Как делают пластик для 3д принтера. Экструдер для самостоятельного изготовления филамента. О способах получения дешевой нити

Когда дело касается настольных 3d принтеров, мы можем наблюдать, что цены на эти устройства в течение последних нескольких лет значительно упали. Сейчас практически каждый желающий может позволить себе приобрести такое устройство и сделать его частью своей жизни, создавая самые разнообразные трехмерные изделия. Существует лишь одно препятствие, которое становится причиной отказа в покупке 3d принтера – это стоимость материала. Сейчас специалисты побороли эту проблему и сконструировали устройство, позволяющее создавать рабочий материал прямо у себя дома, а его цена, по сравнению со стандартной, выглядит просто смешной.

Средняя цена на пластиковую нить составляет порядка 40 долларов за килограмм. Те люди, кто активно пользуются 3d принтерами, прекрасно знают, что такое количество может быть использовано в течение всего пары дней. Если произвести простые математические расчеты и умножить данную стоимость на недели, месяцы или годы, можно получить в итоге довольно кругленькую сумму.

В последнее время компании озаботились данным вопросом и начали создавать специальные устройства, которые могут снизить цену нити с десятков долларов, до единиц. Эти машины создают рабочий материал путем переплавки специальных пластиковых гранул, с последующей намоткой готовой нити на катушку. Гранулы получить гораздо проще, а соответственно это помогает снизить конечную стоимость эксплуатации 3d принтеров.

Совсем скоро компания 3devo представит миру свое изделие, ранее зарегистрированное на площадке Kickstarter. NEXT 1.0 – это одна из тех машин, которая позволит создавать нити для FFF/FDM принтеров прямо у себя дома.

“Машины для создания материала для FFF/FDM представлены самыми различными компаниями, но 3devo отличается от других тем, что уделяют внимание мелочам и качеству конечного продукта, а также материалу, который будет изготавливаться в процессе эксплуатации. В отличие от других аналогичных устройств, которые создают некачественную нить, с неплотной структурой, NEXT 1.0 предназначен для изготовления профессионального материала. Эта нить в последующем может с легкостью наматываться сразу на катушку 3d принтеров, что позволяет добиться действительно невероятных результатов. 3devo делают все максимально возможное и невозможное, чтобы сделать вашу жизнь действительно комфортной”, — рассказывает Лукас ван Лиувен (Lucas van Leeuwen).

NEXT 1.0 имеет 7 основных функций, которые, по словам специалистов компании, выделяют его среди остальных подобных устройств:

1. Создание высококачественной нити – специальная система последовательной экструзии позволяет легко транспортировать гранулы внутрь устройства и превращать их в плотные нити.
2. Система трехмерного обогрева – в отличие от других устройств для создания FDM/FFF нити в домашних условиях, NEXT 1.0 оснащен тремя зонами обогрева, а температура каждой из них может быть отрегулирована независимо друг от друга.
3. Встроенный датчик Хоппера – он напомнит пользователю о том, что гранулы заканчиваются и пора позаботиться о дозаправке.
4. Система управления диаметром – пользователь самостоятельно выбирает диаметр изготавливаемой нити.
5. Система автоматической намотки готовой нити.
6. Возможность легкой и быстрой заменой катушки.
7. Доступный и понятный пользовательский интерфейс, которым могут пользоваться даже люди, использующие устройство впервые.

Создание машин для генерации FDM-нити – это не только предоставление пользователям возможности сэкономить, но и очередной шаг в развитии 3d технологий. В дальнейшем, 3devo хотят добавить возможность

Печать на современном 3D -принтере ведется с использованием пластиковой нити, получаемой из различных материалов. Качественная нить для 3D-принтера создается из таких расходных материалов, как ABS, PLA, HIPS. Использование высококачественного сырья позволяет производителям создать уникальные по эксплуатационным и техническим свойствам материалы, на основе которых можно изготавливать самые разные вещи.

