопло. Если же температура слишком низка, пластик будет слишком твердым и его будет трудно продавить через хот-энд. Если, на ваш взгляд, с настройками втягивания у вас все в порядке, а описываемая проблема не решена, можно попытаться снизить температуру экструдера на 5-10 градусов. Это может значительно сказаться на качестве готового объекта. Температура настраивается, как легко догадаться, где-то здесь: Edit Process Settings → Temperature. Выберите из списка соответствующий экструдер и укажите его желаемую температуру для конкретной точки процесса печати.

Перемещение на большие открытые расстояния
Как мы уже говорили, паутина появляется тогда, когда экструдер перемещается на новую позицию, а пластик в это время вытекает через сопло. То, насколько такого рода протечка может оказаться существенной, в значительной мере связано с расстоянием, на которое перемещается печатающая головка. Небольшие расстояния преодолеваются достаточно быстро, так что пластик просто не успевает просочиться. А вот если расстояния значительные, вероятность появления паутины гораздо выше. У многих программ 3D-печати есть исключительно полезная фича, которая позволяет минимизировать расстояние перемещения сопла над пустотой. Делается это за счет того, что траектория меняется с прямой и кратчайшей, на более длинную и извилистую — зато над поверхностью. В большинстве случаев можно вообще подобрать траекторию, которая ни разу не окажется «мостиком». То есть, для возникновения паутины просто не будет возможностей, потому что сопло всегда будет находиться над чем-то. Такая опция живет где-нибудь в Advanced и может называться, например, Avoid crossing outline for travel movement, т.е. «избегать выхода за границы контура при перемещении».

Перегрев пластика

Пластик, который выходит из экструдера, имеет температуру в интервале 190-240 °С. Поскольку пластик горячий, он мягкий и ему легко придавать различные формы. Но когда он остывает, он быстро становится твердым, и форму его так просто уже не изменить. Вам нужно добиться баланса между температурой и охлаждением так, чтобы пластик мог свободно течь через сопло, но быстро затвердевал, обеспечивая точные размеры распечатываемой 3D-детали. Если такого баланса нет, могут возникнуть проблемы с качеством печати, когда, например, внешние размеры объекта окажутся не такими, как вы планировали. Как видно на фото, филамент, который был экструдирован на вершину пирамиды, не смог достаточно быстро застыть, чтобы сохранить форму. Вот некоторые распространенные причины перегрева и способы их устранения.

Недостаточное охлаждение
Наиболее распространенная причина перегрева — это если пластик остужается недостаточно быстро. Когда такое происходит, горячий пластик, охлаждаясь, успевает принимать самые разные формы. Для многих видов пластика гораздо лучше, когда филамент, будучи выложен в слой, быстро охлаждается, чтобы форма не успела измениться. Если у вашего принтера есть охлаждающий вентилятор, попытайтесь увеличить мощность охлаждения, чтобы пластик остывал быстрее. Мощность охлаждения, она же скорость вращения, изменяется во вкладке Edit Process Settings → Cooling. Двойной клик на соответствующей метке, изменение значения — и дело в шляпе. Дополнительное охлаждение поможет пластику сохранить форму. Если у вашего принтера нет родного вентилятора, можно какой-нибудь приспособить или вообще использовать небольшой ручной, обдувая им объект в процессе печати.

Печать ведется при слишком высокой температуре
Если вы уже задействовали вентилятор, а проблема еще не решена, вы можете попытаться вести саму печать при более низкой температуре. Когда пластик экструдируется при более низкой температуре, он быстрее застывает и лучше держит форму. Попробуйте снизить температуру на 5-10 градусов и посмотрите, что получится. Это можно сделать в меню Edit Process Settings → Temperature. Двойной клик на соответствующей метке, изменение значения — готово. Не перестарайтесь, иначе пластик не разогреется достаточно для того, чтобы его можно было продавить через малюсенькую дырочку на конце сопла.

Если каждый слой вашего объекта печатается очень быстро, времени на то, чтобы каждый предыдущий слой достаточно остыл, может оказаться недостаточно, и печать будет вестись поверх горячего слоя. Это особенно важно для очень мелких деталей, когда на печать каждого слоя требуется всего несколько секунд. Даже при наличии охлаждающего вентилятора вам может потребоваться снизить скорость печати маленьких слоев, чтобы предоставить им достаточное время для остывания. В большинстве программ 3D-печати это делается очень просто. Во вкладке Cooling меню Edit Process Settings, скорее всего, имеется раздел Speed Overrides. Там выставляется параметр автоматического снижения скорости печати для маленьких слоев, чтобы дать им время на то, чтобы остыть и застыть, перед тем как поверх них начнет печататься новый слой. Например, можно разрешить программе автоматически снижать скорость печати для слоев, которые выкладываются менее чем за 15 секунд. Это очень полезная опция для борьбы с перегревом.

Если ничего не помогает, попробуйте печатать сразу несколько деталей
Если вы попробовали все три перечисленных варианта, но проблемы с недостаточным охлаждением остаются, можно вот еще что попробовать. Создайте в слайсере копию объекта, который собираетесь напечатать (Edit → Copy/Paste), или импортируйте другой объект, чтобы он печатался одновременно. Печатая два объекта одновременно, вы можете обеспечить большее охлаждение для каждого из них. Нагретому соплу придется перемещаться на другую позицию над платформой, чтобы выложить слой второй детали, и это дает короткую передышку, за время которой первая деталь может немного остыть. Это простой, но очень эффективный метод решения проблемы перегрева.

Смещение слоев или отсутствие выравнивания

Большинство 3D-принтеров использует систему управления без обратной связи, иными словам, как бы странно это ни показалось, они не имеют представления о реальном положении печатающей головки. Принтер просто пытается переместить головку в определенную позицию и надеется, что она там и окажется. В большинстве случаев это работает, потому что шаговый мотор принтера достаточно мощный и какой-то такой нагрузки, которая могла бы помешать его работе, обычно не случается. Но если что-то идет не так, принтер никак не сумеет это определить. Например, если вам удалось достаточно сильно ударить по принтеру в тот момент, когда он занят делом, его печатающая головка может резко изменить положение. Поскольку аппарат не имеет представления, о том, на что вы сподобились, он продолжит печатать как ни в чем не бывало. Если вы обнаружили в вашей распечатке смещенные слои, это обычно вызвано одной из нижеуказанных причин. К сожалению, если такая ошибка возникает, сам принтер выловить ее не в состоянии, и тут на помощь должен прийти человек и решить одну из следующих проблем.

Печатающая головка движется слишком быстро
Если вы печатаете на очень высокой скорости, моторы вашего 3D-принтера могут испытывать проблемы с тем, чтобы ее поддерживать. Если вы пытаетесь заставить принтер печатать быстрее, чем это могут обеспечить моторы, вы можете услышать характерный щелкающий звук, когда приводу не удается достигнуть заданного положения. Когда такое случается, оставшаяся часть печатаемого объекта получится смещенной относительно того, что было напечатано ниже. Если вам кажется, что печатающая головка перемещается слишком быстро, попробуйте снизить скорость на 50% и посмотрите, что получится. Для этого в меню Edit Process Settings имеется вкладка Other. Настройте Default Printing Speed и X/Y Axis Movement Speed. Первый параметр определяет скорость любого перемещения, когда экструдер активно продавливает пластик, второй определяет скорость быстрых перемещений, когда экструдирования не происходит. Если значение одного их этих параметров слишком велико, это может привести к смещению слоев. Если вы не испытывайте смущения, когда меняете расширенные настройки, вы можете попробовать также уменьшить в параметрах прошивки вашего принтера значение ускорения, чтобы скорость увеличивалась и уменьшалась не так резко.

Механические или электрические проблемы
Если слои остаются смещенными и после снижения скорости печати, тогда, вероятнее всего, у принтера есть какая-то механическая или электрическая проблема. Например, в большинстве 3D-принтеров для того, чтобы мотор управлял положением печатающей головки, применяются ременные передачи. Эти ремни обычно делаются из резины, которая укреплена каким-нибудь волокном. С течением времени ремни могут растягиваться, что сказывается на их натяжении и на способности точного позиционирования. Если натяжение слишком мало, ремень может соскочить со шкива привода, т.е. привод будет вращаться, но ремень не будет ничего передавать. Если ремень был изначально натянут слишком сильно, это тоже может привести к проблемам. Перетянутый ремень создает избыточное трение в подшипниках, что мешает двигателям вращаться. Идеальная сборка предполагает, что ремень натянут достаточно сильно, чтобы не соскочить, но не настолько сильно, чтобы блокировать вращение системы. Если вы начинаете замечать появление смещенных слоев, вы должны убедиться, что все ремни приводного механизма натянуты должным образом, не слишком слабо и не слишком сильно. Если вы думаете, что проблема в этом, пожалуйста, обратитесь за советом к изготовителю вашего принтера.

Во многих 3D-принтерах есть также ремни, которые натянуты на шкивы, закрепленные на валу шагового двигателя. Крепление там выполнено с помощью маленьких регулировочных винтов, называемых также установочными. Так обеспечивается синхронное вращение шкива и вала. Но если регулировочные винты ослабли, синхронность может оказаться нарушенной. Может оказаться, что мотор вращается, а шкив — нет. Когда такое случается, печатающая головка не попадает в требуемую позицию, что сказывается на выравнивании всех печатаемых после сбоя слоев. Поэтому, если смещение слоев возникает регулярно, вы должны убедиться, что винтики на шкивах затянуты хорошо.

Бывают также некоторые распространенные сбои по электричеству, которые тоже приводят к тому, что мотор сбивается с позиции. Например, если сила тока, подаваемого на двигатель, слишком мала, его мощности может оказаться недостаточно для вращения. Бывает также, что электроника электропривода перегрелась, из-за чего мотор может временно остановиться и не работать до тех пор, пока температура не придет в норму. Это, конечно, не всё, здесь описаны только несколько распространенных электрических и механических моментов, на которые следует обратить внимание, если смещение слоев представляет часто возникающую проблему.

Слои разделяются и расщепляются

3D-печать устроена таким образом, что в один конкретный момент печатается один конкретный слой объекта. Каждый последующий слой печатается поверх предыдущего, и в конце концов получается заданная 3D-модель. Но для того, чтобы получившийся объект был достаточно прочным и надежным, требуется сделать так, чтобы каждый слой был надлежащим образом связан с тем, который находится под ним. Если слои связаны друг с другом недостаточно хорошо, получившийся объект может расколоться и развалиться. Вот несколько типичных причин этого и предложений о том, как все можно исправить.

Слишком большая высота слоя
Диаметр сопла большинства 3D-принтеров составляет 0,3-0,5 мм. Пластик проталкивается через это малюсенькое отверстие, чтобы в результате можно было напечатать очень мелкие детали. Но эти маленькие размеры сопла накладывают также определенные ограничения на то, какой может быть высота (или, если угодно, толщина) слоя. Когда вы распечатываете один слой пластика поверх другого, вы хотите, чтобы верхний слой был прижат к нижнему, чтобы они оказались сцеплены друг с другом. Железное правило здесь такое: выбираемая вами высота слоя должна быть на 20% меньше диаметра сопла. Например, если у вас сопло на 0,4 мм, вы не можете слишком отклониться от высоты слоя в 0,32 мм — в противном случае слои пластика не будут надлежащим образом прилипать друг к другу. Поэтому, если вы заметили, что ваша распечатка расслаивается, слои не сцепляются, первое, что нужно проверить, — соотношение высоты слоя и диаметра отверстия сопла. Попробуйте уменьшить высоту слоя и посмотрите, не стало ли сцепление слоев лучше. Это можно сделать в меню Edit Process Settings, во вкладке Layer.

Слишком низкая температура печати
Горячий пластик всегда лучше соединяется, чем холодный. Если вы заметили недостаточное сцепление слоев и уверены, что высота слоя не слишком велика, возможно, вашему филаменту, чтобы соединение слоев было надежным, для печати требуется более высокая температура. Например, если вы пытаетесь печатать пластиком ABS при 190 °С, вы, скорее всего, обнаружите, что слои печатаемого объекта слишком легко расщепляются. Это происходит потому, что для печати ABS требуется температура 220-235 °C, тогда слои склеиваются надежно. Поэтому, если вы столкнулись с описываемой проблемой, убедитесь, что вы печатаете при правильной температуре, которая соответствует вашему филаменту. Попробуйте увеличить температуру на 10 градусов и посмотрите, не улучшилось ли сцепление. Это можно сделать в меню Edit Process Settings → Temperature. Двойной клик на соответствующей метке, изменение значения — готово.

Филамент стачивается, пластик крошится

В большинстве 3D-принтеров используется небольшая приводная шестеренка, которая цепляет филамент и направляет его туда, куда надо. У приводной шестеренки острые зубцы, которые позволяют ей вгрызаться в филамент и проталкивать его вперед или назад, в зависимости от направления вращения. Если филамент не может двигаться, а шестеренка вращается, она может настолько его «изгрызть», что ей уже будет не за что цепляться, чтобы проталкивать нить. На такого рода проблему жалуются многие: филамент оказывается сточенным, в результате чего экструдер не может работать так, как должен был бы. Если это произошло с вашим принтером, вы обычно обнаруживаете под ним кучку пластиковой стружки, которую сточила приводная шестеренка. Вы также можете обратить внимание на то, что мотор работает, но филамент в экструдер не проталкивается. Мы объясним, как проще всего избавиться от этой беды.

Увеличьте температуру экструдера
Если вы столкнулись со стачиванием филамента, попробуйте на 5-10 градусов увеличить температуру экструдера, чтобы пластик лучше тек. Это можно сделать в меню Edit Process Settings → Temperature. Выберите из списка соответствующий экструдер и укажите его желаемую температуру для конкретной точки процесса печати. При более высокой температуре пластик всегда течет легче, так что указанная настройка может оказаться весьма полезной.

