Экструдер прутка из гранул или Записки давильщика

19.01.2015

Основные составляющие конструкции:

1. Шнек – сверло по дереву
2. Гильза – водопроводная труба
3. Двигатель с редуктором для вращения шнека (0,6-100 об/мин, в зависимости от конструкции)
4. Нагреватель для зоны расплава
5. Фильера для формирования диаметра нити – заглушка для трубы

Общая схема (взято с roboforum.ru)

Схема Лимана

Сырьём являются гранулы ABS и перемолотые части пластиковых деталей

Мой начальный набор

1. Гильза. Труба сантехническая 3/4

2. Шнек. Сверло по дереву 20×460 мм.

3. Шаговый двигатель Nema23 с планетарным редуктором 15:1

4. Нагреватель в виде хомута, шириной 50 мм на 220 вольт 190 Ватт

5. Заглушка для трубы 3/4 из хозмага

6. Упорный подшипник 51102 15х28х9 мм

7. PID контроллер REX-C100 с SSR реле и термопарой

8. Драйвер шагового двигателя

9. Arduino Mega 2560 из запасников

10. Блок питания на 24 вольта

11. Набор свёрл для отверстия фильеры

12. Муфта соединения сверла с шаговиком сделана из торцевой головки (китайской с шестигранником, а не квадратом). Шестигранник расточен на токарном станке до отверстия 12 мм под вал редуктора.

Некоторые начальные размеры:

• внутренний диаметр трубы 21,6 мм
• длина трубы 375 мм
• длина отверстия для загрузки гранул 70 мм
• диаметр сверла 20 мм
• диаметр круглой части хвостовика сверла 12,7 мм
• длина шестигранной части хвостовика сверла 34,5 мм
• буфер, между концом сверла и выходом из трубы 13 мм
• отверстие в сопле 2,6 мм

Как завести шаговик? Нам нужно обратное вращение сверла, значит провода шаговика подключаем в обратном порядке, чем на фото

Arduino пока питается от USB

Предварительный тестовый скетч для Arduino

#include AccelStepper stepper(1, 2, 3, 4);

void setup() { stepper.setMaxSpeed(10000000); stepper.setSpeed(1000000); } void loop() { stepper.runSpeed(); }

Максимальна скорость должна быть 32 об/мин. Нужно сделать плавный пуск ШД.

Пробный запуск (Разведка боем)

Сегодня 31.01.15 знаменательный день. Вот так выглядит мой гиперболоид:

Один выключатель включает нагреватель, другой – шаговик. Ардуина лежит в пакете под драйвером.

Гранулы (ABS Kumho 745 N) просушил в духовке минут 40 при температуре 65-85 градусов. Контролировал пирометром.

Разогрел сопло до 230 градусов. Подал питание на шаговик и насыпал гранул в бункер. Скорость оказалась высокой, а температура низкой. Шаговик начал активно пропускать шаги и дёргать трубу. Пришлось снизить скорость, добавить температуры и термоизолировать нагреватель.

Новый скетч:

#include AccelStepper stepper(1, 2, 3, 4);

void setup() { stepper.setMaxSpeed(10000000); stepper.setSpeed(1000); } void loop() { stepper.runSpeed(); }

Температуру выставил 264 градуса, но теперь думаю и этого мало.

Шаговик крутится очень медленно, но пруток ползёт из отверстия. Вместе с прутком от отверстия поднимается дымок с известным запахом АБСа. Пруток кольцами опускается на пол. Процесс навала прутка очень неравномерный и диаметр скачет в среднем от 2,5 до 2,9 мм. Делаем вывод: для стабилизации диаметра нужно исключить подёргивания прутка.

После полной очистки бункера от гранул, пруток тянулся ещё долго и всё медленнее. После полного замедления я отключил нагреватель. Процесс остывания крайне медленный. Пришлось снять термоизоляцию. Может нужно для этого приспособить вентилятор? При достижении температуры 100 градусов пластик начал застывать, а шаговик начал пропускать шаги. Шнек уже не крутился. Процесс окончен.