Основные материалы

Производство нити для 3d-принтера чаще всего ведется на основе двух материалов - это и PLA (полилактид). Оба материала отвечают требованиям биоразлагаемости, биосовместимости, термопластичности и создаются на основе возобновляемых ресурсов, а именно кукурузы и сахарного тростника. Сырье идеально подходит для изготовления самых разных изделий в медицинской, пищевой сферах и не только.

Нить для печати на 3D-принтере должна быть высокого качества, чтобы конечный товар радовал эксплуатационными свойствами. Пластиковая нить для 3d-принтера - более удобный для такого оборудования вид сырья по сравнению с гранулами, так как ее легко заменить, можно печатать сразу несколькими цветами, к тому же расход материала существенно ниже.

Особенности производства

3D-печать стоит очень дорого, что связано с высокой стоимостью самих расходных материалов. Чтобы снизить себестоимость печати, умельцы создают портативные устройства для домашнего использования.

Таким образом, можно создавать нить для 3d-принтера своими руками гораздо дешевле. Технологически данный процесс не является слишком сложным, главное - соблюдать температурный режим и определенные пропорции смеси. В стандартном варианте производство нити ведется в несколько этапов:

1. Сначала подготавливается исходная смесь. Чтобы получить вещество с нужными параметрами, важно смешать основные компоненты в нужном количестве. Определенный оттенок нить обретает за счет добавки химических Точность соблюдения пропорций - залог того, что окраска нити и в дальнейшем самого полимера будет стойкой.
2. Загрузка в бункер. После приготовления смесь поступает в раздаточный бак, а затем подается в экструдер.
3. Готовится однородная масса. Все компоненты, помещенные в экструдер, перемешиваются до создания пластичной массы.
4. Производится пластиковая нить для 3d принтера. Однородная масса продавливается с помощью шнека через специальную насадку. Она имеет определенный диаметр, который равен толщине будущей нити.
5. Нить охлаждается и сушится. Вязкий пластик уже в форме нитей попадает в ванну с водой, где происходит их охлаждение. Они также обретают гибкость. Из охладителя готовая нить подается посредством специальных роликов в сушилку, где под воздействием горячего воздуха высыхает.

Уже после высыхания нить для 3D-принтера наматывается на катушку. Благодаря гибкости, прочности, пластичности она идеально подходит для использования на любых видах принтеров. Диаметр нити разный - 1,75 мм или 3 мм, что варьируется в зависимости от используемых на оборудовании насадок. Применение различных пигментов позволяет добиться разнообразия цветовых решений пластиковой нити.

Filabot Original

Сделать нити из пластика для принтера 3D можно, но для этого нужно создать свой экструдер. Как это сделать, мы расскажем чуть позже. К тому же проще всего приобрести уже готовые портативные и мобильные устройства, например, Filabot Original. Данное оборудование для производства нити для 3D-принтера позволяет изготавливать нити из пластика, диаметр которого составляет 1,75 или 3 мм. Оборудование работает с самыми разными видами пластика - ABS, PLA и HIPS.

Прибор работает с гранулами пластика, позволяя держать под контролем температуру. Имеется фильтр, предотвращающий попадание загрязнений. Универсальной мощности достаточно для использования устройства в домашних условиях. Чтобы получить разные цвета нити, используются красители. В пользу выбора данного оборудования говорит его высокая производительность: на получение одного килограмма нити требуется около 5 часов.

Filabot Wee

Современная линия по производству нити для 3d принтеров представлена брендом Filabot. Оборудование с деревянным корпусом стоит намного дешевле, причем купить его можно как в уже готовом виде, так и как комплект для сборки самостоятельно. Как и описанное выше устройство, данное работает на основе популярных видов пластиков. Широкая цветовая палитра достигается использованием гранулированных красителей. Также можно добавить в смесь гранулированное углеволокно, которое повысит прочность готового прутка. Модель оснащается двумя сменными насадками, поэтому можно производить нить для 3D-принтера диаметром 1,075 или 3 мм.