Печать ведется на слишком большой скорости
Если стачивание филамента продолжается даже после увеличения температуры, следующее, что нужно сделать, — это снизить скорость печати. Тогда, поскольку филамент будет продавливаться в течение большего времени, мотору экструдера не придется вращаться так быстро. Меньшая скорость вращения мотора может помочь избежать стачивания. Эти настройки обычно живут в меню Edit Process Settings → Other. Настройте параметр Default Printing Speed, который определяет скорость любого перемещения, когда экструдер активно продавливает пластик. Например, если раньше печать велась на скорости 3600 мм/мин (60 мм/с), попробуйте ее уменьшить на 50% и посмотрите, не исчезло ли стачивание.

Проверьте, не забито ли сопло
Если и после увеличения температуры, и после снижения скорости печати приводная шестеренка продолжает грызть филамент, скорее всего, сопло вашего принтера частично засорено. Пожалуйста, обратитесь к разделу , где даны указания о том, как решить эту проблему.

Сопло засорилось, пластик застрял в экструдере 3D-принтера

Вашему 3D-принтеру за время его службы приходится расплавлять и экструдировать много килограммов пластика. Чтобы жизнь медом не казалась, ему приходится еще и проталкивать весь этот пластик через малюсенькую дырочку диаметром с песчинку. И неизбежно наступает момент, когда с этим процессом что-то идет не так и экструдеру больше не удается проталкивать пластик через сопло. Эти забивания или засоры обычно случаются потому, что что-то внутри сопла мешает пластику свободно проходить. В первый раз это особенно огорчает, и мы опишем несколько последовательных шагов, которые помогут решить проблему с забитым соплом.

Протолкните филамент в экструдер вручную
Самое первое, что можно попробовать сделать, — вручную протолкнуть филамент в экструдер. Для начала полезно прогреть экструдер до соответствующей пластику температуры. Это делается через панель управления программы 3D-печати. Также на панели управления надо найти меню Jog Controls или аналогичное, с помощью которого можно подать пластик вперед или назад. Подайте его в экструдер, на, например, 10 мм. Когда привод начнет вращаться, легонько подтолкните филамент руками. В большинстве случаев небольшого дополнительного усилия оказывается достаточно, чтобы пластиковая нить миновала проблемное место.

Переустановите филамент
Если филамент все равно не двигается, следующее, что надо сделать, — это извлечь его из принтера. Убедитесь, что экструдер нагрет до нужной температуры, а затем через контрольную панель программы печати вытяните филамент из экструдера. Как и в предыдущем случае, придется приложить разумную физическую силу: если нить застряла, аккуратно потяните ее. После того как филамент извлечен, с помощью ножниц отрежьте расплавившийся или поврежденный кусок. Заправьте филамент снова и проверьте, удается ли теперь печатать новым, неповрежденным отрезком пластиковой нити.

Прочистите сопло
Если же и новым куском печатать не получается, скорее всего, требуется прочистка сопла. Многие пользователи 3D-принтеров весьма успешно решали эту задачу, нагревая экструдер до 100 °С и вручную протягивая филамент через сопло (в надежде, что он вытянет оттуда весь мусор). Другие отдавали предпочтение струне «ми» (очевидно, первой, для шестиструнной гитары. — Прим. перев.), протягивая ее через сопло туда-сюда. Некоторые магазины предлагают специальные , так же рекомендуем воспользоваться методом холодной протяжки, поищите в интернете как это сделать. Можно придумать массу разных методов, да и все экструдеры разные, но за точными указаниями лучше всего обратиться к изготовителю принтера.

3D-принтер перестает печатать в произвольный момент, в процессе печати

Если в начале работы ваш принтер экструдировал нормально, а потом внезапно перестал, то такая проблема обычно связана с всего лишь несколькими причинами. Мы объясним каждую из них и предложим способ устранения неполадки. Если такого рода проблема случается в самом начале печати, обратитесь к разделу .

Кончился филамент
Это очевидно: перед тем как искать причину того, почему принтер не печатает, чрезвычайно полезно убедиться, есть ли ему чем печатать. Если катушка кончилась, надо заправить новую, после чего продолжить.

Филамент сточился о приводную шестеренку
Во время печати мотор экструдера непрерывно вращается, пытаясь протолкнуть филамент в сопло, чтобы принтер мог экструдировать пластик. Если вы пытаетесь печатать слишком быстро или экструдировать слишком много пластика, мотор может начать вгрызаться в филамент вплоть до того, что сточит все, и шестеренке не за что будет цепляться. Если мотор экструдера вращается, а филамент не движется, вероятно, причина именно в этом. Пожалуйста, обратитесь к разделу , где даны указания о том, как решить эту проблему.

Перегрелся мотор экструдера
Когда идет печать, мотору экструдера приходится очень несладко. Он постоянно вращается вперед и назад, тянет и толкает пластик туда и обратно. Быстрые движения связаны с высоким расходом (и выделением) энергии, так что, если у электроники принтера недостаточное охлаждение, она запросто может перегреться. Обычно у моторов имеется термозащита, которая их отключает, если температура становится слишком высокой. В таком случае может оказаться, что моторы по осям X и Y продолжают работать и перемещать головку экструдера, но мотор самого экструдера стоит. Единственный способ решить эту проблему — выключить принтер и дать электронике остыть. Также может оказаться полезным установить дополнительный вентилятор охлаждения, если у проблемы наблюдаются рецидивы.

Плохое наполнение

Наполнение вашей 3D-модели играет очень важную роль в плане ее прочности. Оно отвечает за то, чтобы скреплять внешнюю оболочку 3D-объекта и поддерживать те его плоскости, которые печатаются поверх него. Если наполнение получается слабым или «волосатым», вам следует изменить несколько настроек программы управления печатью, чтобы придать дополнительную прочность этой части вашего объекта.

Попробуйте изменить шаблоны наполнения
Один из первых параметров, на которые вам нужно обратить внимание, — это используемый при печати наполнения шаблон. Шаблон описывается параметром Internal Fill Pattern. Некоторые шаблоны более сплошные и прочные, некоторые менее. Например, Grid, Triangular и Solid Honeycomb, т.е. «Решетка», «Треугольники» и «Сплошные соты», — это прочные наполнения. Другие, такие как Rectilinear или Fast Honeycomb, т.е. «Прямолинейный» или «Быстрые соты», жертвуют прочностью ради скорости. Если у вас проблема с созданием прочного и надежного наполнения, изучите эффект от разных шаблонов.

Уменьшите скорость печати
Наполнение обычно печатается быстрее, чем другие части вашей 3D-модели. Если вы будете пытаться печатать наполнение слишком быстро, экструдер с этим может не справиться и вы увидите эффект недоэкструдирования во внутренней части вашего объекта. В результате этого наполнение будет непрочным и паутинообразным, потому что экструдеру не удалось протолкнуть такое количество пластика, на которое рассчитывала программа печати. Если вы испробовали различные шаблоны наполнения, но проблема с его прочностью сохраняется, попробуйте уменьшить скорость печати. Для этого в меню Edit Process Settings есть вкладка Other. Настройте скорость печати по умолчанию, Default Printing Speed, от которой непосредственно зависит скорость, с которой печатается наполнение. Например, если раньше печать велась на скорости 3600 мм/мин (60 мм/с), попробуйте ее уменьшить на 50% и посмотрите, не стало ли наполнение более прочным и сплошным.

Увеличьте ширину экструдирования наполнителя
С помощью другой очень мощной опции, которая есть в некоторых программах 3D-печати, можно изменить ширину экструдирования при печати наполнения. Например, вы можете печатать внешний контур при ширине экструдирования всего 0,4 мм, но переходить на 0,8 мм, когда идет печать внутренних частей. В результате внутренние перегородки станут более толстыми и крепкими, что непременно скажется на прочности печатаемого 3D-объекта. Эти настройки можно найти в меню Edit Process Settings → Infill. Ширина экструдирования наполнения, Infill Extrusion Width, задается в процентах от нормальной. Если, например, вы установите ее в 200%, экструдируемый при печати наполнения пластик будет выкладываться вдвое более широкими полосками, чем при печати периметров. При такого рода настройке следует учитывать возможность программы печати поддерживать указанный вами процент наполнения. Если вы установите ширину внутреннего экструдирования в 200%, при печати каждой полоски наполнения будет использоваться вдвое больше пластика. Чтобы обеспечить такой процент наполнения, образующие его нити пластика должны быть соответствующим образом пространственно разведены. По этой причине многие увеличивают процент наполнения после увеличения ширины экструдирования наполнения.

Наплывы, натёки, сопли и прыщи

В ходе 3D-печати экструдеру приходится постоянно останавливать и снова начинать продавливание филамента по мере того, как он перемещается от одной позиции к другой. Большинство экструдеров очень хорошо справляется с равномерным экструдированием в процессе перемещения, однако всякий раз, когда экструдер выключается, а затем снова включается, возникают небольшие отклонения. Например, если вы присмотритесь к внешней поверхности вашей 3D-распечатки, вы можете заметить небольшую отметину, и это именно то место, откуда экструдер начал работу с конкретным фрагментом пластика. Экструдер же должен был с какого-то места начать печатать оболочку вашей 3D-модели, а затем, когда печать оболочки завершается, он в эту исходную точку возвращается. Такого рода отметки обычно называются натеками или соплями. Как вы легко можете догадаться, соединить две детали, у которым имеются натеки, может оказаться проблематичным. К счастью, во многих программах 3D-печати есть простой инструмент, позволяющий минимизировать такого рода косметические дефекты.

Настройки втягивания и хода накатом
Если вы стали замечать небольшие дефекты на поверхности распечатки, самый лучший способ поставить диагноз — внимательнее приглядеться к каждому из распечатанных периметров. Не появляется ли этот дефект в тот момент, когда начинается печать периметра? Или же она появляется позже, когда периметр завершен и экструдер остановился? Если дефект появляется в самом начале цикла, возможно, вам следует слегка подстроить втягивание. Зайдите в Edit Process Settings → Extruders. Сразу под дистанцией втягивания имеется настройка, обозначенная как Extra Restart Distance. Речь идет о разнице между дистанцией втягивания филамента, когда экструдер останавливается, и длиной, на которую он заполняется перед тем, как снова продолжить работу. Если вы обнаруживаете поверхностный дефект в начале периметра, в экструдере, скорее всего, остается слишком много пластика перед началом печати контура. В таком случае нужно уменьшить длину заполнения, введя отрицательное значение в поле Extra Restart Distance. Например, если дистанция втягивания была 1,0 мм, а параметр Extra Restart Distance установлен в -0,2 мм (обратите внимание на минус), то каждый раз, когда экструдер будет останавливаться, он будет втягивать 1,0 мм пластика. Но каждый раз, когда он будет снова приступать к работе, в сопло будет подано только 0,8 мм пластиковой нити. Подстраивайте этот параметр до тех пор, пока дефект при начале экструдирования периметра не исчезнет.

Если же дефект не проявляется до окончания печати периметра, когда экструдер останавливается, надо заняться другим параметром. Он называется Coasting, т.е. «Движение накатом». Его значение выставляется, как правило, прямо под настройками втягивания во вкладке Extruder. Он позволяет выключить экструдер за несколько мгновений до того, как тот дойдет до конца периметра, что позволит сбросить давление внутри сопла. Включите эту опцию и увеличивайте значение до тех пор, пока дефекты в конце каждого периметра, когда экструдер останавливается, не исчезнут. Обычно 0,2-0,5 мм движения по инерции дают ощутимый результат.

Избегайте ненужного втягивания
Вышеупомянутые настройки втягивания и хода накатом могут помочь избежать дефектов в случаях, когда сопло отводится назад, но иногда гораздо лучше просто попытаться избежать такого движения печатающей головки. Иными словами, сделать так, чтобы экструдер никогда не менял бы направления своего движения на противоположное и продолжал работать спокойно и равномерно. Это особенно важно для принтеров с экструдерами Bowden, поскольку большое расстояние между их мотором и соплом делает втягивание более проблематичным. Чтобы настроить параметр, который определяет, когда включается втягивание, надо перейти во вкладку Advanced и найти там раздел Ooze Control Behavior, что переводится примерно как «действия по управлению протечкой». В этой секции много полезных настроек, которыми можно изменить соответствующее поведение вашего 3D-принтера. Как было сказано ранее, в , Stringing or Oozing, втягивание задается главным образом для того, чтобы сопло не протекало в тот момент, когда оно, при этом не печатая, перемещается от одной части объекта к другой. Если же сопло не пересекает открытых пространств, все то, что из него вытекает, останется внутри печатаемой модели и снаружи видно не будет. Поэтому у многих программ управления печатью во избежание излишнего втягивания имеется галочка, которая указывает, что втягивать филамент следует только над открытыми пространствами — Only retract when crossing open spaces.

Другая полезная вещь обитает в разделе Movement Behavior. Если принтер настроен так, что втягивает филамент только над открытыми пространствами, будет чрезвычайно полезно всячески таких пространств избегать. У некоторых программ управления 3D-печатью имеется такая полезная функция, которая позволяет изменить траекторию движения экструдера, минимизировав число случаев выхода за периметр. Если это удается, необходимость во втягивании вообще отпадает. Такая опция называется Avoid crossing outline for travel movement, т.е. «избегать выхода за границы контура при перемещении».