В итоге драйвер шаговика нагрелся очень сильно. Шаговик прогрелся терпимо. Нужно дополнительно охлаждать.

Переходим к процессу печати (Mendel90)

Из-за нестабильного диаметра прутка пришлось на экструдере установить пружинки. Сопло стоит 0,8 мм. Это экстремальный диаметр сопла для стандартной конструкции E3D-v5, нужно увеличивать температуру сопла и снижать скорость, чтобы небыло щелей между нитями. Печатал слоем 0,2 мм. Прилипает к столу очень хорошо. Слои ровные, несмотря на плавающий диаметр прутка.

Теперь вокруг радостный хаос.

08.02.15

Рассверлил отверстие фильеры до 2,9 мм. Скорость увеличил до 2000, температуру до 271 градуса. За полтора часа реализовал 250 г гранул.

Нужно распечатать конус с вертикальными рёбрами, для уменьшения площади трения. Может на дно кастрюльки сразу ложить катушку без одной стенки.Лучше всего пруток скользит по голой стали. Пруток иногда дёргался за край железной банки. Средний диаметр прутка 2,6-2,7 мм.

Проектирую корпус для электроники с активным охлаждением

Вот результат печати верхней части корпуса. На нижнюю не хватило прутка.

16.02.15 Третий отжим

Уговорил пруток переползти на катушку. Без катушки полный хаос и без контроля печатать бесполезно.

22.02.15

Перехожу на Arduino Nano 3

В процессе

Готово. Четвёртый отжим. Рассверлил до 3 мм.

Пятый отжим. 28.02.15

Перевёл производство на кухню. Приоткрываю окно и включаю вытяжку. Теперь в комнатах не пахнет.

Утеплитель обмотал алюминиевым скотчем. Рассверлил фильеру до 3,2 мм. Скорость в скетче 3000. Температуру понял до 280 градусов. Замерил – один оборот шнек делает за 17 секунд. Подрегулировал REX C100, уменьшил d с 60 до 30 секунд.

Диаметр прутка 2,71-2,85 мм. Скорость 3500. Температура 285.

07.03.15

Увеличил высоту бункера.

08.03.15

Скорость в скетче 4500. Температура 297 градусов. Скорость шнека 1 оборот за 10-11 секунд. Вытяжка включена на втором делении. Охлаждение из окна. Нить давится между окном и вытяжкой. Скорость уже большая и нужно установить вентилятор для охлаждения прутка, иначе пруток немного слипается, а летом совсем слипнется. За два часа надавил 810 грамм прутка. Это многовато на катушку, нужно поменьше. Нужно иногда контролировать укладку прутка и не допускать высокого навивания на банку.

21.03.15

05.10.15

После длительного перерыва. Предполагаю: фильера 3,2 мм, скорость 4500, температура 291 градусов. В итоге диаметр прутка достигает 3,2 мм, что очень плохо.

Ставлю стабилизирующий подшипник на хвостовик шнека

Хочу снизить скорость и обрезать шнек.

07.10.15

Вытаскиваю шнек для обрезания

Ну вот и обрезал шнек. Теперь буфер-камера перед фильерой 25 мм.

Теперь не пойму из-за чего пропуски шагов при любой температуре.

Открутил редуктор. Смазка есть зубцы целые.

Раскрутил корпус упорного подшипника шнека. А там гранулы повсюду и шнек не упирается в подшипник, а значит он упирается в вал редуктора и из-за этого пропуски шагов.

Вытряхнул все гранулы и смазал подшипник. Затем разогрел зону расплава и пассатижами проворачивал шнек, пока он плотно не придавил упорный подшипник. Пропуски шагов прекратились.

15.10.15

Печатаю собаку на обновлённом Ультике. Масштаб в Куре 2.0, слой 0,1 мм, температура 235 градусов. Получается очень гладко и детали проработаны (только очень долго ждать результат).

24.10.2015

Допечатал и склеил собачку по кличке Эдди. После последних модернизаций детали из этого прутка получаются более гладкими. Посмотрите на фото собаки. Печатал слоями от 0,1 до 0,25 мм, соплами 0,4 и 0,6 мм.