Filastruder

В 3D-индустрии экструдер Filastruder известен за универсальную сборку, благодаря чему каждый желающий может наладить производство пластиковой нити у себя дома. Благодаря продуманной конструкции и простоте использования модель идеально подходит для экструзии.

Имея такое устройство дома, можно наладить создание нитей для 3d принтеров своими руками. Единственный нюанс - грамотно подбирать пропорции используемых компонентов, красители. Всего за 12 часов работы оборудование способно произвести 1 кг нити, при этом конечная производительность зависит от таких параметров, как диаметр сопла, температура экструзии, используемые материалы.

Экструдер Лаймана

Данное устройство уникально тем, что оно было одним из первых, что использовались для производства пластикового прутка. Примечательно, что дизайн оборудования завоевал главный приз на конкурсе Desktop Factory Competition, который проводился в 2013 году. Благодаря предельной простоте конструкции само оборудование по сравнению с остальными аналогами оказалось самым дешевым. Еще один интересный факт в том, что все инструкции в открытом доступе. Можно скачать чертежи и создать экструдер, чтобы изготавливать нить для 3D-принтера дома.

О создании самодельных приборов

Очень часто желающие работать с 3D-принтерами начинают сами создавать приборы для получения пластиковой нити, чтобы снизить свои траты. На самом деле такие устройства при их экономичности и полезности все-таки не так хороши:

• нить может получиться невысокого качества, недостаточной или неправильной толщины, что скажется на деформации конечного изделия или вовсе невозможности его печати;
• при нагревании пластик может выделять вредные вещества, которыми придется дышать и во время печати, и во время переработки сырья;
• повторная обработка окрашенного пластика будет невозможной, так как вы не будете знать о составе пластика и красителя.

На экструдерах, созданных своими руками, трудно создать действительно качественный пластик. А потому лучше приобрести портативное оборудование проверенных марок.

О способах получения дешевой нити

Чтобы произвести нить для 3d-принтера, требуется использование готовых гранул пластика ABS. Но это слишком дорого и затратно, поэтому в домашних условиях создать материал можно и на основе обычной пластиковой бутылки. Суть мероприятия проста:

• бутылка ПЭТ измельчается в хлопья;
• полученная масса нагревается, пока не достигнет температуры плавления;
• через отверстие механизма экструдера происходит выдавливание нити нужного диаметра (за него отвечает наконечник);
• полученная пластиковая нить охлаждается под потоком воздуха, а затем наматывается на барабан.

В целом наладить производство не так трудно, как кажется. Труднее подобрать качественные материалы, чтобы нить получилась прочной, надежной, безопасной и пригодной для применения в сфере 3d-печати.

Кстати, о В некоторых странах проводятся социально-ориентированные кампании, направленные на переработку пластиковых крышек. Испанские ученые предлагают создавать из них нити для печати, так как в основе крышечек от бутылок лежит термопластичный полиэтилен высокой плотности. 3D-печать на основе ПЭТ - популярное явление, позволяющее совсем недорого создавать альтернативу пластику PLA или ABS. Сложность лишь в том, что данный процесс при его экономичности слишком долгий, и для создания нити в нужном количестве придется потрудиться.

Экструдер является одним из самых важных узлов 3D принтера. От его работы зависит не только качество печатаемой детали, но и успех процесса 3D печати в целом. Ведь известны случаи, когда процесс печати на 3D принтера аварийно прерывается именно из-за неполадок в механизме экструдера 3D принтера, заставляя выбрасывать в мусорную корзину уйму дорогущего пластика.

Именно поэтому создавая экструдер для 3D принтера своими руками, нужно подойти максимально ответственно к этому процессу. И не смотря на то, что экструдер 3D принтера представляет собой довольно примитивную конструкцию, малейший недочет в ней может привести к описанным выше неприятным последствиям.