Нестационарное втягивание
Другая очень полезная возможность, которая есть в ряде программ 3D-печати, — нестационарное втягивание. Оно особенно полезно для экструдеров Bowden, в соплах которых во время печати создается высокое давление. Обычно, когда такие принтеры заканчивают работу, избыточное давление в остановившемся экструдере может приводить к тому, что в нем начнут образовываться сгустки пластика. Для этой ситуации у некоторых программ 3D-печати есть опция, включив которую, можно позволить соплу втягивать филамент во время движения. Это снижает вероятность образования сгустков пластика в покоящемся экструдере, потому что втягивание производится на ходу. Чтобы включить эту опцию, надо сначала настроить несколько параметров. Для начала зайдите в Edit Process Settings → Extruders. Убедитесь, что Wipe Nozzle («подтирка сопла») включена. Это будет означать, что принтер будет прочищать сопло в конце каждого фрагмента модели, когда он останавливает процесс печати. Установите для начала «расстояние подтирки», Wipe Distance, в 5 мм. Далее перейдите в Advanced и включите Perform retraction during wipe movement — «втягивание во время подтирки». Это заблокирует стационарное втягивание, поскольку принтеру теперь сказано, чтобы он прочищал сопла на противоходе. Это очень мощная опция, и есть очень большой шанс, что она поможет вам избавиться от поверхностных дефектов.

Выберите место начала печати
Если мелкие дефекты все-таки остаются, имеется возможность указать принтеру, где допустимо оставлять такого рода точечки. Это можно сделать в меню Edit Process Settings, во вкладке Layer. В большинстве случаем место начала печати выбирается таким образом, чтобы оптимизировать скорость. На вы можете также сделать выбор этой точки начала случайным, рандомизировать его, или же указать конкретную позицию. Например, если вы печатаете статую, вы можете дать инструкцию, чтобы печать всегда начиналась с тыльной стороны фигуры, так что спереди ничего видно не будет. Для этого надо включить опцию Choose start point that is closest to specific location, и печать будет начинаться максимально близко к заданной точке, координаты которой надо указать.

Щели между наполнением и контуром

Каждый слой печатаемого 3D-объекта создается в результате комбинации внешнего периметра и наполнения. Периметры слоев следуют контуру модели, создавая прочную и аккуратную поверхность. Наполнение, которое печатается внутри этих периметров, составляет остальную часть слоя. Оно обычно исполняется в виде шаблонов, которые получаются в результате возвратно-поступательного движения печатающей головки и позволяют печатать на высокой скорости. Поскольку при печати канвы наполнения используются другие шаблоны, чем при печати контура, важно, чтобы эти две части прочно соединялись друг с другом. Если вы замечаете небольшие щели по краям вашего наполнения, то проблемы, которые устраняются соответствующими настройками, могут быть следующими:

Недостаточное перекрытие контура
В некоторых программах управления 3D-печатью имеется параметр, который позволяет регулировать прочность сцепления внешнего контура и наполнения. Параметр этот называется Outline overlap, он указывает, насколько наполнение будет накладываться на периметр, чтобы эти две части лучше сцеплялись. Эту настройку можно найти в меню Edit Process Settings → Infill. В ней указывается процент от ширины экструдирования, что облегчает масштабирование для разных диаметров сопел. Например, если у вас указано 20% перекрытия контура, это значит, что программа передаст на принтер инструкции, по которым наполнение будет на 20% перекрывать внутреннюю часть периметра. Перекрытие позволяет обеспечить более надежное сцепление этих двух частей модели. Если вы раньше печатали с нахлестом в 20%, попробуйте увеличить его до 30% и посмотрите, не исчезли ли зазоры между периметром и внутренней частью распечатки.

Печать ведется на слишком большой скорости
Наполнение модели обычно печатается значительно быстрее, чем контуры. Между тем, если наполнение печатается слишком быстро, времени на то, чтобы оно сцепилось с периметром, может оказаться недостаточно. Если вы попытались увеличить перекрытие контура, но щели между периметром и наполнением не исчезли, вы можете попробовать снизить скорость печати. Для этого в меню Edit Process Settings есть вкладка Other. Настройте параметр Default Printing Speed, который определяет скорость любого перемещения, когда экструдер активно продавливает пластик. Например, если раньше печать велась на скорости 3600 мм/мин (60 мм/с), попробуйте ее уменьшить на 50% и посмотрите, не исчезли ли щели между периметром и наполнением. Если зазоры при более низкой скорости исчезли, начинайте понемногу ее увеличивать, пока она не станет максимальной, но не приводящей к дефектам.

Загибающиеся или неровные углы и края

Если через какое-то время вы замечаете, что какие-то части вашей распечатки начинают загибаться, проблема обычно в перегреве. Пластик экструдируется при очень высокой температуре, и, если он быстро не остывает, с течением времени он может изменить форму. Этой проблемы можно избежать, если быстро остужать каждый слой таким образом, чтобы у него не оставалось времени на деформацию до того, как он застынет. Для более подробного описания вопроса и способов его решения обратитесь, пожалуйста, к разделу . Если вы замечаете, что деталь начинает загибаться в самом начале печати, то здесь вам поможет раздел , в котором рассматриваются проблемы, связанные с первым слоем.

Царапины на верхней плоскости

Одним из преимуществ 3D-печати является то, что каждый объект в каждый отдельно взятый момент времени формируется послойно. Это значит, что при печати каждого конкретного слоя сопло может свободно перемещаться в любое место платформы, если под этим местом уже есть напечатанный слой. Поскольку это позволяет достигать очень высоких скоростей печати, вы можете заметить, что сопло оставляет метку, когда перемещается на поверхность только что распечатанного слоя. Как правило, это наиболее заметно на сплошных верхних плоскостях печатаемого объекта. Царапины и отметины возникают тогда, когда сопло пытается переместиться в новую позицию, но при этом задевает за уже распечатанный пластик. Ниже мы укажем на некоторые возможные причины этого и дадим рекомендации по поводу того, какими настройками можно выйти из положения.

Вертикальный подъем (Z-hop)
Если вы уверены, что пластика экструдируется столько, сколько нужно, а проблема с перемещением сопла над поверхностью сохраняется, возможно, имеет смысл обратить внимание на такую настройку в программе печати, как «вертикальный подъем». Она указывает соплу на то, что оно должно подниматься над только что распечатанным слоем, перед тем как начать перемещение в новую позицию. Когда сопло достигает нужных для продолжения печати координат, оно опускается обратно. Благодаря тому, что перемещение осуществляется немного выше, можно избежать того, чтобы сопло задевало за уже напечатанный слой. Эту настройку можно найти в меню Edit Process Settings → Extruder. Убедитесь, что включено втягивание, после чего установите значение Retraction Vertical Lift в соответствии с той высотой, на которую вы хотите, чтобы сопло при обратном ходе приподнималось. Например, если вы зададите 0,5 мм, сопло всегда будет приподниматься на 0,5 мм перед перемещением на новую позицию. Обратите, пожалуйста, внимание что эта опция работает только вместе с втягиванием. Если вы хотите, чтобы втягивание включалось при каждом перемещении печатающей головки, нажмите на вкладку Advanced и убедитесь, что опции Only retract when crossing open spaces и Minimum travel for retraction выключены, т.е. втягивание осуществляется не только при перемещении над открытым пространством, и расстояние обратного хода не минимизируется.

Дыры и щели между углами слоев

При печати 3D-объекта каждый слой использует в качестве основания слой предыдущий. При этом, однако, важно и то, сколько экструдируется пластика, поэтому нужно добиться баланса между прочностью основания и количеством используемого пластика. Если основание получается недостаточно прочным, у вас будут образовываться дыры и щели между слоями. Как правило, это наиболее отчетливо проявляется на углах, когда меняется размер детали (например, если вы печатаете кубик с ребром 20 мм поверх кубика на 40 мм). Когда происходит переход на меньший размер, вы должны убедиться, что имеется достаточно опоры для поддержания боковых стенок меньшего кубика. Есть несколько типичных причин, которые приводят к тому, что основание получается недостаточно прочным, и мы обсудим каждую из них и покажем наиболее полезные настройки программ 3D-печати, которые помогут улучшить качество конечной модели.

Недостаточно периметров
Если добавить к печатаемому контуру периметров, это значительно укрепит фундамент следующих слоев. Поскольку внутренняя часть печатаемого объекта, как правило, частично пуста, толщина окружающих стенок играет очень большую роль. Настроить этот параметр можно в меню Edit Process Settings, во вкладке Layer. Например, если раньше вы печатали два периметра, попробуйте напечатать то же самое с четырьмя и посмотрите, не исчезли ли щели.

Недостаточно сплошные верхние слои
Другая распространенная причина слабых опорных слоев, т.е. таких, поверх которых печатаются другие детали, — это когда слои недостаточно сплошные. Тонкий потолок не может нормально поддерживать выкладываемые на него структуры. Это решается в меню Edit Process Settings, во вкладке Layer. Если раньше вы печатали только два сплошных слоя, попробуйте напечатать то же самое с четырьмя и посмотрите, стало ли лучше.

Слишком низкий процент наполнения
Наконец, следует также проверить процент наполнения, который устанавливается в Process Settings → Infill. Верхний сплошной слой выкладывается поверх наполнения, так что важно, чтобы этого наполнения оказалось достаточно. Например, если вы раньше печатали с наполнением в 20%, попробуйте увеличить его до 40% и посмотрите, не улучшилось ли качество.

Линии на боках распечатки, лесенка из слоев

Боковые поверхности вашей 3D-распечатки составлены из сотен отдельных слоев. Если все идет по плану, эти слои образуют единую, гладкую поверхность. Но если что-то не так хотя бы с одним из слоев, это обычно четко проявляется на внешней поверхности объекта. Такой «бракованный» слой может выглядеть как линия или бороздка на боковой поверхности распечатки. Зачастую данный дефект проявляется циклично, т.е., например, линия может возникать каждый 15-й слой. Вот несколько наиболее типичных причин этой проблемы.

Неравномерное экструдирование
Самая распространенная причина данного дефекта — плохое качество филамента. Если допуски филамента недостаточно малы, эти отклонения тут же отразятся на стенках объектов. Так, если диаметр вашего филамента колеблется в пределах всего 5% на длину катушки, ширина экструдируемого пластика может различаться на 0,05 мм. То есть некоторые слои могут получиться толще остальных, что будет выглядеть, как линия на боковой поверхности распечатки. Чтобы стенки получались гладкими, принтер должен обеспечивать исключительно равномерное экструдирование, а для этого нужен высококачественный пластик. Другие возможные причины неравномерного экструдирования описаны в разделе .

Колебания температуры
В большинстве 3D-принтеров для регулировки температуры экструдера используется т.н. PID-контроллер (пропорциональный, интегральный и дифференциальный регулятор). Если этот контроллер настроен неправильно, температура экструдера будет в процессе работы колебаться. В силу устройства PID-контроллера, флуктуации часто носят циклический характер, и температура колеблется по синусоидальному закону. Когда температура повышается, пластик начинает течь иначе, чем когда он более холодный. Это приводит к тому, что слои экструдируются по-разному, на боках объекта образуются своеобразные волны. Правильно настроенный принтер должен поддерживать температуру печати с допустимыми колебаниями в ±2 °С. В процессе работы можно наблюдать за температурой экструдера через панель управления программой печати — в большинстве программ такая возможность есть. Если вы видите, что колебания температур превышают 2 градуса, следует откалибровать PID-контроллер. За более подробными инструкциями обратитесь, пожалуйста, к изготовителю принтера.

Механические проблемы
Если вы уверены, что причина не в неравномерном экструдировании или вариациях температуры, возможно, имеет место какая-нибудь механическая проблема, которая вызывает эти линии и неровности. Например, если основание, на котором установлен ваш принтер, колеблется или вибрирует во время печати, тогда будет колебаться или вибрировать и сопло. Это приведет к тому, что некоторые слои окажутся немного толще, чем другие. Такие толстые слои будут проявляться в виде неровностей на боковых поверхностях печатаемого объекта. Другая распространенная причина — это когда направляющая вертикального движения печатающей головки установлена с отклонениями. Также причинами могут быть толчки при резкой смене направления движения механических частей или неверные настройки микрошагового контроллера мотора. Даже небольшое изменение в положении платформы печати оказывает большое влияние на качество слоев.

Вибрации и волны

Поверхность распечатки может выглядеть волнообразно, если при печати имели место вибрация или раскачивание принтера. Обычно на это обращают внимание, когда экструдер внезапно меняет направление, например, возле острых углов. Так, если вы печатаете 20-миллиметровый кубик, то всякий раз, когда экструдер начинает печатать часть контура очередной стороны, он должен изменить направление движения. Вибрации могут возникать из-за инерции экструдера, когда ему нужно резко изменить направление, — и это отражается на распечатке. Мы рассмотрим самые стандартные причины этой проблемы, которые выглядят следующим образом.

Печать ведется на слишком большой скорости
Наиболее распространенная причина появления волнообразных неровностей — это когда принтер пытается печатать слишком быстро. Когда направление печати внезапно меняется, возникает дополнительная сила, которая приводит к длящейся некоторое время вибрации. Если вам кажется, что печатающая головка перемещается слишком быстро, попробуйте снизить скорость печати. Для этого в меню Edit Process Settings есть вкладка Other. Вам понадобится изменить Default Printing Speed и X/Y Axis Movement Speed. Первый параметр определяет скорость любого перемещения, когда экструдер активно продавливает пластик, а второй — скорость быстрых перемещений в то время, когда пластик не экструдируется. Для получения эффекта следует поиграть обеими настройками.

Ускорение, обусловленное заводской прошивкой
Заводская прошивка, которая управляет электроникой вашего 3D-принтера, обычно имеет такие настройки ускорения, чтобы изменения направления движения механики были не слишком резкими. Притер, таким образом, медленно наращивает скорость и, когда приходит время менять направление, постепенно ее сбрасывает. Нюансы этого процесса являются определяющими в плане возникновения неровностей. Если у вас нет проблем с тем, чтобы копаться в деталях прошивки электроники, вы можете даже попробовать уменьшить ускорение, так что скорость будет меняться более плавно. Это оставит неровностям еще меньше шансов.

