IDEX в квадрате: компания LightMake анонсировала FDM 3D-принтер с четырьмя независимыми головками

Новая экструзионная аддитивная система LightMake L4 предлагает еще более продвинутую альтернативу тулченджерам: вместо смены головок используется безременная схема с независимым позиционированием четырех экструдеров линейными двигателями и возможностью как многоцветной 3D-печати, так и одновременного построения до четырех изделий.

Традиционная кинематика IDEX предусматривает установку двух головок с отдельными приводами на общую направляющую, благодаря чему головки могут перемещаться независимо друг от друга по одной из осей — обычно X. Это открывает интересные возможности вроде 3D-печати двумя разными цветами или даже материалами, а также одновременного построения сразу двух изделий — либо идентичных, либо обратно симметричных. 

В 3D-принтере LightMake L4 используется тот же принцип, но вместо двух головок устанавливаются четыре — попарно на двух подвижных направляющих. Получается этакая альтернатива тулченджерам, только без необходимости в периодической смене головок, так как у каждой из них свой привод. Переход с одного материала на другой тут осуществляется даже быстрее: если тулченджерам обычно требуется около пяти секунд на парковку старой головки и стыковку новой с кареткой, здесь рокировка экструдеров занимает всего около одной секунды. 

При этом сохраняются все преимущества тулченджеров. Огромная накапливаемая экономия времени на переходах с одного материала на другой — одно из них, так как системам автоматической смены филамента может требоваться до пары минут на каждую такую операцию. Раз каждый филамент уже загружен в свой хотэнд, то нет и необходимости в прочистке от остатков предыдущего пластика, а это еще и значительная экономия расходных материалов. Наконец, температуру каждого хотэнда можно настраивать под конкретный полимер, а экструдеры с директ-подачей филаментов без труда справляются с эластомерами и растворимыми опорными материалами, так что имеется возможность построения моделей сразу из нескольких видов термопластов. 

Еще одна интересная особенность — приводы. Вместо ременных передач для позиционирования в горизонтальной плоскости используются линейные двигатели с магнитами, встроенными в направляющие. За счет обратной связи погрешности позиционирования не превышают одного микрометра. Система может выстраивать как многоцветные и мультиматериальные модели, так и до четырех изделий одновременно. Размер области построения достигает 354х370х386 мм, хотя, конечно, при одновременной 3D-печати нескольких моделей его придется делить между головками. Приводы рассчитаны на как минимум пятьдесят тысяч машино-часов. 

Помимо этого каждую из головок оснастили подъемным механизмом и заслонкой сопла, чтобы во время холостого перемещения они случайно не цеплялись за модели, не «сопливили» и не тянули паутину. Таким же образом регулируется высота сопел в процессе укладки. Чтобы переходы с одного материала на другой были максимально бесшовными, конструкторы добавили автоматическую калибровку прямо в процессе 3D-печати: уже уложенный материал сканируется оптическими датчиками, и система вносит поправки с точностью около тридцати микрометров.

Цветовую гамму можно дополнительно расширить собственной системой автоматической смены филамента FEDS (Filament Expansion & Dry System). Каждый модуль вмещает одну катушку и, как подсказывает название, оснащается нагревательными элементами для просушивания филаментов. В общей сложности можно подключить по четыре таких модуля к каждой из головок и либо расширить количество доступных оттенков до шестнадцати, либо печатать до четырех четырехцветных моделей одновременно, либо использовать какую-нибудь промежуточную комбинацию. Модули FEDS еще и обеспечивают защиту от пыли, так как в базовой комплектации катушки устанавливаются на открытые боковые кронштейны. FEDS также поддерживает распознавание катушек по RFID-меткам. Цена за такое расширение — повышение отходов, так как будет необходима периодическая очистка хотэндов. Также из-за более сложной траектории подачи с FEDS не рекомендуется использовать слишком эластичные или слишком ломкие филаменты.

С прошивкой сильно мудрить не стали и использовали модификацию опенсорсной Klipper вместе с алгоритмами активного гашения вибраций (Input Shaping). Система собирается на монолитной литой раме, обеспечивающей высокую жесткость конструкции. В режиме «зеркального» построения вибрации гасятся так эффективно, что на столик в процессе 3D-печати можно поставить ребром монетку. Максимальная заявленная скорость позиционирования — один метр в секунду с ускорениями до 20 м/с^2. Максимальная скорость укладки расплава — порядка 500 мм/с, на практике зависящая от используемого материала. Хотэнды развивают до 320°С и подходят для работы в том числе с угле- и стеклонаполненными композитами. 

В базовой комплектации аппарат идет с открытым верхом, но опционально предлагается колпак вместе с нагревателем для активной регулировки фоновой температуры в пределах до 65°С, что помогает стабилизировать геометрию печатаемых изделий — избегать коробления, расслоения и отрывов от рабочей поверхности при 3D-печати пластиками с высокой усадкой. Еще одна опция — система автоматической замены столиков с готовыми изделиями на пустые.

Технические характеристики 3D-принтера LightMake L4:

• Кинематика: двойная IDEX на линейных двигателях
• Количество головок: 4
• Максимальное количество филаментов: 4 (до 16 с использованием модулей FEDS)
• Размер области построения при одноцветной 3D-печати: 354х370х386 мм
• Размер области построения при многоцветной 3D-печати: 354х350х386 мм
• Максимальная температура хотэндов: 320°C
• Максимальная температура столика: 110°C
• Максимальная фоновая температура: 65°C
• Максимальная скорость позиционирования: 1000 мм/с
• Максимальная скорость укладки: 500 мм/с
• Максимальные ускорения: 20 м/с^2
• Диаметр сопел: 0,4 мм (стандартный), 0,2, 0,6, 0,8 мм (опциональные)
• Колпак: опциональный с нагревателем
• Прошивка: LightMakeOS на основе Klipper
• Программное обеспечение: слайсер на основе Оrca
• Дисплей: 6,5-дюймовый сенсорный
• Встроенная память: 4 Гб (eMMC)
• Вебкамеры: две с разрешением 1560х720
• Расходные материалы: ПЛА, АБС, АСА, ПЭТГ, термопластичные полиуретаны, полиамиды (нейлоны), поликарбонаты, ударопрочный полистирол, поливиниловый спирт, угле- и стеклонаполненные композиты, и другие

Наконец, компания предлагает еще и скучный вариант 3D-принтера под обозначением L1 — всего с одной головкой, но возможностью расширения до четырех филаментов через FEDS. В остальном система полностью аналогична четырехголовой L4. 

В настоящее время компания принимает заявки на краудфандинговой площадке Kickstarter, начало поставок намечено на ноябрь текущего года.