Иными словами, сложилась ситуация, когда столь любимый 3D-печатниками принцип аутсорсинга «пускай другие свою голову ломают, а я потом их результатами попользуюсь» больше не работал...

Мы сыны равнины дикой, мы враги прямых путей... 

Причины разработки

Почти три года достаточно активного использования мной 3D-принтера ZAV-mini наглядно продемонстрировали, что это очень хороший принтер, но у него есть 2 особенности, касающиеся обдувов печатаемых деталей:

1. Габаритные ограничения принтера. То, что можно назвать ограничениями со стороны «служебных габаритов», предназначенных для размещения всевозможных частей и механизмов. Всё сделано очень компактно и из-за этого не получается использовать популярные обдувы на 2-х центробежных вентиляторах (турбинках) 4010 без частичной потери области печати. А потеря области печати, как известно — это очень обидно!
2. К сожалению, в сообществах ZAV и UNI (напомню, что в них используются взаимозаменяемые радиаторы) нет, на мой взгляд, предложений работоспособных, эффективных и удобных вариантов обдувов с одним осевым/аксиальным вентилятором, устанавливаемым под углом.

Поскольку первая особенность неустранима, приходится (с учётом второй особенности) использовать какой-нибудь обдув с одним вентилятором, устанавливая на него наиболее мощные из имеющихся в природе вентиляторов 40xx, например такие, как SUNON 4015 (14 тысяч оборотов в минуту). Но и это помогает далеко не всегда, ибо всё-таки дуют «не так» и «не туда».

Поэтому периодически возникал простой и, в общем-то, логичный и понятный вопрос: «Как быть в такой ситуации? Неужели нужно менять принтер?» Ответ на него был не менее прост и понятен: «Если нет готового обдува, то нужно сделать свой!» И ведь делают! За годы производства 3D-принтеров ZAV и UNI одновентиляторных вариантов обдувов наизобретали достаточно много, вот только с реальной эффективностью работы там или почти беда, или совсем беда.

Иными словами, сложилась ситуация, когда столь любимый 3D-печатниками принцип аутсорсинга «пускай другие свою голову ломают, а я потом их результатами попользуюсь» не работает. Для меня это означало, что придётся самостоятельно разрабатывать хороший, эффективный обдув. И делать это со всей возможной тщательностью инженерного подхода.

Цели разработки

1. Создать эффективный, оптимизированный вариант одновентиляторного обдува для 3D-принтеров ZAV-mini и других 3D-принтеров, в которых применяются совместимые радиаторы хотэнда (это, как минимум, линейки 3D-принтеров ZAV и UNI).
2. Постараться избавиться от необходимости использовать самые мощные вентиляторы (такие, как SUNON 4015 и им подобные).

Процесс проектирования

В ходе проектирования сначала была подобрана приблизительная компоновочная геометрия обдува. Затем она была реализована уже в виде твердотельной модели в CAD-системе.

Далее полученная модель обдува пошагово оптимизировалась и уточнялась при помощи симуляции физических процессов работы обдува (то есть при помощи математического моделирования и визуализации его результатов).

По результатам каждого этапа моделирования и симуляции в модель вносились очередные изменения и корректировки, затем цикл оптимизации повторялся. И так до тех пор, пока не был получен требуемый результат.

На заключительном этапе проектирования печатались тестовые версии обдува, на которых в реальных условиях 3D-печати проверялись и уточнялись различные нюансы, касающиеся, например, габаритных ограничений и удобства обслуживания хотэнда.

Версия 4.2.3 стала релизом.

Цикл разработки от первого макета в CAD до рабочего варианта обдува занял в общей сложности больше месяца.

- Как-то это всё сложно, долго и муторно, - скажет иной читатель.

- Да, всё так, - отвечу ему я.

Домашнее тестирование

Качество работы обдува проверялось путём печати специальных моделей. Использовалось латунное сопло 0,4 мм, толщина слоя 0,2 мм, пластик eSun PLA+, температура сопла 215°С, обдув печати до 55% (в зависимости от времени печати слоя), обдув на мостах 80%.