Механические проблемы
Если ничто из вышеописанного не помогает и «волны» по бокам распечатки продолжают появляться, возможно, вы столкнулись с механической проблемой, которая вызывает чрезмерную вибрацию. Это может быть какой-нибудь ослабший винтик или сломавшаяся скоба. Осмотрите принтер в процессе его работы и попытайтесь установить источник вибрации. Мы знаем немало случаев, когда пользователи в конце концов находили причину дефектов печати в механических проблемах, так что, если больше ничего не помогает, имеет смысл попробовать подойти к решению проблемы с этой стороны.

Щели между тонкими стенками

Поскольку у вашего 3D-принтера сопло имеет фиксированный размер, могут возникнуть проблемы при печати очень тонких стенок, которые всего в несколько раз толще, чем диаметр сопла. Например, если вы пытаетесь распечатать стенку толщиной в 1,0 мм экструдированием полосок шириной 0,4 мм, вам может понадобиться дополнительно подстроить принтер, чтобы стенки получались сплошными, без щелей посередине. У программ управления 3D-печатью для этого есть несколько специальных настроек, которые помогут при печати тонких стенок. Настройки эти следующие:

Настройки при тонких стенках
Самые главные относящиеся к данному вопросу настройки — это те, которые определяют толщину стенок. Их можно найти в меню Edit Process Settings → Advanced. Там есть очень полезный параметр, который называется Gap Fill. Он, как и следует из названия, управляет заполнением промежутков и разрешает программе заполнять небольшие щели между тонкими стенками. Чтобы разрешить такое заполнение, надо поставить галочку у опции наподобие Allow gap fill when necessary. Если и после такого рода указания щели остаются, имеется и другая настройка, которую полезно проверить. Зайдите во вкладку Infill и увеличьте Outline Overlap. Это позволит наполнению в большей степени перекрывать потенциальные зазоры между ним и контуром. Если, скажем, вы раньше печатали с перекрытием в 20%, попробуйте увеличить его до 30% и посмотрите, не стали ли тонкие стенки более сплошными.

Настройки ширины экструдирования
В некоторых случаях вы можете обнаружить, что результат оказывается лучше, если изменить ширину полоски экструдируемого пластика. Если, например, вы печатаете стенку в 1,0 мм толщиной, быстрый и прочный результат можно получить, если настроить сопло на выкладывание 0,5 мм филамента. Это даст хороший результат для деталей, все стенки которых имеют одинаковую толщину. Ширина экструдирования настраивается в меню Edit Process Settings, во вкладке Extruders. Выберите ручной режим и задайте значение.

Очень мелкие детали не пропечатываются

У вашего принтера имеется сопло определенного размера, которое позволяет вам с большой точностью воспроизводить очень мелкие детали. Например, у многих принтеров есть сопло с дырочкой диаметром 0,4 мм. В большинстве случаев оно работает отлично, но когда вы пытаетесь пропечатать ну очень мелкие детали, которые меньше диаметра сопла, возникают проблемы. Допустим, вы хотите напечатать стенку толщиной 0,2 мм при помощи сопла на 0,4. Ничего хорошего из этого не выйдет, потому что продавливать полоску пластика шириной 0,2 мм через дырочку в 0,4 мм и надеяться, что она получится аккуратной, — неразумно. Ширина экструдирования всегда должна быть больше или равна диаметру сопла. Именно по этой причине, когда вы хотите увидеть превью будущей модели и нажимаете в программе печати на Prepare to Print или что-то аналогичное, программа убирает из предпросмотра подобные мелкие детали. Таким образом программа вам говорит, что данным соплом вашего 3D-принтера вы не сможете напечатать слишком мелкие детали. Если вы часто пытаетесь печатать мелочевку, эта проблема вам хорошо знакома. Есть, впрочем, несколько приемов, которые позволят вам успешно справиться с такими сложностями. Приемы такие:

Измените дизайн объекта, чтобы его детали были более крупными
Первый и наиболее очевидный — изменить дизайн печатаемого объекта таким образом, чтобы в нем присутствовали только детали, которые крупнее диаметра сопла. Обычно это связано с редактированием 3D-модели в CAD-программе. Когда вы укрупнили мелкие детали модели, вы заново импортируете ее в слайсер, чтобы убедиться, что принтер сможет воспроизвести созданную вами форму. Если все мелочи на превью видны, принтер должен быть в состоянии напечатать переделанный объект.

Установите сопло меньшего диаметра
Во многих случаях изменить дизайн объекта не представляется возможным. Например, он может быть составной частью разработанной кем-нибудь другим модели или же вы загрузили его из интернета. В таком случае вам следует рассмотреть возможность приобретения другого сопла для вашего 3D-принтера, которое бы позволило печатать более мелкие нюансы. Для многих принтеров на рынке запчастей предлагаются сменные наконечники сопел, что позволяет с легкостью осуществлять такие манипуляции. Многие пользователи, например, приобретают, помимо уже имеющегося сопла на 0,5 мм, сопло на 0,3. За подробными инструкциями по поводу того, как установить наконечник сопла меньшего размера, обратитесь к изготовителю принтера. Принуждать принтер печатать детали размером меньше, чем сопло, имеет смысл только в крайнем случае.

Если вы не можете изменить дизайн оригинальной 3D-модели, а также установить сопло меньшего диаметра, остается только один вариант. Это, как уже говорилось, заставить принтер печатать мелкие детали насильно, что, скорее всего, будет иметь определенные последствия в плане качества. Зайдите в Edit Process Settings → Extruders и вручную выставьте ширину экструдирования. Если у вас, предположим, сопло на 0,4 мм, вы можете вручную задать ширину 0,3 мм, тогда принтер, подчиняясь программе, попытается печатать арабески такого масштаба. Однако — повторим еще раз — большинство сопел не в состоянии обеспечить качественное экструдирование при таких соотношениях своего диаметра и ширины выкладываемого филамента, поэтому ответственность полностью лежит на вас.

Неравномерное экструдирование

Для того чтобы ваш принтер мог распечатывать аккуратные объекты, он должен быть в состоянии экструдировать очень равномерные количества пластика. Если эти количества в разных частях печатаемого объекта различны, это тут же скажется на конечном результате. Неравномерное экструдирование можно обнаружить, просто внимательнее присмотревшись к процессу печати. Например, если принтер печатает прямую линию длиной 20 мм и вы видите, что экструдирование идет какими-то бугорками, полоска пластика получается разных размеров, — у вас проблема. Ниже мы собрали наиболее часто встречающиеся причины неравномерного экструдирования и предложили способы, как с ним бороться.

Филамент застрял или запутался
Первое, что нужно проверить, — это катушка с пластиком. Надо убедиться, что она свободно вращается, и что пластик с нее сматывается без проблем. Если филамент запутался или катушка вращается не вполне свободно, это скажется на том, насколько ровно будет филамент экструдироваться через сопло. Если к вашему принтеру прилагается трубка Боудена (маленькая трубка, через которую направляется филамент), вы должны убедиться и в том, что филамент через нее проходит свободно и без лишнего трения. Если трение слишком велико, трубку следует почистить или воспользоваться какой-нибудь смазкой.

Засорился экструдер
Если филамент не запутался и легко просовывается в экструдер, следующее, что нужно проверить, — это само сопло. Возможно, там застряли какие-то фрагменты пластика и мешают нормальному экструдированию. Такую проверку проще всего провести с помощью панели управления программы печати, дав команду на ручное экструдирование некоторого количества пластика. Пластик должен выходить ровно и равномерно. Если обнаружена проблема, может потребоваться прочистить сопло. Проконсультируйтесь, пожалуйста, у изготовителя по поводу того, как это сделать лучше всего.

Слишком тонкий слой
Если и филамент свободно вращается, и экструдер не засорен, проблема может быть в нескольких простых настройках программы управления 3D-печатью. Например, если вы пытаетесь печатать экстремально тонкими слоями, вроде 0,01 мм, пластику на выходе из сопла остается слишком мало места. Зазор под соплом составляет всего 0,01 мм, и это может составить проблему для экструдирования. Внимательно проверьте, правильную ли высоту слоя вы установили для печати. Посмотреть это можно в меню Edit Process Settings → Layer. Если заданная высота слоя слишком мала, попытайтесь ее увеличить, — возможно, полегчает.

Некорректная ширина экструдирования
Другая интересная нам сейчас настройка программы управления печатью — это ширина экструдирования. Она живет в Edit Process Settings → Extruder. У каждого экструдера есть своя уникальная ширина экструдирования, так что надо убедиться, что в списке настроек выбран правильный экструдер. Если ширина экструдирования значительно меньше, чем диаметр сопла, это может стать причиной проблем. Золотое правило гласит: ширина экструдирования должна составлять 100-150% диаметра сопла. Если ширина экструдирования существенно меньше диаметра сопла (скажем, 0,2 мм при сопле на 0,4), экструдеру не удастся продавливать равномерный поток филамента.

Плохое качество филамента
Одна из наиболее распространенных причин неравномерного экструдирования, о которой мы еще не упомянули, — это качество филамента, которым вы печатаете. В филаменте низкого качества могут содержаться вкрапления, которые делают его неоднородным. Другие конкреции сказываются на диаметре филамента, что тоже приводит к неравномерному экструдированию. Многие виды пластика со временем просто разлагаются. Так, PLA склонен впитывать влагу из воздуха, и с течением времени это начнет влиять на качество печати. Именно по этой причине к многим катушкам с пластиком прилагается десиккант — обезвоживающее средство, влагопоглотитель. Если вам кажется, что причина ваших неприятностей — в филаменте, попробуйте его заменить на высококачественный новый, в упаковке, — возможно, это поможет.

Механические проблемы экструдера
Если все, что описано выше, вы проверили, а экструдирование получается все равно неоднородным, возможно, имеет смысл изучить экструдер на предмет механических неполадок. Например, во многих экструдерах работает приводная шестеренка с острыми зубцами, которые цепляются за филамент, что позволяет экструдеру проталкивать нить в любом направлении. В экструдерах обычно имеются настройки, которыми можно задать, насколько плотно шестеренка прижимается к филаменту. Если она прижимается недостаточно, зубья будут плохо цепляться за филамент и экструдеру будет сложно контролировать его положение. Поинтересуйтесь у производителя принтера, есть ли у вашей модели такие настройки.

Экструдер - это узел 3D принтера, который непосредственно печатает. Его можно сравнить с печатающей головкой обычного струйного принтера, которая перемещается и распространяет краску. Экструдер, как правило, состоит из двух основных частей: корпус экструдера (англ. - extruder body) и hot end (англ. - хотэнд).

Корпус экструдера может быть различных конфигураций. В большинстве 3D принтеров используется система прямого привода, в которой шаговый мотор экструдера подает (материал для 3D печати) напрямую в хотэнд. В этих экструдерах, как правило, используется филамент диаметром 1.75 мм. Вторая распространненая конструкция экструдеров - это использование зубчатых колес для подачи пластика в хотэнд. Этот вариант конструктивной реализации часто встречается в DIY 3D принтерах, которые используют филамент диаметром более 3 мм.

Хотэнд - это, без преувеличений, основной узел 3D принтера. Как и предполагает название, этот узел нагревается, чтобы расплавить пластик, который подается для печати . Хотэнд состоит из трех основных узлов: сопло, размер которого определяет качество и скорость 3D печати; нагреватель (англ. - heater cartridge), который, собственно, обеспечивает нагрев до нужной температуры; цилиндр (англ. - heating barrel), в котором подается филамент для нагрева.

Второй тип экструдеров - это Боуден (англ. - Bowden) экструдеры. В этой конструкции корпус экструдера и хотэнд разнесены и соединяются PTFE трубкой, по которой подается филамент. Боуден конструкция позволяет устанавливать относительно тяжелый корпус экструдера и двигатель на раме 3D принтера, а не на подвижной каретке. Благодаря этому каретка становится легче и можно увеличить скорость 3D печати. Однако для подачи филамента придется прилагать меньшую силу, а менять материал для 3D Печати становится сложнее. Хороший пример использования Боуден экструдеров - 3D принтеры Ultimaker.

Как выбрать лучший экструдер?

Выбор лучшего экструдера зависит от Вашего 3D принтера. Оптимальный вариант - оценить желаемые возможности вашего 3D принтера и выбрать экструдер в соответствии с этими требованиями. После этого вы сможете определиться с наилучшим вариантом совмещения корпуса и экструдера. Как правило, основными показателями при выборе экструдера являются допустимые скорость и температура 3D печати. В данной статье мы исходим из предположения, что вы не привязаны к конкретной модели 3D принтера, а пытаетесь сконструировать собственный.

После того как вы выбрали подходящий хотэнд, следующий шаг - определиться с методом его установки на принтер. Самый распространенный вариант крепления - J-head.

Корпус экструдера - это вопрос индивидуальный. Корпус можно сделать с прямым приводом или с зубчатыми колесами. Как правило, используют прямой привод, так как его конструкция гораздо проще. Если вы собираетесь печатать с филаментом диаметром 3мм и больше, стоит задуматься о зубчатых колесах, чтобы обеспечить большую силу подачи. Конструкция корпуса е имеет особых ограничений, ее можно менять, особенно если вы используете приводные колеса. Если вам нужна дополнительная информация и идеи, можете поискать примеры конструкций на , где вы найдете огромное количество интересных конструктивных решений.

Еще один момент, который стоит учесть - количество экструдеров, которые вы хотите использовать в вашем 3D принтере. В большинстве используется один, но в последнее время набирают популярность принтеры с двумя. Два экструдера дают возможность печатать двумя цветами или разными материалами. Если вы используете два экструдера, убедитесь, что ваша управляющая плата сможет ими управлять и оба хотэнда хорошо откалиброваны относительно стола для печати.

