Разборные катушки для филамента Greg

Доброго всем дня.

Покупая филамент в мотках первое с чем сталкиваешься, так это с проблемой как этот моток пристроить на принтере. Кто-то скачивает готовые stl-файлы и печатает разборную катушку. Кто-то делает разборную из б/у катушки. Кто-то перематывает на пустую катушку (хотя и здесь всё равно нужна разборная катушка). В конце концов кто-то сам себе моделирует и печатает катушку по своим хотелкам.

В моём случае всё пошло по первому пути. Если быть точным, это была одна из катушек от Svold'а, её скачал и распечатал мой брат. Да, у неё были некоторые недостатки, самым главным из которых были рёбра жёсткости - они цеплялись за стяжки при закручивании катушки, чем немного раздражали. Но в целом она устраивала. И вот совсем недавно случился ещё один "недостаток" - она сломалась. Не то чтобы совсем, но всё таки: у первой половины один сектор отвалился, у другой - одна из спиц отделилась в узком месте. Роняли иногда...

Печатать её ещё раз не хотелось, альтернативы здесь тоже не в полной мере устраивали. Варианты, что были на сайте производителя филамента Greg совсем расстроили. Их там аж целых три штуки. Первая мне не подходила совсем - она для маленьких мотков. У второй не было отверстий для фиксации филамента и место соединения половинок выпирало внутри оси катушки, что явно не способствовало устойчивости катушки на держателе Эндера. Третья была под шпильку, но это особенность катушки. А вот то что она (если верить Куре) скорее всего стягивалась до 50 мм между стенками - это недоработка. К слову вторая катушка Greg'а имела внутреннюю ширину 56 мм, катушка Svold'а - 55 мм с постепенным расширением до 58 мм к краям катушки. Вес (особенно при 100% заполнении) тоже не был в пользу катушек Greg'а. Как и размер в 230 мм.

После этого было принято решение пойти по пути самостоятельного моделирования.

Для начала надо определится с требованиями к будущей катушке:

• Катушка должна соответствовать размерам 400-метрового мотка филамента от Greg'а.
• Наружный диаметр катушки 210 мм.
• Посадочное место катушки 40 мм, как у катушки от Svold'а.
• Соединение половин катушки - резьбового типа. По возможности, продумать другие типы соединения.
• Стяжки не должны сильно мешать сборке катушки.
• Опираться на держатель должна только одна половина катушки.
• При случайном ослабевании соединения половин катушки исключалось бы попадание филамента между половинками вплоть до полного разъединения половин.
• Отверстия для фиксации конца филамента должны быть в достаточном количестве и не способствовать залому филамента.
• Вес и прочность по возможности должны быть аналогичными катушке от Svold'а.

Стенка катушки

Не смотря на то, что начал с проработки совсем другой детали, описание начну именно с проектирования боковин катушки. Она представляет собой шестиспицевое колесо с внешним диаметром 210 мм и толщиной 4 мм, местами толщина урезана до 3 мм. Размеры лучей взял наобум, углы скруглил где только смог. Здесь всё банально, за исключением отверстий под филамент - они не круглые, а вытянутые (подсмотрел на катушке FDPlast'а).

Чтобы пруток нормально входил сделал отверстия наклонными продольно.

Уже после опробования, в конечной версии немного раздвинул отверстия относительно оси спицы.

Внутренняя часть катушки

Немного повозившись со штангенциркулем и примерочными моделями определился с расстоянием между стенками (57 мм) и диаметром барабана (85 мм), на который одевается моток. Формой барабана был выбран полый цилиндр со сплошной стенкой и расширением сверху и снизу. Сама же катушка состоит из двух половин разной высоты - нижняя и верхняя.

Нижняя половина, она же основание (в файлах обозначена буквой M, от слова male), включает в себя полностью осевую втулку и почти всю рабочую ширину барабана.

