Быстросъемные инструменты для 3D принтера

Иногда возникает ситуация, когда требуется заменить хотэнд. Например если сопло забилось, а нужно срочно продолжать печать, или потребовался для печати другой диаметр сопла/тип экструдера. Был выбран вариант реализации быстрой замены всего узла с инструментом принтера. Так же данное решение позволяет использовать дополнительные возможности принтера и поставить лазер вместо хотэнда или даже дремель. Хочу поделится своей реализацией крепления хотэнда с разъёмным соединением для относительно быстрой замены инструментов на «голове» принтера. Данное решение я использую на всех своих принтерах около двух лет.

На данный момент крепление реализовано для следующих инструментов:

1) Bowden E3D V6 (несколько вариантов: 0.4 цельнометаллический для ABS, 0.4 тефлон для PLA, 0.4 со стальным соплом для PET, 0.8 Volcano)

2) Direct E3D V6

3) Двойной bowden E3D V6

4) Лазерный диод (для резки, гравировки, засветки фоторезиста)

5) Индикатор часового типа (для юстировки принтера)

6) Дремель (для сверления отверстий в печатных платах)Инструмент на базе устанавливается на два направляющих вала и электрический разъем. Прижим осуществляется двумя винтами М3 на лицевой стороне. От фиксации других типов в итоге пришлось отказаться, поскольку либо не обеспечивался достаточный прижим, либо сильно увеличивался вес и габариты конструкции, а для 3D принтера вес 'головы' очень критичный параметр.На этапе разработки у меня были сомнения: обеспечит ли пластик необходимую жёсткость конструкции, ведь изначально данный узел был исполнен из алюминиевого уголка. После первой печати сомнения были развеяны - качество не пострадало.

Примеры печати можно посмотреть в конце статьи https://3dtoday.ru/blogs/chufyrin/3d-printer-with-a-fixed-table/

В основе конструкции лежит распространённый девятиконтактный D-sub разъём, который ранее присутствовал в ПК (COM порт), а сейчас продолжает использоваться в промышленности. Стоит он копейки, легко найти в местном радио магазине. Токовые характеристики подходящие у большинства производителей разъёмов: 5A на контакт, провода до 20AWG. Этого вполне хватает для нагревателя E3D V6 у которого максимальный ток примерно 3.3А при 12 вольтах питания, а при 24 и того меньше. Это в теории, на практике разъем не греется, падение напряжения на разъёме мультиметр не зафиксировал. Распиновка:

1 - земля вентилятора обдува

2 и 3 - плюс блока питания

4 и 5 - земля для вентилятора охлаждения хотэнда и терморезисторов

6 - земля нагревателя первого хотэнда

7 - терморезистор первого хотэнда

8 - терморезистор второго хотэнда

9 - земля нагревателя второго хотэнда

База может быть со встроенной Z-probe, в этом случае через шлейф заводится еще +5 вольт, сигнал оптического концевика и ШИМ сигнал сервопривода. Так же на базу приходит сигнал с концевика оси X.

Лазерный диод управляется выводом вентилятора обдува детали, данная схема поддерживается в Marlin.

Силовые провода желательно гибкие, например ПВ-4 или провода в силиконовой изоляции для моделистов. Я использовал акустические провода с очень тонкими и мягкими жилами.

Кроме разъёма и винтиков М3 из не печатных деталей ещё присутствуют два кусочка вала из CD-ROM длинной по 2 см для точного позиционирования и надёжной фиксации инструмента, 4 гайки М3, 2 винтика М3 для фиксации валов и 4 винтика М3 для крепления к рельсе. В следующей версии планирую установить латунные втулки на фиксирующие валы для увеличения ресурса по монтажу/демонтажу, хотя существующие детали (втулки под валы из пластика) проработали уже более года и видимого износа пока нет.

В данном исполнение, вероятно, крепление применимо для принтеров 3D-Sprinter. После нехитрых доработок может быть применено на любых других H-bot, Core-XY и прюшоподобных принтерах.