Я все откладывал и откладывал изготовление экструдера, но вот мой 3D принтер уже почти готов, а экструдера все нет! Откладывать больше нельзя, поэтому начинаем делать экструдер 3D принтера своими руками.

Основная задача экструдера 3D принтера — подача прутка в разогретое сопло (HotEnd). Количество подаваемого пластика должно очень точно совпадать с рассчитанным в слайсере (специальной программе для нарезки печатаемой детали на слои). Если пластика будет подаваться больше, чем надо, деталь получится неровной, волнистой. Ее может вовсе сорвать со стола, если сопло в процессе печати ударится об излишки пластика, которого вообще не должно там быть. Если пластика будет подаваться меньше, чем надо, то слои могут вообще не склеиться между собой, и у печатаемой детали будет одна дорога — в мусорную корзину. Если, конечно, у вас нет собственного . С таким экструдером испорченную деталь можно размолоть на гранулы и надавить из нее пруток повторно.

Еще экструдер может случайно перегрызть пруток. Его может заклинить в канале подачи. В общем, с ним может произойти все, что угодно! Всего и не предусмотришь. Поэтому иногда даже не хочется браться за изготовление экструдера для 3D принтера, но деваться некуда — делать придется!

Конструкция экструдера проста до безобразия. Шаговый двигатель с надетым на его вал зубчатым колесиком проталкивает пластиковый пруток в трубочку. Чтобы колесико не проскальзывало по прутку, его поджимают с другой стороны другой штучкой, обычно подпружиненной.

У меня в качестве зубчатого колесика под рукой оказалась обычная латунная шестеренка. Я пробовал использовать пластиковую шестеренку, но она никак не хотела цеплять пластиковый пруток, и постоянно проскальзывала. Отсюда я сделал вывод, что толкатель прутка должен быть обязательно металлическим, чтобы зубчики вгрызались в пластик.

Но тут есть и опасность. Если мы будем слишком сильно вгрызаться в пруток, то есть вероятность его перегрызть! Поэтому, конечно, хорошо бы иметь колесико с остренькими, но как можно более маленькими зубчиками

В интернете я встречал варианты изготовления экструдера для 3D принтера своими руками, где в шестеренке экструдера протачивали полукруглую канавку. Так по идее должна была увеличиться площадь соприкосновения, да и пруток будет зафиксирован и не съедет никуда с такого экструдера. Я тоже попробовал проточить свою шестеренку, но в результате получил проскальзывание прутка. Еще бы — ведь я в итоге просто сточил остренькие зубчики, и они перестали вгрызаться в пластиковый пруток.

Хорошо у меня был второй моторчик с такой же шестеренкой. На нем я заточил зубчики поострее при помощи надфиля. Но для более острого колесика пришлось ослабить поджим прутка пружинкой, чтобы его зубчики не перекусили пополам.

Шаговый двигатель для экструдера 3D принтера я взял из старого принтера. Маркировка его указана на фото. Угол поворота на один шаг у него оказался 3,6°, поэтому на один оборот он делает всего 100 шагов. Это обязательно надо учитывать при настройке экструдера 3D принтера в прошивке контроллера управления.

Также делая экструдер 3D принтера своими руками никак нельзя рассчитать подачу на один оборот шагового двигателя. Если померить диаметр шестеренки экструдера и применить формулу L = π*D, то мы получим лишь примерное расстояние, которое пройдет пруток пластика при полном обороте подающей шестеренки. Тут совершенно не учитывается глубина «вгрызания» зубчиков в пластик. А какая это глубина — да кто ж его знает! У меня по расчетам получилась подача 28 мм на один оборот, а экспериментально я подобрал что-то около 23 мм.

Теперь про то, куда подается пруток. В своей статье про я писал о том, что для максимального облегчения печатающей головки я решил сделать выносной экструдер с подачей через фторопластовую трубку. Это так называемый Экструдер Боудена (экструдер Эрика Боудена). С такой конструкцией экструдера 3D принтера можно добиться максимальных скоростей печати с высоким качеством, потому как приводным механизмам 3D принтера не придется таскать тяжелые шаговые двигатели.