Сейчас мой экструдер прутка для 3D принтера выглядит вот так

====================

Немного моей теории

Ссылка на обсуждение статьи на форуме

&nbsp&nbsp 2015-11-03&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp Раздел: История, Новичку, Своими руками, Экструдер прутка&nbsp&nbsp Изготовить экструдер для пластика своими руками мне придется по следующим причинам. Во-первых, я задумал сделать 3D принтер своими руками, и мне потребуется достаточно много довольно дорогого прутка для 3D принтера, который в разы дешевле производить самому при помощи экструдера для пластика, чем покупать готовый пруток из ABS или PLA пластика для 3D принтера. Во-вторых, экструдер для пластика — это одна из составных частей термопласт-автомата (ТПА), о котором я давно мечтаю. Таким образом, я опять пытаюсь убить сразу двух зайцев и сэкономить себе кучу денег.

Давайте разберемся, из чего состоит экструдер для пластика и как его сделать своими руками с минимальными затратами. Экструдер для пластика состоит из трубки, заканчивающейся съемным латунным соплом, из которого будет выходить расплавленный пластик. Внутри трубки будет вращаться так называемый шнек (такой большой винт, как в мясорубке). Этот шнек будет проталкивать гранулы пластика вдоль по трубке. Начиная где-то слегка до середины трубка будет нагреваться специальным нагревательным элементом, благодаря чему пластик внутри трубки будет плавиться и доходить до сопла уже в довольно текучем состоянии.

В качестве шнека выступает обычное крупногабаритное сверло по дереву, купленное в магазине инструментов за 340 рублей. С диаметром я немного лохонулся и взял 22мм, о чем потом сильно пожалел, потому как довольно трудно оказалось найти трубу с таким же внутренним диаметром. Поэтому мой вам совет — сперва найдите трубу, потом ищите под нее подходящее сверло (шнек).

Как видно на самой первой фотографии, трубка разделена на две части, соединенные между собой фланцами. Это необходимо для того, чтобы отделить особенно сильно нагреваемую часть трубки от остального механизма. Позднее между фланцами будет зажата жаропрочная теплоизоляционная прокладка. В общем-то, тепло все равно будет передаваться через шнек, но разборная трубка сделает экструдер более ремонтопригодным, и оставит пространство для эксперимента (снял одну трубку — прикрутил другую).

Фланцы я изготовил на своем самодельном станке с ЧПУ из 5мм стального листа. Как видите, мой станочек довольно сносно грызет и сталюку, несмотря на свою до сих пор хлипковатую и недоделанную ось Z В тисочки были зажаты сразу два фланца, скрученные болтами. Мы же хотим, чтобы все отверстия у них совпадали!

Чтобы обеспечить параллельность двух кусков трубы, фланцы я приваривал к срубе до ее распиливания. Скручиваем между собой два фланца (в одном из них я нарезал резьбу М6, в другом просто сквозные отверстия), причем скручивать надо обязательно через шайбы, толщина которых позволила бы потом пролезть между этими фланцами полотну ножовки по металлу. Кстати, не забудьте пометить, как должны крепиться фланцы. Для этого на торце я пропилил метку напильником. Фланцы соединены правильно, если метки на них совпадают.

Следующим этапом я сделал прорезь в короткой части трубы. В эту прорезь через специальную воронку будет поступать гранулированный пластик и проталкиваться шнеком далее по трубе в направлении к соплу. Обратите внимание, что правая часть прорези загрузки примерно совпадает с началом винта.

Одним из самых муторных этапов создания экструдера для пластика своими руками является изготовление нагревательного элемента для самой длинной части экструдера — той, в которой будет происходить плавление пластмассы. Тут я тоже решил сэкономить и сделать нагревательный элемент самостоятельно из толченого огнеупорного кирпича, смешанного с жидким стеклом, и нихромового провода, предварительно рассчитанного на заданную мощность.