Тесты перечислены в порядке их проведения.

Печать нависаний

Модель с углами нависания, изменяющимися от 45° до 85° с шагом 5°. Была напечатана для предварительной оценки результатов с первой бета-версией обдува, после этого больше не использовалась. 

Результаты:

• Хорошее качество печати вплоть до угла нависания 70°.
• Приемлемое качество печати для углов нависания более 70° вплоть до 75°.
• Неприемлемое качество печати для углов нависания более 75°.

Печать мостов

Модель с мостами различной длины, до 50 мм.

Результаты:

• Все мосты данной модели напечатались технически хорошо.
• Красными точками отмечены мосты, где провисания нити появились из-за слайсера  (не было отключено снижение скорости печати для «коротких» слоёв).

Печать малоразмерных объектов, склонных к перегреву и оплыванию формы

Модели в виде кубика 20х20х20 мм, в который вставлен фрагмент замка (или крепостной стены).

Результаты:

Ссылка на видео.

• Отсутствие оплываний и искажений формы маленьких «островков» печати.
• Хорошая проработка нависаний.

Стороннее тестирование

К моему большому сожалению, сторонний тест в Минске невозможно считать полноценным. Было проведено три сеанса печати (мой обдув с Sunon 4010, с Sunon 4015 и «контрольный» обдув тестировщика с двумя «турбинками» 4010) из BF PLA при температуре 220°С, по одной тестовой модели кубика с замком внутри на сеанс. Результаты продемонстрировали, что с перегретым пластиком PLA не смог справиться даже собственный (контрольный) обдув тестировщика.

Тем не менее, кое-что всё же удалось записать в актив:

• Были выявлены (и сразу же исправлены) некоторые габаритные ограничения обдува.
• Аксиального (осевого) SUNON 4010 окажется, скорее всего, недостаточно. Надо будет проверить этот вариант ещё раз, но когда-нибудь потом. Сейчас на это уже нет времени.
• В очередной раз подтверждёна истинность труизма «хочешь сделать хорошо — делай сам».

Результаты разработки обдува

К сожалению, удалось достичь не всех поставленных целей.

1. Разработка оптимизированного, эффективного обдува — успешная реализация.
2. Отказ от обязательного использования вентиляторов SUNON 4015 (или аналогичных по производительности) — реализовано частично (примечание ниже), на данном этапе можно считать, что не реализовано. Необходимость применять вентиляторы SUNON 4015 (либо аналогичные) сохраняется по-прежнему.

В принципе, использование вентиляторов 4010 с данным обдувом возможно, но только с оговорками: на маленьких скоростях печати и без перегрева пластика. По этой причине использование вентиляторов 4010 мной не рекомендуется. Если же вы всё-таки решите их использовать, то вы будете делать это исключительно на свой страх и риск, и никакие претензии к качеству работы данного обдува приниматься не будут. И не забудьте сообщить о своих результатах :)

Заключение

Данный обув может применяться не только в принтерах ZAV-mini, но и в любых 3D-принтерах, оснащённых радиатором хотэнда ZAV или UNI (они совместимы и взаимозаменяемы). 

С ним должен использоваться осевой (аксиальный) вентилятор Sunon размером 4015 (40х40х15 мм), либо аналогичный ему по размерам и производительности. Обдув используется вместе с устанавливаемым на вентилятор конфузором (в заметке он не рассматривался). Вентилятор устанавливается под углом, что позволяет более эффективно использовать служебное пространство 3D-принтера.

Обдув печатается из пластика ASA/PC (Filamentarno Антипирен UL94 V-0), крайне удачно сочетающего такие качества, как термостойкость, прочность и (как очень хороший бонус) негорючесть. В отверстия крепления вентилятора вплавляются латунные резьбовые втулки М3, в отверстиях «лапки» для крепления концевика оси X нарезается резьба М2.

Модель данного обдува не будет выкладываться в public domain, но желающие смогут приобрести его как готовое изделие.