Хотэнд

Как уже говорилось выше, хотэнд - одна из самых важных деталей 3D принтера. По-сути, без хотэнда вы не сможете ничего напечатать. Самый важные характеристики хотэнда - сопло, максимально допустимая температура нагрева, диаметр филамента и напряжение питания.

Надо проверить, чтобы напряжение питания нагревателя было совместимо с другими узлами вашего 3D принтера. В большинстве случаев используется напряжение питания 12 В, но 24 вольта встречается тоже. Каких-либо преимуществ в том или другом случае нет. Это просто зависит от используемых вами узлов.

Размер филамента определяется в зависимости от того, что вы собираетесь печатать. 1.7 мм - самый распространенный диаметр, но многие используют и 3 мм. Убедитесь, что ваш хотэнд сможет работать с диаметром материала, который вы хотите использовать. Х отэнд для 3 мм не сможет работать с филаментом диаметром 1.75 мм !

Характеристики сопла очень важны, так как сопло определяет сколько пластика можно использовать за единицу времени с одной стороны и, соответственно, уровнем допустимой детализации, котора зависит от максимально допустимой высоты слоя. Самый распространенный размер сопла - 0.4 мм, который является средним между 0.5 мм для быстрой 3D печати и 0.35, который используется для печати с высокой детализацией. Есть и сопла большего/меньшего диаметров, но большинство используют практичные размеры в диапазоне от 0.35 до 0.5 мм. Чаще всего сопло изготавливают из латуни.

Ну и характеристика максимально допустимой температуры нагрева влияет на типы материалов, которые вы сможете использовать. Многие хотэнды рассчитаны на максимальные температуры, которые позволяют печатать , возможно, нейлон. Основной ограничивающий фактор в этих хотэдах - PTFE направляющая. Популярная альтернатива - цельнометаллический хотэнд, в котором не используется PTFE направляющая, а предусмотрена система активного охлаждения с помощью кулеров. Допустимые температуры нагрева цельнометаллических хотэндов значительно выше.

Ниже приведено сравнение некоторых лучших хотэндов и конструкций экструдеров для 3D принтеров на рынке на момент конца 2017 года.

Экструдер Flexion Retrofit

Если вы сталкивались с проблемами забитого экструдера, который портил 3D печать или вам приходилось его менять из-за того, что не получалось печатать определенным не совсем стандартным материалом, то стоит обратить внимание на Flexion Retrofit , который даст вам возможность печатать, совершнно не задумываясь характеристиках используемого материала.

Почему Flexion Retrofit - лучший экстрдер для вашего 3D принтера?

Flexion Retrofit имеет два конструктивных исполнения. Поставляется в виде отдельных узлов со всем необходимым для сборки и монтажа плюс 4 сопла разных диаметров (0.2, 0.3, 0.4 и 0.5 мм). Он весит всего 1 фунт, благодаря чему позволяет печатать с гораздо большими скоростями по сравнению со своими конкурентами в том же ценовом диапазоне. Экструдер оснащен механизмом самоочистки, так что проблем с забитым соплом у вас не будет. Качественный механизм прижима филамента позволяет качественно печатать не только привычными ABS и PLA пластиками, но и гибкими материалами (гибкий PLA, TPU, TPE и другие).

Отличная реализация отдельных деталей

Улучшенная изоляция, специальные щетки для чистки и другие аксессуары облегчают обслуживание, а тот факт, что этот экструдер легко монтируется и демонтируется, позволяет легко произвести замену на сдвоенный, например. Приводное колесо, нагревающий блок и механизм подачи производятся с использованием точного, современного оборудования, что позволяет этому экструдеру работать с различными скоростями 3D печати, режимами подачи материала и давления. В результате, вы можете гибко настроить его под свои нужды для наилучшего качества 3D печати.

Flexion Retrofit поставляется в виде набора отдельных узлов, в коробке. У каждого узла есть точное, исчерпывающее описание. В инструкции расписаны все шаги по сборке и установке экструдера. Кроме того, на Thingiverse лежат stl файлы для крепежа кулера , которые вы можете напечатать самостоятельно и заменить пластиковую пластину, которая идет в большинстве комплектов.

В общем, если у вас возникли проблемы с экструдером, то Flexion Retrokit - это действительно лучший (хотя и не самый дешевый) экструдер, который точно решит все ваши проблемы.

Обзор PTFE хотэндов

Хотэнды с PTFE трубкой, например, 3D CAM’s MG Plus не так распространены как эх цельнометаллические аналоги. В первую очередь это связано с ограничением максимальной температуры нагрева. Хотэды с PTFE трубками дешевле, так как цельнометаллические конструкции требуют специальной обработки при производстве. При этом допустимая скорость 3D печати с PTFE хотэндами выше чем с цельнометаллическими.

Преимущества

дешевые;
тихие (так как нет отдельного кулера);
обычно позволяют большие скорости 3D печати;
легко меняется сопло.

Недостатки

тяжело найти, устаревшая конструкция;
ограничены использованием PLA и ABS пластиков (некоторые модели могут разогреваться до больших температур, но это редко).

Обычно идут в паре с экструдерами с прямым приводом. Модель Wade"s Extruder - одна из самых популярных на DIY 3D принтерах.

Lulzbot Hexagon хотэнд с корпусом TAZ Single Extruder

Lulzbot TAZ экструдер - это цельнометаллический хотэнд, который устанавливается на TAZ и Lulzbot мини принтеры. Этот хотэнд может достигать температур 300C, которой вполне достаточно для печати практически любым филаментом (Lulzbot не рекомендуют использовать филаменты с карбоновой крошкой, так как этот материал может повредить сопло). Lulzbot работают в рамках open-source, так что с документацией и хаками проблем не будет.

Преимущества

высокие температуры дают возможность печатать практически любым материалом;
этот хотэнд можно найти в виде отдельного узла, совместимого в DIY принтерами;
короче других хотэндов, дает возможность печатать более высокие модели;
сопло легко меняется.

Недостатки

необходимо активное охлаждение

Обычно идет в комплекте с корпусом TAZ экструдера, DIY корпуса.

E3D V6

E3D V6 - это последняя версия популярных цельнометаллических хотэндов E3D. Хотя это не совсем корректное определение, так как E3D идет с PTFE трубкой, которая добавляется для более тонких (1.75 мм) филаментов. Если PTFE трубка не используется, E3D может легко разогреться до 300C И печатать всеми возможными материалами, как и Hexagon.

Преимущества

высокие температуры позволяют печатать практически любым материалом;
цельнометаллическая конструкция;
легко меняющееся сопло.

Недостатки

благодаря PTFE трубке улучшается качество 3D Печати, но возникают ограничения по максимальной температуре нагрева;
необходимо использовать активное охлаждение.

Обычно используется с любым J-head совместимым корпусом.

Выводы

Экструдер играет очень важную роль в вашем 3D Принтере и его возможностях. Максимальная температура, размер филамента, требования по мощности, управляющая плата и даже высота слоя - все эти параметры напрямую зависят от экструдера. Так что стоит изучить все варианты и выбрать действительно лучший экструдер для вашего 3D принтера.

sergku1213 4 августа 2015 в 17:37

О разработке головок 3D FDM-принтеров.Часть 1

3D-принтеры ,
DIY или Сделай сам

В конце 2013 года, после длительных размышлений и штудирования Интернета, я решился собирать3Д-принтер, в процессе сборки которого, я проникся идеологией «малого машиностроения» и, начиная с малого, занялся разработкой и модернизацией узлов своего принтера.

Вообще, главной целью моих опытов является существенное увеличение скорости и разрешения печати 3Д-принтеров FDM типа.

Рис. 11 Головка Тип 3.1
ВНИМАНИЕ! Описанные ниже примеры принтерных головок - не товар, они не продаются, так как являются скоростными/рекордными/экспериментальными изделиями и никто их не выпускает.
В этой части мы рассмотрим: - 1.Головка, общее устройство и процессы идущие в ней. Экструзия. Трение. - 1.1 Зоны головки - 1.2 Расчёт скорости плавления филамента и её влияние. - 1.3 Влияние трения. Его оценка. Термобарьер. Горячий радиатор. - 1.4 Пробки. - 1.5 Расчёт тепловых потоков и градиентов в покое и в движении, в головке. Горячий радиатор расчёт с ним и без него.

Введение
Принцип действия FDM 3D-принтеров состоит в том, что пластиковая леска (называемая обычно филамент), проталкивается экструдером в печатающую головку, (HotEnd) из которой, выдавливается в форме тонкой лески. Микроконтроллер управляет движением головки и рабочего стола (на нём располагается печатаемое изделие), таким образом, что из этой лески формируется изделие. В этом процессе существует множество тонкостей, но суть - именно в этом. Понятно, что точность печати изделия определяется точностью позиционирования головки относительно стола, но не только этим! Ещё имеет значение диаметр выдавливаемой лески. Даже не совсем диаметр, а ширина лески. Из сопла головки расплав выдавливается в форме цилиндра, это так, но для скрепления слоёв между собой, высота головки над деталью берётся несколько меньше чем диаметр сопла. При этом леска несколько размазывается и уширяется.

На практике толщину слоя выбирают в зависимости от целей - в 1,5 -2 раза меньше диаметра сопла.

Рис.1 Раздавливание лески
В нижней части рисунка 1 видно что поверхность контакта с подложкой очень мала, а уширения лески почти не происходит. В верхней части рисунка можно увидеть расплющивание лески, при этом площадь соприкосновения растёт, как и ширина лески. В описаниях принтеров часто указывают параметр минимальной толщины слоя. Однако это характеризует разрешение печати только по одной оси… По двум другим, в значительной степени, определяющим является диаметр сопла (ширина лески, которая получается из диаметра сопла и толщины слоя). Для иллюстрации я попробовал нарисовать мелкие детали на рисунке 2 толстыми линиями. При этом нужно учесть, что смена движения сопла под прямым углом - вещь нежелательная ввиду того, что на некоторые участки при этом будет наносится пластик дважды. Это приведёт к вспучиванию и выдавливанию по краям, что ухудшит качество печати. Поэтому чаще углы печатаются с определенными скруглениями.

Рис.2
Мы можем видеть на картинке скругления углов. Несплошное заполнение внутри на прочность влияет мало. Вообще, обычно используют степень заполнения детали 40-60%, но это зависит от многих факторов. При печати сухим полиамидом, я использовал заполнение 15-20%. При этом, сплошным слоем печатается только наружный контур, верх и низ детали. По умолчанию - 3 слоя от края, потом заполнение. Итак - для высокого разрешения печатаемого объекта понадобится возможно более малый диаметр сопла. При этом возникает другая проблема - скорость печати. Предположим, наша головка даёт достойную скорость экструзии - 100 мм/с, при диаметре сопла 0,3 мм. Имеется в виду скорость выдавливания пластика на срезе сопла. Посчитаем сколько это будет в кубических сантиметрах, приведя к сантиметрам:

V= L*3,14*D²/4 = 10*3,14*0,03²/4=0,007068 см³/с

Предположим что плотность заполнения 0,4 - маловато, конечно, но…

0,007068/0,4 = 0,01767 см³/с

Получается, что 1 кубический сантиметр детали со степенью заполнения 0,4, принтер с соплом 0,3 мм будет печатать 56,5 секунд. Грубо - 1 минуту. Деталь объёмом литр - 1000 минут, грубо говоря 16 часов. Результат не вдохновляет. Понятно что при увеличении диаметра вдвое, при той же скорости экструзии, скорость печати возрастёт вчетверо.
Итак - если мы будем иметь идеальную механику принтера, для достижения лучших результатов, надо иметь максимальную скорость экструзии для возможно более тонкого сопла. В случае сопла диаметром 0,3 мм реальный минимальный радиус скругления граней может быть с пол-миллиметра, по-моему. Это за счёт некоторого расширения лески при раздавливании головкой. Пусть даже в небольшой степени - но это нужно, чтобы прочность не слишком падала. Многие отмечали неравномерность прочности изделий по осям X, Y и Z. По оси Z прочность ниже из-за того что слои могут склеиваться между собой недостаточно прочно. При хорошем раздавливании лески, например, высота слоя ½ диаметра сопла эта проблема малозаметна.
Ещё одна цель связанная с этими двумя - уменьшение массы узла печатающей головки. В большинстве принтеров головка движется в одной или 2-х плоскостях. Чем скорее она движется, тем быстрее происходит печать. Есть, однако модели, где движется весь рабочий стол. Удивительное дело. Рабочий стол гораздо тяжелее, чем головка, даже с экструдером. К тому же, к нему прилеплена печатаемая деталь. Постоянные знакопеременные ускорения должны её непреклонно стремиться отломать. А головка - она железная, её отломать трудно.
Теперь сама головка - HotEnd. Вообще, она не слишком тяжела, но есть одно но - самый распространённый вариант подключения - Greg"s или Wade"s, подразумевают размещение экструдера - узла, проталкивающего филамент в HotEnd, конструктивно вместе с головкой. Это резко увеличивает массу. Вариант подключения bowden, когда экструдер закреплён и соединён с головкой длинной подвижной тефлоновой трубкой, (тефлон даёт малое трение) по которой в головку поступает филамент. Это решение не является слишком надёжным, передаваемое усилие не так велико, к тому же трудно достаточно оперативно контролировать подачу пластика в головку. Для очень больших скоростей печати не годится, на мой взгляд.
С другой стороны, большая масса подвижной головки с экструдером, при быстром движении вызывает большие нагрузки на каркас принтера, при этом еще и требуется лишняя энергия на перемещение всей этой массы. Это означает, что одним из аспектов рассмотрения должно стать снижение общей массы печатающего узла.
Выводы:
Три основные задачи влияющие на скорость и качество печати:
1. Получение работоспособного сопла с возможно малым диаметром
2. При этом с высокой скоростью
3. И при этом чтобы масса печатающего узла была возможно меньше.
Это вопросы, решение которых, я считаю важным для совершенствования FDM 3Д принтеров и способы решения которых, будут рассмотрены здесь.