Сложность в том, что у меня нету углекислого газа для быстрого отвердевания жидкого стекла. Пока я так и не нашел, где у нас в городе можно подзаправить баллон углекислоты. Можно было бы, конечно, побаловаться с углекислотным огнетушителем, но как-то не захотелось расходовать по пустякам такой ответственный прибор.

В интернете вычитал неплохой рецепт, когда в огнеупор добавляют немного цемента (1/5 или даже меньше). Тогда жидкое стекло вступает с цементом в реакцию и твердеет буквально за считанные минуты. Весной у меня неплохо получалось со свежим цементом, но сейчас к осени цемент уже полежал и подпортился, поэтому жидкое стекло никак не хотело как следует затвердевать.

Кстати, чехол от моего шнека, в котором он продавался, очень пригодился в качестве формочки для заливки трубы огнеупором. И если бы я не забыл о специальных мерах по отверждению жидкого стекла, то мой нагревательный элемент получился бы просто идеальной формы. На деле же я забыл добавить туда цемента, поэтому мне пришлось всю эту формочку снимать и вручную обмазывать трубу огнеупорной смесью, а потом заворачивать все это в обычную бумажку на просушку. Кстати, хорошо помогает ускорить процесс отверждения прокаливание жидкого стекла градусах так на 150-160 С.

Сегодня я размотал этот свиток и проконтролировал результат. Прилипшую бумагу очень легко получается удалить, если смочить ее немного водой. В целом, получилось неплохо, но придется обмазывать кое-где повторно, заделывая дырки. Дело в том, что в некоторых местах раствор огнеупора с жидким стеклом «поплыл», немного отстав от трубы экструдера. Это легко было обнаружить, продавив пальцем мой нагреватель для экструдера вдоль всей поверхности. Там, где огнеупор не плотно прилегал к трубе, он крошился и отваливался.

Конечно, над технологией изготовления нагревателей для экструдеров своими руками из огнеупорного кирпича и жидкого стекла нужно будет немного поработать. Особенно воодушевляет это прокаленное колечко — оно получилось вообще просто супер! (Его хорошо видно на этой фотке как раз рядом с крепежным фланцем) Но пока серийно выпускать нагреватели для экструдеров я не собираюсь, поэтому отложим этот вопрос в долгий ящик.

Итак, получился нагреватель мощностью примерно в 3кВт Да, в таком можно алюминий плавить — не то что пластик. Интересно, какой производительности экструдера можно достичь с таким нагревателем?

Теперь остается приладить двигатель и сделать к нему нормальный драйвер с синхронизацией. Следите за обновлениями…

Детали для сборки экструдера

О сборке принтера Mosaic из набора деталей от компании MakerGear рассказано в статье Собираем 3D принтер своими руками. Наверное, вы обратили внимание, что там подробно рассмотрено устройство 3D принтера, но не идет речь о печатающей головке. Это тема сегодняшнего разговора.

Мы рассмотрим виды экструдеров и способы изготовления отдельных деталей этого сложного механизма, чтобы понять как сделать экструдер своими руками (видео о сверлении сопла в конце статьи).

Принцип работы и разновидности

Печатающая головка 3-d принтера протягивает пруток пластика, разогревает его и выталкивает горячую массу через сопла.

Wade extruder

Устройство экструдера

На картинке представлена упрощенная схема экструдера типа Wade. Устройство состоит из двух частей. Вверху расположен cold-end (холодный конец) – механизм, подающий пластик, внизу – hot-end (горячий конец), где материал разогревается и выдавливается через сопло.

Экструдер Боудэна

Существует и другая конструкция устройства, где холодная и горячая части разведены, а пластик поступает в hot-end по тефлоновой трубке. Такая модель, где cold end жестко закреплен на раме принтера, получила название Bowden extruder.

К ее несомненным достоинствам стоит отнести следующее:

• материал не плавится раньше времени и не забивает механизм;
• печатающая головка значительно легче, что позволяет увеличить скорость печати.

Однако и недостатки имеются. Нить пластика на таком большом расстоянии может перекручиваться и даже запутываться. Решением этой проблемы может стать увеличение мощности двигателя колдэнда.