Верхняя половина, она же крышка (в файлах обозначена буквой F, от слова female), имеет закрывающую барабан юбку и одевается на втулку основания. При этом она никак не опирается на держатель для катушки на принтере, так сделано чтобы уменьшить вероятность саморазборки катушки во время работы принтера. Была подобная ситуация со старой катушкой, скорее всего просто недокрутили при сборке и она начала раскручиваться, витки филамента попали между половинами катушки и затянуть нормально уже не получалось (вылечили полной разборкой). В моей конструкции филамент попадёт между половинами только при полном разъединении половин.

Половины катушки соединяются между собой при помощи трёх ниток однозаходной резьбы с шагом в 3 мм. Саму резьбу выполнил на внутренней стенке барабана, а не на осевой втулке.

Плюсы такого соединения:

• Не нужны никакие сторонние детали, только то что напечатано.
• Разборка/сборка катушки простая и не требует никаких инструментов.

Минусы:

• Стяжки хоть и незначительно, но будут мешать при сборке/разборке катушки.
• Ненулевая вероятность саморазборки катушки при недостаточной затяжке.
• Точность позиционирования половин друг относительно друга расстраивает внутреннего перфекциониста.

Когда катушка была уже практически готова к печати, поступило предложение - сделать выемки по краям барабана для облегчения продевания стяжек при снятии мотка с катушки.

Всё, теперь катушка готова, напечатана и даже опробована.

Вес катушки получился сравним со старой. При 30% заполнении 217 гр, при 100% - 247 гр.

Stl-файлы доступны для скачивания.

Теперь можно проработать другие варианты соединения половин. Забегу наперёд и скажу, что целиком другие варианты катушек не печатал, только функциональные узлы.

Второй вариант соединения

Идея второго варианта стыковки половин катушки была навеяна гайкой Богданова, вы её могли видеть на пожарных рукавах.

Здесь всё так же просто, как и с первым вариантом. Разница лишь в том, что для сборки/разборки нужно повернуть всего на четверть оборота. Количество выемок для стяжек пришлось урезать до двух на каждой половине.

Плюсы такого соединения:

• Не нужны никакие сторонние детали, только то что напечатано.
• Разборка/сборка катушки ещё проще, чем первый вариант и также не требует никаких инструментов.

Минусы:

• Стяжки хоть и незначительно, но будут мешать при сборке/разборке катушки.
• Вероятность саморазборки катушки (как и скорость нарастания последствий) при недостаточной затяжке выше, чем у первого варианта.
• Перфекционист всё также фрустрирует.

Вес катушки при 30% заполнении получился 208 гр, при 100% - 239 гр.

Stl-файлы доступны для скачивания.

Третий вариант соединения

Следующий вариант задумывался для исключения вероятности саморазборки с сохранением простоты соединения. Для этой цели в конструкцию должен быть внесён механизм запирания, т.е. защёлка. К сожалению, шевеления извилинами не смогли выдать подходящий компактный, надёжный и долговечный пружинный механизм из пластика, а значит нужны сторонние материалы. Таким материалом оказалась легкодоступная пружинка от кремневой зажигалки.

Диаметр пружины - 2,1 мм, длина в свободном состоянии - 28 мм. Вот она то и будет толкать защёлку. Ещё понадобятся несколько кусочков прутка филамента, но это совсем не проблема.

Собирается катушка просто: верхняя половина при повороте по часовой стрелке утапливает защёлку внутрь нижней половины и как только она (половина) доходит до упора, то освобождает защёлку, которая в свою очередь под действием пружины запирает верхнюю половину.

Разбирается тоже просто - достаточно нажать на защёлку и повернуть верхнюю половину против часовой стрелки до упора.

Чтобы пружина в защёлке могла работать, её нужно поджать. Для этого под защёлкой в нижней половине катушки предусмотрено отверстие, куда вставляют кусок прутка филамента длиной 35 мм и фиксируют с наружной стороны (лучше суперклеем, хотя можно попробовать оплавлением).

Если пружина имеет иную длину (не 28 мм), то длину подпора стоит соответственно изменить. А чтобы защёлка не захотела внепланово отправится куда-нибудь по своим делам, сбоку в барабан катушки вставляются фиксаторы кусков из того же филамента длиной 15 мм. Приклеивать их не надо, они никуда не должны деться, и прячутся под юбкой верхней половины катушки.