Глава 1.Головка, общее устройство и процессы идущие в ней. Экструзия. Трение.

1.1 Зоны головки. Чтобы решить перечисленные задачи надо разобраться в процессах, которые происходят в головке, с тем чтобы оптимизировать их. Итак, возьмём упрощённую схему внутренней части головки. см. рис.3

Рис.3
Посмотрим, какие процессы происходят в обозначенных зонах.
В зоне А , мы видим поступающий холодный филамент. Его свойства ещё не изменились от нагрева, поэтому его сопротивление движению определяется трением о стенки. Его можно хорошо уменьшить, используя тефлоновый вкладыш - трубку, так как тефлон при не слишком высоких температурах, в условиях когда ему некуда течь (как раз - вкладыш), работает хорошо, а трение скольжения по нему очень низкое.
Теперь участок В - зелёного цвета. В этой части пластик уже несколько нагревается от стенок и механические свойства его ухудшаются, однако текучесть ещё не проявляется.
Я заподозрил существование этого участка по результатам опытов с очень длинной камерой плавления с узким каналом (для лучшего теплового контакта).

Неожиданно, скорость экструзии сильно упала. При этом зазор по диаметру был около 0.1 мм. Я предположил, что при частичном нагреве, прочность пластикового прутка падает, и он начинает изгибаться в канале под действием давления экструдера с меньшим радиусом изгиба, то есть получается слишком много точек трения об стенку, либо уже небольшое раздутие вызывает образование пробки, но не там где надо, не в зоне высокого градиента температур(Об этом ниже).
В пользу образования такой змейки-пружинки говорит, то что при экструзии наблюдалось большое послевыдавливание. Т.е после остановки экструдера из сопла продолжает давится пластик. Для проверки и устранения, канал был рассверлен до 2,0 мм с 1,8мм. Зазор составил 0,3 мм. Скорость возросла значительно. Это явление, вероятно более характерно для филамента малого диаметра, так как жёсткость стержня на изгиб с уменьшением диаметра падает по закону не то третей, не то четвёртой степени. Однако, со стопроцентной уверенностью считать это главной причиной неудачи в указанном случае нельзя, так как была устранена ещё одна ошибка - слишком длинный выпускной участок сопла. В 4-5 раз длиннее рекомендованного и обычного. Из-за ошибки в расчетах при изготовлении. Однако, судя по расчётам сил трения в носике сопла (приведенных далее), такого снижения скорости длинный выпускной канал не должен был дать.
Участок С. Температура становится выше и начинается пластическая деформация прутка. Под давлением он раздаётся в стороны, образуя поршень. Описание этого явления я встретил на страничке http://reprapology.info/archive/1422/rheology/ Спасибо, коллеги! Этот момент совсем легко проверялся - на диаметре лески 3 мм, достаточно было после печати дать остыть головке, а потом, использовав быстрый нагрев, извлечь леску с затвердевшим наплывом. Конструкция головки мне позволяла это сделать легко.
Так вот, образующийся поршень, служит препятствием для более горячих жидких нижних слоёв пластика и не даёт им прорываться наверх. Такие прорывы случались в определённых условиях, я их также мог наблюдать. Следовательно, это явление полезно, потому я называю это «рабочая пробка». Однако, при ряде условий, пробка начинает разрастаться по длине. Плотное прилегание к стенкам на большом протяжении полутвёрдой массы резко увеличивает сопротивление. Возникает «пробка» - затор. Это явление я также смог получить на своих опытных головках, хотя и при определенных условиях.
Дело в том, что конечно, главным образом, пробка возникает из-за неудачной конструкции головки и лишь в результате этого, чаще во время простоя в нагретом состоянии. Очевидно, и понятно из рисунка, что участок «рабочей пробки» должен иметь определённую длину - не короче, и не длиннее оптимальной. Дефект «слишком короткая рабочая пробка» мне не удалось встретить, а вот «слишком длинная» - это частое явление. Понятно, что если рассматривать стационарное состояние, длина «рабочей пробки» определяется перепадом (градиентом) температур от начала зоны С, до её конца. В случае пластиков с рабочей температурой 230С, нижняя температура начала её образования, находится вероятно, в районе выше 100-110 С. Собственно, этим фактом объясняется использование в работающих головках вентиляторов и термобарьеров - при остановке печати(и не только), они препятствуют подъёму тепла вверх, и соответственно, разрастанию пробки и смещению её в нежелательные области.
Участок D. Тоже не простой участок. Дело в том, что в этой зоне пластик должен проплавляться до самого центра, то есть полностью. В противном случае, если к соплу подходит нерасплавившийся сердечник, наблюдается неравномерность выдавливания пластика - давится не сплошная леска, а некое подобие гирлянды сарделек с перетяжками или для пессимистов - «какашистость». На несколько меньших скоростях, используя свежевысушенный полиамид можно увидеть в выдавливающейся прозрачной леске, по оси, небольшие включения нерасплавившегося мутного пластика циллиндрической формы. Такое явление хорошо наблюдалось на головке тип 3.3 с диаметром филамента 1,6-1,7мм и диаметром сопла 1мм, при скорости подачи филамента 500 - 1000мм/мин. Вот несколько фотографий.
Пример несушеного полиамида на подаче 500 мм/мин, температура 225ºС, проскальзывание лески в экструдере - около 10%.

Рис.4
Видно что леска почти всюду ровная, только сильно пузырчатая. Не пугайтесь - эта особенность результат комбинации - огромного диаметра выходного сопла и высокой скорости подачи.
Вот всё то же, но скорость подачи филамента 1000 мм/мин, а коэффициент проскальзывания около 50%! То есть реально подача увеличилась едва ли на 5-10%. Коэффициент проскальзывания я употребляю, для того чтобы обозначить тот факт, что при росте скорости подачи, растёт скорость экструзии лески и, соответственно, растёт сопротивление проталкиванию лески. В какой-то момент зубцы хобболта не справляются с захватом лески, и начинают её продирать, либо проскальзывать по ней. При этом заданная скорость подачи начинает превышать фактическую, - её мы определяем по весу выдавленной лески. За 100% я считаю полное соответствие подач, за 0%, полное прекращение подачи. Эта величина очень хорошо характеризует давление экструзии, 80% обычно означают стабильный и равномерный процесс.

Рис.5
Видна некая комковатость, правда она видна плохо из-за пузырчатости.

Рис.6
Вот сушеный полиамид, диаметр филамента 1,7мм, подача 500 мм/мин, температура 215ºС. Пузырчатости нет, перетяжки - есть. Кстати, сушка велась в электродуховке, 30 мин при 100ºС, 30 мин при 120ºС. Усушка 5,5% массы. Дальнейшая сушка в течении часа при 120ºС, привела к уменьшению массы на 0,5-1,0 %. При этом у меня частично деформировалась леска - вероятно духовка не лучшее устройство для сушки.
Вывод - 1 часа, со ступенчатым подъёмом температуры вполне хватает для высушивания. На скорость экструзии высушивание не повлияло в заметной степени. Важный момент! Со временем и полиамид, и ABS набирают влагу из воздуха. При печати, это приводит к появлению в леске пузырьков, а значит выступов и неровностей на готовом изделии. С этим приходится бороться.

Рис.7
Хорошая, однородная леска, немного гуляет диаметр. Подача 300мм/мин. Проскальзывание практически нулевое.
Участок E - зона сжатия потока. Теория учит, что форма и длина этого участка не слишком важны - чем короче, тем лучше. Были подозрения, некоторых товарищей с Робофорума, что ввиду вязко-упругого характера полимерного расплава, это может быть не так. Опыты подтвердили преимущество самых простых сопел, с большим углом входа, полученных сверлением обычным сверлом, в один проход. Всякие ступенчатые сверления, вытянутые конические сопла (до удлиннения 1к13), сопла с параболическим профилем были опробованы, и оказались сильно по трению хуже самого простого сопла, сделанного с помощью сверла с углом заточки 118º. Так что, в данный момент, я думаю, не имеют смысла. Вопрос с наполненным филаментом - это может оказаться не так.
Участок F - носик сопла. Практически, чем короче, тем лучше. Рекомендовали до 0,4 мм. Это участок с самым большим сопротивлением, поэтому его длина очень влияет на сопротивление. При длине 0,4 мм и диаметре сопла 0,2 мм, как оказалось, 49% всего сопротивления приходится на долю этого участка. Это для последнего варианта головки V4_1.О методике получения этих данных будет ниже. Но надо учитывать, что удлинение этого участка ведёт не только снижению скорости, но и оказывает сглаживающее действие на струйку, сокращая раздутие на больших скоростях. Правда это надо ещё выяснять, влияет ли это на качество печати - ведь всё равно струйка сразу размазывается по детали

Выводы: Описано деление головки по процессам идущим в ней на зоны. Основные процессы в них идущие. Рабочая пробка-поршень.Трение. Полное расплавление филамента. Содержание воды в филаменте, его влияние, сушка. Альтернативные формы сопел - ступенчатое сверление.
1.2 Расчёт скорости плавления филамента и её влияние.
Скорость плавления цилиндрического пластикового прутка с поверхности считал
согласно закону Фурье, считая что теплота на фазовый переход (как плавление льда) не тратится, (что именно в случае полиамида не слишком верно - он имеет заметную кристалличность, но погрешность мала), что перемешивания расплавленных слоёв не происходит - это близко к истине, потому что, ввиду высокой вязкости расплавленного пластика, его течение в трубе не слишком большого диаметра (1,7 и 3,0мм) ламинарно.
Считал для тонкого цилиндрического слоя пластика, тепловую мощность поступающую в этот слой: P= λ*S* ΔTдв/l, где λ - теплопроводность пластика, S - площадь теплопередачи, l - толщина слоя теплопроводности, считая от нагреваемой поверхности. ΔTдв - движущая сила процесса, разница температур между нагревающей и нагреваемой поверхностями. В случае, если мощность превышала мощность нагревателя в формулу подставлялась ΔTдв, рассчитанная из условия равенства мощности нагревателя. Согласно формулы Q = M*C*Δtр рассчитывал ΔTр - изменение темературы нагреваемого материала на данном слое, на данном шаге времени. Таким образом считалось послойно, с достаточно маленьким шагом в таблице Calc из пакета Libre Office. Я брал величину шага 0,15 мм и временной интервал 0,02с.
Теперь посмотрим как будет нагреваться объект от нагревающей поверхности с постоянной температурой - как в нашем случае. Из закона Фурье мы знаем, что скорость нагрева пропорциональна разности температур -т.е. - «движущей силе», Δt. Посчитаем. Нагревающая поверхность t =250 ºС, целевая температура t=230 ºС. Начальная температура t=20 ºС. Примем время за которое происходит нагрев на треть начальной разности температур ((250-20)/3=77 ºС) равным Т. При этом конечная на интервале температура t=97 ºС (20+77), а средняя Δt = ((250-20)+(250-97))/2=191 ºС. За следующий интервал времени Т =2 объект нагреется тоже на треть оставшейся «движущей силы» Δt = 250-97= 153 ºС, а конечная на интервале температура станет t=97+51=148 ºС а средняя Δt = ((250-97)+(250-148))/2=127,5 ºС.

За интервал времени Т =3, Δt = 250-148= 102 ºС, а конечная температура станет t=148+(102/3)=182 ºС а средняя Δt = ((250-148)+(250-182))/2=85 ºС.

За Т =4, Δt = 250-182= 68 ºС, температура станет t=182+(68/3)=205 ºС а средняя Δt = ((250-182)+(250-205))/2=56,5 ºС.

За Т =5, Δt = 250-205= 45 ºС, температура станет t=205+(45/3)=220 ºС а средняя Δt = ((250-205)+(250-220))/2=37,5 ºС.

За Т =6, Δt = 250-220= 30 ºС, температура станет t=220+(30/3)=230 ºС а средняя Δt = ((250-220)+(250-230))/2=25 ºС. Итак, при нагреве от поверхности с небольшим перегревом(20ºС), получился выход на заданные параметры за 6 условных интервалов времени Т.
Посмотрим теперь, что будет, если увеличить эту разницу температур. Посчитаем тот же нагрев от нагревающей поверхности с t =320 ºС - такая техническая возможность в головке данной конструкции имеется.

Т=1, Δt = 320-20= 300 ºС, температура станет t=20+(300/3)=120 ºС а средняя Δt = ((320-20)+(320-120))/2=250 ºС.

Т=2, Δt = 320-120= 200 ºС, температура станет t=120+(200/3)=187 ºС а средняя Δt = ((320-120)+(320-187))/2=166,5 ºС.

Т=3, Δt = 320-187= 133 ºС, температура станет t=187+(133/3)=231 ºС а средняя Δt = ((320-187)+(320-231))/2=111 ºС.

Получается, что нагревая пластик более горячей, чем нужно головкой, мы заметно увеличим скорость расплавления. Неплохо, это решение может пригодиться, хотя возникнет ряд сложностей. К тому же, это положительно скажется на вязкости жидкого пластика, ведь скорость плавления пластика не единственный фактор ограничивающий скорость истечения пластика из сопла. Это учитывалось при расчёте, благодаря чему стало можно считать режим работы с перегревом. Получилась замечательная таблица сделанная в LibreOfficeCalc, которая позволяет считать прогрев прутка с заданием множества факторов и дающая возможность посчитать, где и какая температура будет. Не ругайте за использование аналога Экселя - она свою работу делает.