Cold end

E3D-v6 в сборе

Пруток филамента проталкивается вниз шестерней, приводящейся в движение электродвигателем с редуктором. Подающее колесо жестко крепится на валу двигателя, в то время как прижимной ролик не закреплен стационарно, а находится в плавающем положении и, благодаря пружине, может перемещаться. Такая конструкция позволяет нити пластика не застревать, если диаметр прутка на отдельных участках отклоняется от заданного размера.

Hot-end

Пластик поступает в нижнюю часть экструдера по металлической трубке. Именно здесь материал разогревается и в жидком виде вытекает через сопло. Нагревателем служит спираль из нихромовой проволоки, или пластина и один-два резистора, температура контролируется датчиком. Верхняя часть механизма должна предотвратить раннее нагревание филамента и не пропустить тепло вверх. В качестве изоляции используется термостойкий пластик или радиатор.

Подающий механизм

Схема униполярного шагового двигателя

Прежде всего, нужно подобрать шаговый двигатель. Лучше всего купить аналог Nema17, но вполне подойдут и моторы от старых принтеров или сканеров, которые на радиорынках продаются совсем дешево. Для нашей цели нужен биполярный двигатель, имеющий 4 вывода. Собственно, можно использовать и униполярный, его схема показана на рисунке. В этом случае желтый и белый провода просто останутся неиспользованными, их можно будет отрезать.

Как правило, моторчики от принтеров слабые, но вот EM-257 (Epson), как на рисунке ниже, с моментом на валу 3,2 кг/см, вполне подойдет, если вы собираетесь использовать филамент Ø 1,75 мм.

Для прутка Ø 3 мм, или при более слабом двигателе, понадобится еще и редуктор. Его тоже можно подобрать из разобранных старых инструментов, например, планетарный редуктор от шуруповерта.

Двигатели от принтеров

Переделка понадобится, чтобы насадить шестерню двигателя шуруповерта на шаговик, совместить ось вращения моторчика с редуктором. И крышку для подшипника выходного вала тоже нужно изготовить. На выходной оси устанавливается шестерня, которая и будет подавать пруток пластика в зону нагрева.

Корпус экструдера служит для крепления двигателя, прижимного ролика и хотэнда. Один из вариантов показан на рисунке, где через прозрачную стенку хорошо виден красный пруток филамента.

Изготовить корпус можно из разных материалов, придумав собственную конструкцию, или, взяв за образец готовый комплект, заказать печать на 3-d принтере.

Экструдер с прозрачным корпусом

Главное, чтобы прижимной ролик регулировался пружиной, так как толщина прутка не всегда идеальна. Сцепление материала с подающим механизмом должно быть не слишком сильным, во избежание откалывания кусочков пластика, но достаточным для проталкивания филамента в hot-end.

Нужно отметить, что при печати нейлоном лучше использовать подающую шестерню с острыми зубчиками, иначе она просто не сможет зацепить пруток и будет проскальзывать.

Цельнометаллический хотэнд

Широко распространены и пользуются популярностью хотэнды фирмы E3D. Можно купить его на ebay.com за 92 $ (без доставки) или скачать чертежи, находящиеся в свободном доступе на официальном сайте компании (http://e3d-online.com/), по которым и сделать, прилично сэкономив.

Устройство hot end

Радиатор изготавливается из алюминия и служит для отвода тепла от ствола хотэнда и предотвращения преждевременного нагревания материала для печати. Вполне подойдет светодиодный радиатор, для усиления охлаждающего эффекта можно направить на него еще и вентилятор небольшого размера.

Ствол хотенда – полая металлическая трубка, соединяющая радиатор и нагревательный элемент. Изготавливается из нержавеющей стали из-за ее низкой теплопроводности.

Вот как выглядит деталь в разрезе и ее чертеж с размерами под пруток Ø 1,75 мм.

Тонкая часть трубки служит термобарьером и предотвращает распространение тепла в верхнюю часть экструдера. Важно, чтобы филамент не начал плавиться раньше времени, ведь в этом случае прутку придется толкать слишком много вязкой массы. В результате увеличивается сила трения, и забиваются трубка и сопло.