После печати желательно зашлифовать наждачкой ступеньки слоёв печати на сопрягающихся пологих скосах защёлки и верхней половины.

Плюсы такого соединения:

• Разборка/сборка катушки простая и не требует никаких инструментов.
• Вероятность саморазборки катушки сводиться практически к нулю.
• Собранные половины катушки имеют чёткое положение относительно друг друга (перфекционист доволен).

Минусы:

• Нужна пружина.
• Стяжки всё ещё незначительно мешают при сборке/разборке катушки.
• Получились часы с кукушкой.

Общий вес напечатанных деталей катушки при 30% заполнении получился 213 гр, при 100% - 250 гр.

Stl-файлы доступны для скачивания. Файл защёлки обозначен буквой L, от слова latch.

Четвёртый вариант соединения

Это уже один из традиционных типов сборки - на метизах, а именно на стандартных винтах и гайках с резьбой М3.

!!! Внимание: после печати нижней половины катушки необходимо пройти сверлом 3 мм отверстия под винты для удаления однослойной перегородки. Отверстия не сквозные!

Гайки вставляются в соответвующие пазы нижней половины катушки, а верхняя половина прижимается винтами. Винты впотай типоразмера М3х12, допускается использование М3х16. Винтов с гайками понадобиться по три штуки. Форма сопрягаемой поверхности половин катушки сделана для облегчения их позиционирования между собой.

Плюсы такого соединения:

• Максимально фиксированное соединение по сравнению с предыдущими вариантами.
• Собранные половины катушки имеют чёткое положение относительно друг друга.
• Стяжки не мешают.

Минусы:

• Нужны винты с гайками.
• Для сборки/разборки катушки нужна отвёртка.

Общий вес напечатанных деталей катушки при 30% заполнении получился 204 гр, при 100% - 235 гр.

Stl-файлы доступны для скачивания.

Следующие два варианта соединения предназначены для сборки катушки на шпильке. Предусмотрены размеры М8, М10 и М12. В нижней половине катушки сделано место под соответствующую гайку, при этом гайка будет выступать из катушки на 1,5-2 мм. При печати нужны будут поддержки в месте под гайку.

В верхней половине сделана площадка под шайбу (без заглубения).

Пятый вариант соединения

Простая катушка, без особых изысков. При сборке, перед затяжкой шпильки, нужно обязательно совместить выступы/пазы половин катушки.

Общий вес напечатанных деталей катушки под М8/М10/М12 при 30% заполнении получился 199/201/204 гр, при 100% - 231/233/237 гр.

Stl-файлы доступны для скачивания.

Шестой вариант соединения

А эта катушка понадобиться для того случая, когда нужно хранить катушку со снятой шпилькой, и чтобы при этом она не разделялась.

Перед установкой шпильки, катушку необходимо будет собрать, повернув верхнюю половину по часовой стрелке до упора и вставив в отверстие фиксатор из куска прутка филамента. При необходимости разборки катушки фиксатор вынимается (если есть за что вытянуть) или проталкивается дальше до его выпадения. Длина фиксатора 14 мм, отверстие под фиксатор желательно пройти сверлом 1,8 мм.

Общий вес напечатанных деталей катушки под М8/М10/М12 при 30% заполнении получился 207/209/211 гр, при 100% - 238/241/245 гр.

Stl-файлы доступны для скачивания.

Итоги

Результатом работы остался доволен с некоторыми оговорками.

Все поставленные цели были достигнуты, разве что прочность полноценно не проверял. Уронить, конечно, уже успел. Без последствий, но она была пустая.

Нашёл слабое место - тонкая часть юбки в верхней крышке, которую можно повредить по слоям печати. Но это только на разобранной катушке, поэтому забил как на несущественную проблему.

Обнаружилась незапланированная фича -  относительно небольшая ширина позволяет собранную катушку положить в коробку от мотка.

Надеюсь, кому-нибудь пригодятся результаты моих экспериментов.