Полное время расплавления полиамида PA6 диаметром 1,7 мм, при температуре нагревателя 280ºС, до температуры 200ºС, с мощностью нагревателя 30 Вт, получилось 2,88 с, а в случае нагревателя с температурой 240ºС - 3,24с. Для того же пластика диаметром 3мм и мощности нагревателя 50 Вт, с температурой нагревателя 280ºС и нагреве до 200ºС - 8,64 с, а при нагревателе с температурой 240ºС - 9,84с. Это данные расчёта при подстановке параметров реальных головок тип 4.1 и 3.3. Также, по результатам расчетов, был построен профиль фронта плавления филамента в головке.

Рис.8
Из значения времени необходимого на расплавление прутка можно считать необходимую длину зоны плавления или максимальную возможную скорость расплавления филамента.
Для экспериментальной проверки расчётов для филамента диаметра 1,7мм использовал головку тип 3.3 с рассверленным до 1 мм соплом под 1.7 мм филамент, и головку тип 4.1 с соплом 0,9 под филамент 3 мм. Такое большое отверстие должно было в значительной степени сократить сопротивление продавливанию за счёт вязкости, оставив только ограничение продавливанию нерасплавившейся массы. Так как скорость истечения расплава из сопла сильно выше, чем скорость продвижения филамента (пропорционально разности квадратов диаметров), то нерасплавившаяся часть филамента не может просто так выйти в отверстие, она блокирует сопло, а если она меньше диаметром сопла, то её разрывает на кусочки потоком. Температура уже довольно высокая, так что прочность нерасплавившегося ядра невелика. Это явление можно наблюдать при экструзии сушёного полиамида (несушёный расплав мутный из-за пузырьков пара), в расплавленном состоянии он прозрачен, и в горячей застывающей леске из сопла, были видны по оси маленькие мутные островки включений.
Как мерялся выход, а значит, проскальзывание: Сначала был откалиброван экструдер. По заданию (например)50 см он давил леску на малой скорости, чтобы быть уверенным в отсутствии проскальзывания. Замерялось сколько он реально продавил. На леску наносились метки фломастером. Вычислялся удельный вес филамента - отрезался кусок филамента длиной 1 м, тщательно замерялся диаметр в нескольких местах. Этот кусок взвешивался. Из этих данных рассчитывалась плотность.- Кстати, о типе полиамида можно довольно неплохо судить по плотности, а это позволяет судить о других его характеристиках, как-то прочность, температура плавления, водопоглощение.
Максимальная фактическая скорость подачи филамента при нагреве 280ºС для диаметра 3 мм составила 6,52 мм/с.Фактическую скорость подачи получаю разделив вес выдавленной лески на время работы экструдера, потом разделенное на плотность(получаем объём в секунду), потом на площадь сечения филамента. Для этой головки длину зоны плавления можно считать около 50мм. Итак, время плавления из опыта τ= 50/6,52 =7,67 с. Это время полного расплавления филамента диаметром 3 мм. Если точнее сказать, это был не филамент, а триммерная леска, её диаметр был стабилен. В случае триммерной лески диаметром 1,6мм, её диаметр «гулял» от 1,62мм, до 1,68мм. Для такого филамента скорость полного расплавления получилась 4,17 с. Разница с расчётной несколько больше, чем в первом случае. Я так понимаю, что это из-за сопротивления более узкого рабочего канала.. Вполне хорошее совпадение с теорией. Скорость полного расплавления для другого диаметра вероятно, будет по квадратичной зависимости(и расчётное для 3 мм филамента, это подтверждает).
Выводы: Выполнен математическая расчёт времени полного расплавления филамента разных диаметров для разных параметров головок и условий нагрева, для разных типов пластика. Показано его значение для конечной скорости экструзии. Опытным путём проверено качество модели. Доказана возможность значительного улучшения скорости полного расплавления филамента. Увеличение температуры головки увеличивает скорость расплавления пластика.
1.3 Влияние трения. Его оценка.Термобарьер. Горячий радиатор. Оно проявляется на всех участках головки. Трение холодного пластика, трение несколько разогретого пластика из-за разбухания в стороны, трение «рабочей пробки», трение жидкого пластика о стенки и между слоями и неожиданно большое сопротивление в последнем отрезке сопла. Хотя его обычно рекомендуют делать коротеньким, но за счёт того, что скорость пластика в этом месте самая высокая, а диаметр отверстия мал, сопротивление может быть очень значительным.
Трение на участке до головки и в экструдере, тоже важно, но сейчас мы разбираемся с головкой. Внутри головки использовать тефлоновый вкладыш из-за высокой температуры представляется нехорошим решением, впрочем, ввиду расплавления пластика, трение тут снижается, а значит исчезает нужда в тефлоне. Однако надо избегать сухого трения по металлу, и если пластик довольно хорошо скользит по полированной стали, то по алюминию - нет.
Итак, возвращаясь к рисунку головки с зонами, картинка 3 - зона C, зона образования рабочей пробки.
Для снижения трения на этом участке нужно создать большой перепад (градиент) температур от зоны C - образования рабочей пробки, до зоны D - плавления. Чем больше градиент, тем меньше длина рабочей пробки и меньше сопротивление трения. Для создания соответствующего градиента служит термобарьер. Начиная с первых головок типа 1.1, я его делал с помощью трубки из нержавеющей стали припаянной (твёрдым серебряным припоем) к латунной головке, на трубку одевался маленький дисковый алюминиевый радиатор, на расстоянии около 2-4 мм от латунной части головки. Ввиду малой теплопроводности нержавеющей стали (марка 304, или Х18Н10) и высокой теплопроводности алюминия, радиатор приобретал температуру около 100ºС, и выполнял предварительный подогрев лески снижая время на расплавление, без опасности образования пробок. Так как радиатор обдувался вентилятором, получалась хорошая термостабилизация - вверх пробка не могла подняться, так как с ростом температуры радиатор начинал гораздо интенсивнее отдавать тепло. На участке стальной трубки на уровне радиатора и выше, изнутри применялся тефлоновый вкладыш, таким образом повышенное трение участка В уменьшалось.
1.4. Пробки. Рассмотрим по-возможности, процесс образования пробок в головке и перерождение их из полезных «рабочих» во вредоносные. Для этого посчитаем тепловые потоки на разных участках головки и подумаем.

Вообще, в процессе работы экструдера и головки, происходит превращение пластиковой лески в расплав и проталкивание его с достаточно большой силой через узкое отверстие сопла. Это понятно. Кстати, по некоторым соображениям можно оценить, что расплав в головке может быть под достаточно большим давлением. Усилие хорошего экструдера может достигать десятка килограмм-силы на филамент 3мм. Такое примерно усилие я прикладывал к прутку, когда продавливал пластик вручную. Бывало такое. На площадь 7квадратных миллиметров под 100 атмосфер выходит. Ну это не слишком трудно померить - вставляем в сопло стерженёк из материала с низкой теплопроводностью(PEEK, PTFE?) и меряем давление затыкания потока. Для сопла диаметром 0,5 мм - 2 грамм-силы на атмосферу. Хотя это не слишком важно. Мерить я не стал.

Так вот, леска в головку входит с зазором. Назад ничего не прорывается. Понятно, что при нагреве происходит некоторое размягчение пластика и под действием силы экструдера раздаётся в стороны, пока позволяют стенки. Свойство пластика частично размягчаться легко проверить - это так и есть.

Представим, что длина рабочей пробки составит только 0,1 мм. Понятно, что такой тонкий слой в общем-то, не слишком прочного материала, не выдержит возвратного давления жидкого пластика, и он прорвётся назад, а прорвавшись, застынет в холодной части, создавая неожиданную пробку. Пару раз мне доводилось вытаскивать такие. Там прямо видно, как произошёл прорыв и жидкость поднялась по целому прутку филамента вверх. Кстати - во ВСЕХ случаях, когда у меня образовывались пробки (хоть головок экспериментальных имел много, но пробки образовывались редко), я избавлялся от них весьма просто - давал остыть, потом включал нагрев, через несколько минут команду «Реверс» на экструдер и рукой с силой вытаскивал за леску. Я предполагаю, что это может быть связано с конструктивной особенностью всех моих головок. - До зоны активного плавления внутри трубки находится тефлоновый вкладыш, с диаметром не меньшим, чем диаметр рабочей зоны головки.
Вывод: Рост пробки и застревание происходит, как я считаю, из-за того что, при простое, тепло поднимается вверх по стенкам держателя головки (термобарьера?), и когда начинается работа, мягкий пластик раздаётся в стороны. Вероятно, фатальным это становится когда нет тефлонового вкладыша, доходящего почти до самой головки.

1.5 Расчёт тепловых потоков и градиентов в покое и в движении, в головке. Горячий радиатор расчёт с ним и без него.

1.5.1. Конструкция головки BASS тип 1.3 и тепловые потоки в ней. Название по первым буквам применяемых материалов Brass,StainlessSteel, Aluminium. Под филамент 3мм. Рассмотрим на примере этой конструкции тепловые потоки, температуры и процессы.

Вставляю кусок из своей старой публикации
«Зд-принтер: взгляд со стороны головы», слегка поправлено.

Рис.9
Немного по схеме на Рис. 9: пурпурное снаружи головки - это нагревающая спираль, лучше из нихрома, однако в головках очень часто применяют в качестве нагревателя резистор - это удобно в производстве, но снижает надёжность и однородность поля нагрева, так как резистор размещён локально, следовательно испытывает местный перегрев. Впрочем, принципиальной разницы тут нет - резистор или намотка. Только - высокая однородность и скорость нагрева, да легкость и аккуратность конструкции.

Красное в нижней части головки - зона расплавленного полимера, она неоднородна, так как полимер меняет вязкость в широком диапазоне температур, и оранжевая зона - это область, где полимер уже нагрелся до пластичности, но еще не текуч. Эта зона очень важна - в ней пластиковый пруток слегка расширяется, плотно прилегает к стенкам и превращается в поршень, который и продавливает расплав сквозь выходное отверстие - фильеру. Зелёный - зона, где существенных изменений пластичности еще не произошло и пруток передает давление дальше без сминания. Разной штриховкой изображена латунная головка и алюминиевый радиатор. Белым цветом выделена фторопластовая трубка - направляющая, из-за очень малого трения, пруток по ней, проходит с минимальным сопротивлением. Серый - трубка из нержавеющей стали, несущая головку и радиатор, а также кольцо - вкладыш - оно позволяет избежать механической нагрузки на тефлоновую трубку в самой горячей части. Это важно - тефлон, в таких условиях, крайне механически непрочен, поэтому здесь он всюду упирается в сталь - может немного потечь, но нескоро, и этот кусок тефлоновой трубки очень легко заменить. Трубка из нержавеющей стали припаяна к латунной головке твёрдым серебряным припоем - поэтому вопросов о тепловой устойчивости и прочности - нет. Кольцо (изнутри полированное, для снижения трения!), просто вложено внутрь и придавлено сверху тефлоновой трубкой. Обратите внимание - нержавеющая сталь должна быть с низкой теплопроводностью, за это её и выбрали. Обычно это что-то типа 04Х18Н10.

В левой части картинки, Вы видите эпюру температуры (приблизительный график), вдоль оси трубки. За точность масштаба не ручаюсь, но направления верны. Чем дальше от оси с разметкой зон, тем температура выше.
Не будем повторяться. Здесь интересна только зона 4. Видно как размещён горячий радиатор.

Зона 4 - зона активного размягчения пластика, зона теплового барьера. Видно, что между латунной частью головки и радиатором имеется небольшой промежуток, на котором температура очень резко меняется. Тут начинает разогреваться пластик для образования пробки, которая служит поршнем проталкивающим всё дальше. Как показали коллеги из reprapology.info если пробка-поршень увеличивается в длину, это приводит к остановке печати из-за роста трения и мучительным проблемам с чисткой. Чтобы не дать расти этой пробке и служит маленький радиатор выше, в 5-ой зоне. С притоком тепла по тепловому мостику из нержавейки, он нагревается, значит больше начинает рассеивать тепла. Таким образом, процесс самостабилизируется и попасть в область устойчивой работы становится совсем не трудно. Рассеяние тепла радиатором велико, а тепловое сопротивление мостика между головкой и радиатором - большое, поэтому рост температуры с расстоянием высок, а значит, на этом отрезке с большой вероятностью укладывается точка оптимальной рабочей температуры для создания короткого, эффективного поршня. Размер горячего радиатора надо подбирать таким, чтобы температура его была в районе 100-110 градусов, вероятно (это обычная температура рабочего стола принтера). Это делается для того чтобы, возможно большая часть зоны термобарьера находилась в вероятном рабочем диапазоне температур (пробкообразования!).

Так что если кратко сказать - для устойчивой работы головки нужно существование узкой зоны с высоким тепловым сопротивлением (её и называют термобарьером), в которой на незначительном протяжении температура изменялась бы от рабочей (считаем 235), до градусов 100 - приблизительно температуры рабочего стола. Нужен непрерывный обдув маленьким вентилятором и направлять его следует именно на радиатор!
Вывод: Описан принцип конструкции и действия головки с применением «горячего радиатора».
1.5.2 Расчёт теплового потока из головки. Расчёт теплового потока на участке от головки до горячего радиатора.- теплопроводность нержавеющей стали (марок 304/316) K= 9.4 Вт/С°*м

Размеры головки: длина термобарьера от головки к горячему радиатору L=3мм диаметр наружный D=8мм, диаметр внутренний - из-за вкладыша-кольца d=4мм

Считаем температуру головки 260°С.