С проблемой сталкиваются не только авторы самодельных конструкций. Такое частенько случается в цельнометаллических хотэндах, даже если экструдер изготовлен на производстве.

Дополнительный термобарьер

Если вы сами просверлили деталь, нужно отполировать отверстие ствола. Для черновой шлифовки подойдет мелкая наждачная бумага «нулевка», закрепленная скотчем на сверле меньшего диаметра.

Обязательна чистовая полировка до зеркального блеска (нитью и пастой ГОИ № 1), затем полезно прожарить отверстие подсолнечным маслом для уменьшения силы трения. Чтобы предотвратить слишком раннее разогревание пластика, можно покрыть нижнюю часть трубки, находящейся в радиаторе, тонким слоем термопасты.

Еще одна возможная проблема: расплавленный пластик под давлением поступающего прутка может просочиться вверх и остыть в зоне охлаждения, что приведет к забиванию ствола и прекращению печати. Бороться с этим можно с помощью тефлоновой изоляционной трубки, которая вставляется в ствол хотэнда до зоны начала разогрева филамента.

Нагреватель

Пластина нагревателя

В качестве нагревательного элемента используется алюминиевая пластина. Если вам не удалось найти подходящего по размеру толстого бруска, вполне подойдет алюминиевая полоса толщиной 4 мм, которую можно приобрести в магазинах стройматериалов. В этом случае нагревательный элемент будет состоять из двух частей. Необходимо просверлить центральное отверстие для ствола хотэнда, и скрутив болтом, зажать всю конструкцию в тисках. Затем насверлить нужное количество отверстий для составляющих элементов нагревателя:

• болта крепления,
• двух резисторов,
• терморезистора.

Для нагревания пластины можно использовать керамический 12v нагреватель или резистор на 5 Ом. Но для нашего блока лучше подойдут два резистора на 10 Ом, так как они гораздо меньше по размеру, а соединение параллельно как раз и даст нужное сопротивление в 5–6 Ом.

Нагревательный элемент в сборе

Контролировать температуру будет NTS-термистор 100 кОм марки B57560G104F, с максимальной рабочей температурой 300 °C. Терморезисторы с меньшим сопротивлением использовать нельзя, они, как правило, обладают большой погрешностью при высоких температурах.

Необходимо обеспечить плотное соединение резисторов с пластиной, так как воздушная прослойка тормозит нагревание. Здесь важно правильно выбрать герметик. Лучше всего использовать керамико-полимерные пасты (КПДТ), рабочая температура которых не менее 250 °C. Для дополнительной теплоизоляции неплохо весь hot-end замотать стеклотканью.

Сопло

Приспособление для сверления сопла

Глухая гайка с закругленным концом идеально подойдет для изготовления сопла. Лучше взять деталь из меди или латуни, так как эти металлы относительно легко обрабатываются. Нужно закрепить в тисках болт, накрутить на него гайку и просверлить в центре закругления отверстие нужного диаметра.

Сделать это можно так: на сверло, зажатое в обычную дрель, закрепить цанговый патрон со сверлышком нужного диаметра. Получается интересная конструкция.

Наиболее удачным считается отверстие 0,4 мм, так как при меньшем диаметре замедляется скорость, а при большем – страдает качество печати.

Вот еще один способ просверлить сопло  (видео на английском).

Как видите, изготовить экструдер для 3-d принтера своими руками достаточно сложно. Но если вы знаете, что сделать какую-то деталь самостоятельно не удастся из-за отсутствия необходимых материалов или инструментов, необязательно приобретать готовый комплект полностью, можно купить отдельно любую часть экструдера и продолжить работу.

Печатайте с удовольствием.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться:Используемые источники:

• https://3deshnik.ru/blogs/akdzg/ekstruder-prutka-iz-granul-ili-zapiski-davilshhika
• http://tech.dimanjy.ru/экструдер-для-пластика-своими-руками/
• https://printerprofi.ru/3d/ekstruder-dlya-printera-svoimi-rukami.html