Техасская компания re:3D принимает предварительные заказы на крупноформатные FDM 3D-принтеры Gigabot нового поколения и специализированные экструдеры для печати гранулированными пластиками.

На Kickstarter небольшой, но преуспевающий производитель из Остина выходит в третий раз, успев провести краудфандинговые кампании в поддержку 3D-принтера Gigabot в 2013 году, а затем Open Gigabot в 2015. Как подсказывает название линейки, предприятие специализируется на крупноформатных 3D-принтерах.

Не стал исключением и новый аппарат Gigabot X – по сути вариант флагманского Gigabot 3+, но с новым экструдером. В настоящее время компания выпускает три варианта 3D-принтера третьего поколения, отличающиеся размером области построения – 590х600х600 мм (Gigabot 3+), 590x760x600 мм (Gigabot 3+ XL) и 590х760х900 мм (Gigabot 3+ XLT).

Инженеры re:3D изначально ориентировались на создание систем для 3D-печати пластиковыми отходами, и не только из соображений экологичности, но и экономии. Разработчики постепенно продвигаются к цели, а следующий этап – переход на печать гранулятом, ведь себестоимость филамента в сравнении с гранулированным пластиком той же массы с легкостью вырастает на порядок. Кроме того, гранулированный пластик доступен в более богатом ассортименте, чем готовые филаменты.

Появление первых 3D принтеров поспособствовало ускоренному развитию сегмента IT. Уникальность оборудования, способного воспроизводить конструкции в трехмерном формате, стала причиной его высокой стоимости.

Поэтому появление самодельных устройств, обладающих подобными функциями, не стало неожиданностью. Их используют в бытовых условиях, а при работе с ними требуется расходный материал. Чаще к нему относят нитевидный пластик, к примеру, ABS или PLA. Человек, который хочет своими руками собрать 3D принтер или его отдельную часть (экструдер), должен обладать необходимыми знаниями и опытом. Он обязан знать о калибровке экструдера, охлаждении Cool-end и Hot-end.

О чём пойдет речь:

Механические компоненты

Детали для сборки реально приобрести в комплекте, но те, кто не ищут легких путей, часто решаются на самостоятельное изготовление. Им понадобятся:

• крепежные детали для формирования каркаса;
• рабочая площадка;
• устройство для нагрева и регулировки температурного режима;
• направляющие из металла;
• шестерни для электроприводов;
• экструдер.

Главной трудностью при изготовлении 3D принтера считается правильная конфигурация последних трех элементов. Большое значение имеет привод, который устанавливают для передвижения платформы на одной оси. Вторая становится залогом перемещения печатающей головки.

Самостоятельная сборка механической части осуществляется благодаря использованию листов из фанеры, шурупов подходящего размера и зажимов, обеспечивающих фиксацию. На фото стандартный набор для изготовления 3D принтера с двумя печатающими головками.

Электротехнические составляющие

Особенностью конструкции является экструдер нити для 3d принтера. Благодаря ему происходит выход расходного материала и непосредственно создание рисунка. Чаще его не рискуют делать самостоятельно, а приобретают в специализированных магазинах. Сборку начинают с подготовки необходимых деталей.

К его функциям относится подача филамента (нити из пластика). Он состоит из электрического мотора, прутка и шестерней. Нити намотаны на предусмотренную для этого катушку.

Hot-end

Он представляет собой дуэт сопла и элемента для нагрева. Филамент проходит через последний и изменяет агрегатное состояние, превращаясь в вязкую массу, которая после выдавливается с помощью сопла. Завершающим этапом становится послойное нанесение данного состава.

Детали этой части 3d принтера с двумя экструдерами производятся из сплавов латуни или алюминия. Благодаря этому тепло проводится достаточно быстро. Блок состоит из проволочной спирали, термопара (он регулирует температуру) и двух резисторов. Охлаждение элеватора осуществляется из-за термоизолирующей вставки. Она располагается между Cool-end и Hot-end. Данная деталь изображена на фото.