Считаем нормальной рабочей и желательной температуру горячего радиатора T = 110°C

Конвективные потоки в случае головки 3д-принтера, которая обдувается вентилятором и постоянно достаточно быстро движется, можно не учитывать. Охлаждение движущимся воздухом радиатора и других частей не будем отдельно учитывать, для расчёта рассеиваемой мощности используем приближённую формулу для радиаторов, считая движущуюся и несильно обдуваемую головку подобной радиатору в нормальных условиях. Нагревом от поверхности подогреваемого стола - тоже пренебрегаем ввиду, с одной стороны достаточно большого расстояния от его поверхности и, с другой стороны обдувания и движения головки. Считаем что в какой-то степени они взаимокомпенсируются. Впрочем, на работающем принтере, детали над подогреваемым столом заметно не нагреваются.

До температуры 100°С передачу тепла излучением не рекомендуют считать вообще - слишком мало, с ростом температуры растёт пропорционально четвёртой степени температуры. Охлаждение головки излучением - нас волнует очень мало, там стоит термодатчик, если остынет -нагреем. Температура горячего радиатора близка к рекомендованным к нерассчитыванию 100°С - излучение не считаем.
Участок передачи теплопроводностью от головки до горячего радиатора.

Площадь передачи S= 3.14*D²/4 - 3.14*d²/4 = 3.14*8*8/4 - 3.14*4*4/4 = 37.7 мм²

Для приведения её к квадратным метрам, в случае данного нам коэффициента теплопроводности, площадь надо разделить на один миллион.

Посчитаем тепловой поток в горячий радиатор. Ввиду того что теплопроводность алюминия в 50 раз превышает таковую для нержавеющей стали, считаем температуру однородной на протяжении радиатора(вдоль оси - это 5 миллиметров). Температура по краям радиатора в рамках данного расчёта нас не интересует.

L - не забываем разделить на 1000, т. к. коэффициент у нас использует размерность - метры, на участке от головки до горячего радиатора ΔT = 260 -110 = 150°С

Получается W= 9,4*37,7*150/3*1000 - миллион(площадь в мм²) и тысяча сократились, осталась тысяча.

W= 17,72 Вт тепловой поток в горячий радиатор.
1.5.3. Расчет теплового баланса радиатора. Расчет градиента. Расчет теплового потока на участке от горячего радиатора до крепления головки:

Длина термобарьера L=8 мм

на этом участке нет кольца-вкладыша, так что внутренний диаметр увеличился, а площадь теплопередачи - уменьшилась

Разница температур. Считаем нормальной и ожидаемой температурой крепления головки 30°С, значит ΔT = 110-30=80°С

Считаем W= 9.4*21,99*80/8000 = 2,07 Вт

В радиатор входит 17,72Вт тепла, а выходит 2,07Вт, разница Δ W = 15,65Вт
Это тепло радиатор должен рассеять в воздухе. В работе, часть тепла будет уноситься филаментом, нагревающимся на этом участке от стенок трубки. Однако это считать пока не будем. Получится, что нам надо считать, что всё это тепло рассеивается радиатором.
Расчёт теплового потока рассеиваемого радиатором по упрощённой формуле.

Q=50/√S Где Q - тепловое сопротивление радиатора, в градусах на ватт, а S - площадь радиатора, теперь в квадратных сантиметрах… такая формула. Да, формула слабенькая и врёт в разы, но по данным измерений можно ввести поправку на конкретные условия. Учитываем. У этого радиатора внешний диаметр 20 мм, внутренний 8 мм. Высота - 5 мм.

Посчитаем его рабочую площадь, она состоит из верхнего диска, нижнего диска и площади ребра радиатора. S= 2*(3.14*D²/4 - 3.14*d²/4)+3.14*D*H = 2*(3.14*20*20/4 - 3.14*8*8/4)+
3.14*20*5 = 841мм² = 8,41 см²

Посчитаем тепловое сопротивление радиатора Q=50/√8,41 = 17.24 градуса/ватт

Посчитаем температуру при которой такой радиатор сможет рассеивать 15,65 Вт тепла, полученных во конце второго пункта расчёта. ΔT = 15,65*17.24 = 270°С Причём это разница температур. Считаем температуру воздуха в работающем принтере 30°С, получится несуразная температура 300°С.
Теперь хорошо бы проверить расчёты.

При включенном на 110°С подогреваемом столе и головке на 260°С
электронным термометром вставленным в отверстие для винтика на радиаторе измерялись температуры до максимума показаний в течение нескольких минут.

Температура оказадась значительно ниже расчётной - 111,9°С вместо 300°С

Это ясно сигнализирует о неточности модели. Самое слабое звено здесь - формула для расчёта теплового сопротивления радиатора, она эмпирическая и рассчитана для радиатора без принудительного охлаждения. В нашем случае есть вентилятор, хотя и слабый и дует издалека. Считаю возможным ввести линейный коэффициент вентиляции для уточнения расчёта теплового сопротивления. Посчитаем его подставляя в наши формулы в виде

Q=50/(√S*K). исходная температура 260°С. Примем температуру горячего радиатора 111,9°С

W= K*S*ΔT/L На участке от головки до горячего радиатора ΔT = 260 -111,9= 148,1°С
Получается W= 9,4*37,7*148,1/3*1000 = 17,49 Вт.
Расчёт теплового потока на участке от горячего радиатора до крепления головки:

Площадь передачи S= 3.14*D²/4 - 3.14*d²/4 = 3.14*8*8/4 - 3.14*6*6/4 = 21,99 мм²

Движущая разница температур. Температура крепления головки 30°С, значит ΔT = 111,9-30=81,9°С Считаем W= 9.4*21,99*81,9/8000 = 2,11 Вт

Получается, что в радиатор входит 17,49 Вт тепла, а выходит 2,11 Вт, разница Δ W = 15,37
Посчитаем тепловое сопротивление радиатора. Примем К = 3. То есть что эффективность нашего радиатора в три раза повышается из-за обдува вентилятором. Q=50/√8,41*3 = 5,75 градуса/ватт

Посчитаем температуру при которой такой радиатор сможет рассеивать 15,37 Вт тепла

ΔT = 15,37*5,75 =88,37 °С Считая температуру воздуха в работающем принтере 30°С, получится температура 118,37°С.
Если подсчитать с полученным коэффициентом температуру радиатора для температуры головки 220°С = 94°С и сравнить с измеренным 97,7°С получится неплохое совпадение.
Вывод: Градиент температур для случая 260°С G=(260 - 112)/3=49 °С/мм. Мы можем считать температуру «горячего радиатора» с неплохой точностью и поток тепла в крепление головки. Соответственно, мы можем задавать требуемые изменением соответствующих размеров.
1.5.4. Расчёт теплового потока из головки без горячего радиатора и сравнение градиентов.

А как будут обстоять дела, если мы не будем ставить радиатор? Посчитаем.Считать потоки будем без кольца-вставки, оно задумывалось для температурной разгрузки тефлоновой трубки и имеет смысл только в связке с горячим радиатором.Для температуры 260°С тепловой поток в крепление в случае с радиатором составит 2,07Вт ватт.
Расчёт теплового потока на участке от головки до крепления:

Длина термобарьера L=8+3+5 =16 мм Складываем все длины - и радиатора тоже.

Площадь передачи S= 3.14*D²/4 - 3.14*d²/4 = 3.14*8*8/4 - 3.14*6*6/4 = 21,99 мм²

Разница температур. Считаем нормальной и ожидаемой температурой крепления головки 30°С, значит ΔT = 260-30=230°С

Считаем W= 9.4*21,99*230/16000 = 2,97 Вт Однако, в полтора раза больше.

Посчитаем градиенты для 16 мм G = (260-30)/16 = 14.4 градуса/миллиметр.

Большая разница с 49 градуса/миллиметр, особенно, если учесть, что в случае с радиатором, при простое, пробка поднимется больше чем на половину всего участка, то есть на расстоянии 8мм термобарьера температура будет ΔT/2 + Т = 230/2+30= 145°С Эта температура однозначно, выше начала пробкообразования и ниже плавления. Причём такой длины пробки 8-10 мм вполне хватает для остановки. А в случае с вентилятором, более 3-х миллиметров пробки при простое никак не получится.
Выводы: «горячий радиатор» реально предотвращает риск образования пробок при условии использования тефлонового вкладыша и повышает рабочий градиент температур, что приводит к снижению трения на участке рабочей пробки.
1.5.5. Расчёт тепловых потоков в головке при равномерном движении филамента.

Условия те же, головка та же. Поток филамента движется со скоростью 1,5 мм/с, что соответствует скорости экструзии для сопла 0,3мм = 150 мм/с или для сопла 0,5мм = 54 мм/с. Плотность полиамида 1,18мг/мм³. Так как существенно горячий отрезок (100-110С) до головки имеет длину L= 5 мм(длина горячего радиатора), при скорости 1,5 мм/с, филамент проходит за 3,3 секунд, при этом стенки закрыты тефлоновым вкладышем толщиной l= 1мм=0,001м и внутренним диаметром D=4мм, можем посчитать возможный тепловой поток отдаваемый стенками:

P= λ*S* ΔT/l, где λ =0,25Вт/м*К - теплопроводность тефлона, S= π*D*L=3,14*4*5=62,8 мм²=0,0000628м² - площадь теплопередачи, l - толщина слоя теплопроводности. ΔT - разница температур. Температура горячего радиатора около 110°С, входящий филамент хоть немного, да подогреется, поэтому считаем температуру на входе 30°С ΔT=110-30=80°С.

P= λ*S* ΔT/l= 0,25*0,0000628*80/0,001=1,25Вт, 1 миллиметр филамента сможет получать каждую секунду 1,25/5 = 0,25джоуля тепла. За 3,3с, время пребывания в радиаторе, он сможет получить 3,3*0,25=0,825 дж. Посчитаем мощность необходимую для нагрева 1 мм поступающего пластика на ΔT= 80°С. Объём = 1*3.14*D²/4= 1,5*9*3,14/4=7,065мм³/с

Масса = 7,65*1,15=8,124мг/с

Мощность, Q = M*C*ΔT= 8,124*1700*80/1000000 = 1,1Вт Это в случае, когда весь пластик нагревается от начальной температуры 30°С от радиатора с температурой 110°С.

Итак, тепло, которое сможет получить 1мм филамента, проходя сквозь радиатор, через тефлоновую стенку, будет = 0,825 дж. За то же время, для полного нагрева до 110°С, такого же ломтика, потребуется 1,1дж. Задействовав табличку для моделирования прогрева прутка сделанную к п. 1.2 посчитал точнее. При длине горячего радиатора 5 мм, его температуре 110°С, и скорости движения филамента диаметром 3мм и температурой 30°С, при тепловом потоке в радиатор 15 Ватт, прогрев самой серединки филамента будет только на 2 градуса, но 1мм прутка сможет принять 0,88дж тепла, что чуть больше 0,825дж, которые смогут проникнуть. 0,825 дж составит около 75% от всего нагрева. Если же длина радиатора будет 10мм, то пруток примет 1,06дж тепла, что составит 96% от полного нагрева, а самый центр прогреется до 32°С. Для 100% выгревания пришлось бы довести длину радиатора миллиметров до 30, а это не имеет большого смысла - в головке всё равно расплавится.
Вот детали для головки тип 3.1, - на 1,75 филамент. Просто для красоты.

Рис. 10 Детали для головки Тип 3.1
Выводы: - мощность необходимая для нагрева поступающего пластика при данной скорости: 4,25Вт

Тепловой поток отдаваемый стенками филаменту на участке горячего радиатора: 2,00Вт

Начало пробкообразования при полном потоке сдвигается глубже в головку.

При больших потоках для эффективной работы механизма «горячего радиатора» надо будет увеличивать тепловой поток между головкой и радиатором и длину участка контакта с радиатором. В разы.

Возможно применение отдельного вентилятора горячего радиатора, управляемого от термодатчика, таким образом чтобы удерживать температуру около100ºС.

Применение горячего радиатора, вовсе не является обязательным, но представляется простым способом обострить перепад температур в трубке-держателе, избегая опасности разрастания рабочей пробки до размеров блокирующей и помогает решить вопрос с охлаждением места крепления головки.
Вторая часть - скоро.

Печатающая головка для 3d принтера. Царапины на верхней плоскости

Устройство экструдера 3D-принтера

Боуден-экструдер

Важные характеристики экструдеров филамента

Двойной экструдер

Экструдеры пасты

Обзор проблем в картинках

3D принтер не печатает — нет экструдирования при начале печати

Распечатка не прилипает к платформе 3D-принтера

Пластика экструдируется недостаточно

Пластика экструдируется слишком много

Дыры или щели на верхнем слое распечатки

Волоски или паутина

Перегрев пластика

Смещение слоев или отсутствие выравнивания

Слои разделяются и расщепляются

Филамент стачивается, пластик крошится

Сопло засорилось, пластик застрял в экструдере 3D-принтера

3D-принтер перестает печатать в произвольный момент, в процессе печати

Плохое наполнение

Наплывы, натёки, сопли и прыщи

Щели между наполнением и контуром

Загибающиеся или неровные углы и края

Царапины на верхней плоскости

Дыры и щели между углами слоев

Линии на боках распечатки, лесенка из слоев

Вибрации и волны

Щели между тонкими стенками

Очень мелкие детали не пропечатываются

Неравномерное экструдирование

Как выбрать лучший экструдер?

Хотэнд

Экструдер Flexion Retrofit

Почему Flexion Retrofit - лучший экстрдер для вашего 3D принтера?

Отличная реализация отдельных деталей

Обзор PTFE хотэндов

Lulzbot Hexagon хотэнд с корпусом TAZ Single Extruder

E3D V6

Выводы

О разработке головок 3D FDM-принтеров.Часть 1

Возможно вам будет интересно:

Категории

Последние статьи

Реклама