3D-печать без классического сопла на Ender 3 с директ-экструдером

Что будет, если выкрутить из хотенда сопло, выдвинуть из горла фторопластовую трубку до бывшего уровня кончика сопла и запустить печать пластиком PLA (конечно, с шириной экструзии 1.75)? Оказалось - пойдёт вполне себе нормальная печать, примерно как на этом фото:

И если не занудствовать насчёт того, что теперь соплом стала сама фторопластовая трубка..., то можно отметить интересные особенности получившейся «безсопловой» печати:

1. В хотенде больше нет двух капризных сочленений. Не требуется плотное прилегание торца фторопластовой трубки к тыльной поверхности металлического сопла. И не надо думать о герметичности резьбы между корпусом нагревателя и соплом с термобарьером.

2. Фторопластовой трубке теперь не нужна тщательная подгонка длины, закончилось беспокойство о деградирующем кончике трубки.

3. Засоряться теперь нечему, изнашиваться с увеличением диаметра нечему (имею в виду изнашивание и «растачивание» выходного отверстия металлического сопла)...

Всё это - неплохие преимущества получившегося «безсоплового» хотенда, поэтому хочется оценить возможную область его применения.

Оговорюсь: данная статья не о том, как можно напечатать конкретную модель и не о том, как по-другому можно достичь результатов описанного способа. Эта статья - о самОм способе 3D-печати и о том, в каких случаях его выгодно использовать. И совсем не тема статьи - известность или новизна способа; предполагаю, что всё это известно и где-нибудь уже описано.

Итак, суть способа: расплавленный пластик выдавливается на модель непосредственно из конца фторопластовой трубки хотенда. Пластик с момента плавления до момента прилипания к модели не соприкасается ни с чем другим, кроме трубки. При этом, трубка должна быть не слишком короткой - филамент должен входить в неё в гарантированно холодной зоне.

Описание эксперимента.

Мне понадобилось напечатать деталь, не требующую особой точности. Своеобразный поддон с перегородками из PLA размером 120х80х40 мм с разумно прочными стенками. Я решил над ним поэкспериментировать и настроился на скучный подбор режимов печати до результата «лишь бы не развалилось в руках».FreeCAD-у было всё равно, и все стенки модели я сделал толщиной 1.75. Потом KISSlicer-у было всё равно, и он проглотил ширину экструзии 1.75, толщину слоя 0.75 и скорость печати 5 мм/с. Время печати слайсер определил в 3 часа 39 минут, что оказалось на 2 часа быстрее, чем было бы при моей типичной печати соплом 0.4. Это оказалось первой хорошей новостью.

Кстати, температуру несуществующего сопла в слайсере я установил 240С вместо типичных 225. Сделал это интуитивно.

Теперь за принтер: вытащил из тракта филамент, выкрутил сопло и вынул фторопластовую трубку, чтобы убедиться, что тракт печати чист. Вставил трубку обратно в горло, отправил экструдер домой и выдвинул трубку так, чтобы она чуть касалась поверхности стола - «обнуление» по оси Z готово.

Прогрел хотенд и стал заправлять филамент, чтобы посмотреть, как он будет выдавливаться... И он с радостью выдавился. Вместе с фторопластовой трубкой). Вообще-то, я сразу хотел зафиксировать трубку от продольного перемещения, но не хватило места для хомутика над термобарьером. В итоге поступил банально:

В ненужном латунном сопле просверлил сквозное отверстие диаметром 3 мм.

С тыльной стороны сопла рассверлил это отверстие диаметром 4 мм на глубину, не доходя пары миллиметров до выхода.

Стенки у конца фторопластовой трубки слегка сострогал острым ножом на конус, чтобы кончик трубки мог на долю миллиметра выглядывать наружу из трёхмиллиметрового отверстия сопла. После чего установил трубку в просверленном сопле обратно в хотенд. Вкрутил рукой, без ключа, просто, чтобы держалось.

Вот теперь пластик легко заправился и после нагрева начал нормально выдавливаться - куда ему ещё деваться? Только стали меня терзать смутные сомнения: можно ли будет после этого утверждать, что экструдер печатает «без сопла», как планировалось в заголовке статьи? Ладно, напишем в заголовке «без классического сопла» и продолжим)

Перед запуском печати подправим юстировку стола - вот теперь порядок. И ещё одна приятная мелочь: когда при юстировке чуть задел «соплом» стол, то по столу «чиркнул» мягкий фторопласт, а не твёрдый металл, как случилось бы раньше.

Запускаем печать. Температура стола 60С, обдув отключен, ретракт 1 мм - он остался от обычного профиля печати PLA. Сразу же настала пора удивляться: принтер печатает линии ТАКОЙ ШИРИНЫ! 

Непривычно низкая скорость, непривычно низкое звучание, но всё очень ровно, чёткие края линий, глянцевая поверхность слоя - похоже, что угадал со скоростями и температурами.

Надо сразу снимать фото/видео,- вдруг модель напечатается с первой попытки) 

А вот и ещё одна неожиданность - три вертикальных зазора рядом с углами некоторых отсеков.

При наблюдении стало понятно, что эти зазоры - результат запаздывания начала экструзии после ретракта. Похожая ситуация у меня была при печати флексом на низкой скорости с боуденом. В следующий раз надо будет просто отключить ретракт - это сработает при таком сочетании скоростей рабочего и холостого перемещений. Ну а для печатаемой модели такой дефект некритичен, не будем прерывать процесс.

Время пролетело быстро, модель допечаталась, и с расстояния полметра я бы не смог определить, что она была сделана как-то экзотически.

А если повертеть в руках? Просто супер! Прочная, гладкая и какая-то солидная. Даже жалко, что не нужна ещё одна такая же))

Теперь можно подвести итог.

Что оказалось хорошо: 

Получилось быстро напечатать крупную прочную деталь. Кстати, размеры детали оказались точно выдержанными, как и при обычной печати.

Для печати не понадобилось металлическое сопло, отсутствовал риск подтекания пластика в металлическое горло или в резьбу блока нагрева.

Фторопластовая трубка не подвержена засорам, она скользкая внутри и не имеет перепадов диаметра. Трубка, при необходимости, легко снимается и устанавливается.

Что плохого в таком способе:

Для печати требуется повышенная температура нагревателя по сравнению с печатью через металлическое сопло. И сейчас мне кажется, что, использовав рассверленное сопло в качестве ограничителя перемещения трубки, я случайно получил важный элемент защиты кончика трубки от вредного остывания. Это нужно проверять в дальнейшем.

Печать тугоплавкими пластиками таким способом, похоже, вовсе невозможна.

Большая ширина экструзии - неотъемлемый параметр такой печати. Понятно и без уточнений, какие ограничения это накладывает на печатаемую деталь.

Что ещё надо выяснить:

Как будут печататься нависания и мосты?

Пойдёт ли такая печать с боуден-экструдером?

До какой степени допустимо уменьшать диаметр выходного отверстия фторопластовой трубки? Вспомнив, как это делалось в советские времена, я вытянул пару трубок с уменьшенными диаметрами выходных отверстий. Теперь, при случае, проверю, как они себя поведут при такой печати.

Вот такое необычное творение получилось. Может показаться, что этот способ из разряда «что-нибудь придумаем - может где пригодится»). Только, если мне ещё раз понадобится похожая деталь, я её опять буду печатать без сопла...