Z-probe

Z-probe опциональна и реализована на оптическом концевике. Перекрывает оптический концевик обрезок вала 3мм диаметром извлечённый из того же CD-ROM. В сложенном состояние вал втянут в конструкцию. Втягивается вал сервомашинкой за тонкую ниточку (у меня использован кусочек рыболовной лески с наплавленным шариком на кончике, но подойдёт и обычная нитка). К рычагу сервомашинки ниточка привязывается, а к валу просто прикладывается конец и оборачивается 3мм полоской алюминиевого скотча, так же полосочка скотча выполняет функцию стопора.База, вид сзади

Вал перемещается в латунных втулках которые изготавливаются в домашних условиях из старых сопел хотэнда. Сначала сверлом 3 мм сопло рассверливается насквозь, затем ножовкой или дремелем с отрезным диском спиливается шестигранник. Последний штрих - пропил шлица под плоскую отвёртку тем же дремелем или ножовкой.Изготовление втулки

Их потребуется 2 штуки. Если вал в итоге не будет свободно перемещаться внутри втулки то можно погонять его во втулках шуруповёртом с добавлением пасты ГОИ. Чтобы точно позиционировать втулочки относительно друг друга в пластиковой детали базы их можно нагреть непосредственно или через вал и подогнать с установленном валом в слегка расплавленном пластике детали базы. Вал должен свободно под собственным весом 'пролетать' через втулочки и при этом не люфтить. Повозившись в течение получаса можно легко добиться необходимого результата. Или пойти более простым путём: распечатать деталь без втулок и расшарошить отверстия в пластике для получения того же эффекта.

Точность по версии Marlin:

M48 Z-Probe Repeatability Test

Finished!

Mean: 0.006875 Min: 0.006 Max: 0.012 Range: 0.006

Standard Deviation: 0.001875

Об этом я уже писал в статье про принтер с неподвижным столом.

Direct экструдер

Важно иметь direct экструдер когда требуется печатать гибкими материалами, я применяю его при печати прутком TPU.В случае применения direct экструдера проводка к шаговому двигателю подводится отдельным шлейфом - переключается с мотора bowden экструдера. Это сделано что бы не утяжелять шлейф и не устанавливать второй разъем, незадействованный в большинстве случаев.

Дремель

Установка дремеля в качестве инструмента может быть спорной для многих принтеров. Фрезеровать им удастся разве что мягкие материалы из за недостаточной жесткости принтера. Но у меня такой инструмент используется для сверления отверстий в печатных платах. Плат насверлено уже прилично и принтер пока не сломал ни одного сверла.

Видео сверления печатной платы, применяются сверла 1мм и 0.3мм для переходных отверстий (ускорено в 2 раза) https://youtu.be/wdoe_wS5iAcПоследний результат после травления

Двойной экструдер

Двойной экструдер пока в альфа версии. В свободное время я его буду дорабатывать. Пока не реализован механизм поднятия неактивного хотэнда. С фиксированными хотэндами печать требует немалых башен и может оставлять дефекты на распечатке.Печать двойным экструдером первая версия, доработки будут

Настройки слайсера

Проблема разной высоты хотэндов решается программно. Решение опробовано на прошивке Marlin. В слайсере заводятся отдельный принтер под каждый инструмент - хотэнд. Помимо изменения диаметра сопла указывается G-код изменения смещения по оси Z выполняемый перед началом печати M206 Z<СМЕЩЕНИЕ>. Смещение подбирается классическим способом с листочком бумаги между столом и соплом.

Обратите внимание, что для этого в настройках прошивки должны быть следующие строки:

#define min_software_endstops false

#define max_software_endstops false

Внимание! Берегите стол, проверяйте без установленного хотэнда.

Подробнее тут: https://airtripper.com/1799/marlin-firmware-home-offset-guide-using-g-code-m206/

В версии с Z-probe все ещё проще, изменения прошивки не требуются, достаточно лишь задавать смещение хотэнда относительно точки срабатывания Z-probe в начале печати командой M851 Z<СМЕЩЕНИЕ Z> Y10.

Модели для распечатки

База без Z-probe

http://chufyrin.hldns.ru/public/base-big-endstop-x.stl База с Z-probe

http://chufyrin.hldns.ru/public/baze-z-probe-v-4.stl http://chufyrin.hldns.ru/public/baze-z-probe-v-4-1.stl Bowden e3d v6

http://chufyrin.hldns.ru/public/e3dv6-1.stlhttp://chufyrin.hldns.ru/public/e3dv6-2.stl Direct e3d v6

http://chufyrin.hldns.ru/public/direct-1.stl http://chufyrin.hldns.ru/public/direct-2.stlhttp://chufyrin.hldns.ru/public/direct-3.stlДвойной экструдер

http://chufyrin.hldns.ru/public/dual-1.stlhttp://chufyrin.hldns.ru/public/dual-2.stlКрепление лазерного диода

http://chufyrin.hldns.ru/public/laser.stlКрепление часиков

http://chufyrin.hldns.ru/public/clock.stl Охлаждение e3d v6 и «штаны» обдува

https://www.thingiverse.com/thing:2449326Натяжитель ремня

https://www.thingiverse.com/thing:1784375