Сборка экструдера

Производство экструдера для 3D принтера своими руками происходит следующим образом.

Подбирается двигатель

Чаще данную деталь заменяют рабочим мотором от принтера или сканера, приобрести его можно на радиорынке.

Если двигатель для экструдера оказался слишком слабым, дополнительно потребуется редуктор. Подходящей заменой покупной детали станет та, что ранее была частью шуруповерта. Также редуктор понадобиться экструдеру прутка для 3d принтера. Присоединение двигателя происходит за счет корпуса, прижимного ролика и хот-энда, располагать их нужно как на фото.

Регулировка прижимного ролика

Обязательным условием является продуманное взаимодействие этого элемента и пружины. Последняя устанавливается из-за возможных недочетов в расчете параметров прутка 3D принтера.

Слишком сильное сцепление нитей с механизмом подачи провоцирует отделение частиц расходного материала.

Создание хот-энда

Его гораздо проще приобрести, большинство мастеров так и поступают. Для самостоятельного изготовления потребуется чертежи, которые можно скачать из интернета. Для радиатора понадобиться алюминиевый сплав.

Этот элемент отводит теплый воздух от ствола прибора, который представляет собой полую трубку. В ее функциях соединение элемента нагрева и радиатора. Это предупреждает перегрев принтера.

Удачным вариантом считается светодиодный радиатор, при этом охлаждение прибора будет происходить с помощью вентилятора. Ствол хот-энда 3D принтера представляет собой металлическую полую трубку. При создании экструдера необходимо учитывать время плавления нитей. Если они плавятся раньше, чем положено, то произойдет засорение сопла.

Сборка элемента нагрева

В первую очередь понадобиться алюминиевая пластина. В ней делают ходы для крепления терморезистора, хот-энда и резистора.

В принтере, работающем в формате 3D, может быть больше одного экструдера, например, как на фото. Данный факт следует учитывать при создании чертежа устройства. Функциональность такого оборудования на порядок выше, чем у стандартного, например, печать в двух цветах и изготовление конструкций из растворимых полимерных материалов.

К завершающему этапу создания 3D принтера своими руками относят калибровку экструдера, подключение электроники, регулировку процесса печати, внедрение подходящего ПО.

Обзор принтера Bigrep One

Данная модель характеризуется наличием двух экструдеров, наличием подогрева рабочей платформы и внушительными габаритами. Bigrep One (изображен на фото) предназначен для профессионалов, специализирующихся на производстве качественных изделий в 3D формате.

Еще одним плюсом 3d принтера Bigrep One 2 с двумя экструдерами считается его стоимость. На фоне цен на аналогичные устройства она более приемлема, поэтому пользуется большим спросом.

Отмечают следующие преимущества принтера Bigrep One:

1. Рабочий объем 1,3 м3.
2. Низкая себестоимость 3D моделей.
3. Отсутствие необходимости в оснастке готовых изделий.
4. Повсеместность применения.
5. Экономичность и производительность.
6. Наличие камеры 3D печати.
7. Обширный ряд возможных филаментов (нити ABS и PLA, нейлон, гибкие эластомеры).

Bigrep One представляет собой новое поколение принтеров, употребление которых расширяет сферу использования 3D технологий.

Вывод

Экструдер – это значимый узел 3D принтера. Он влияет на качество готовых предметов, саму процедуру печати. Неполадки в нем влекут за собой потерю дорогостоящих нитей из пластика. Недочеты в расчете диаметра прутков, отсутствие калибровки, неправильное расположение осей корпуса приводят к отрицательным результатам производства. Пример на фото.

Поэтому, перед тем как начинать сборку принтера, проведите обзор возможных конструкций этого устройства, определите точные параметры прутка и количество экструдеров (один, два или более).