Готовим экструдер правильно

Заметка об direct-drive экструдерах.На фото популярный экструдер в народе MK8 Extruder, который в комплекте с мотором стоит примерно $18 на Aliexpress c беплатной доставкой здесьДля начала немного теории. Задача любого экструдера подавать пластик равномерно в нужных дозах. Что этому может мешать ?

1) Вязкость расплава пластика в сопле. Если пластик только-только начал переходить из твердого состояния в жидкое он больше похож на пластилин, самостоятельно никуда не течет. Если температуру поднять - пластик ставится менее вязким и может под действием гравитации вытекать из сопла. Если температуру поднять еще выше - пластик начнет разлагаться на составляющие и неприятно пахнуть. Обычно стараются печатать при минимальной температуре.

2) Диаметр сопла. Чем меньше сопло тем больше усилий нужно чтобы протолкнуть через него пластик.

3) Силы трения в канале между соплом и механизмом подачи прутка. Этот канал называется термо-барьер. Часто в китайских экструдерах термобарьер представляет собой цельнометаллическую втулку. Чтобы уменьшить силы трения в термобарьер вставляют фоторпластовую трубку, именно такие термобарьеры нас должны интересовать. Убедитесь что у Вас именно такой.

[IMG ID=69819 WIDTH=219 HEIGHT=220]

4) Сила с которой нужно протолкнуть пластик между зубчатой шестерней экструдера и прижимным роликом. Если сильно закрутить регулировочный винт на экструдере, то гарантировано не будет проскальзывания прутка, но при этом часть мощности мотора будет тратится чтобы протолкнуть пластик между зубчатой шестерней и прижимным роликом. Если же прижимной силы будет недостаточно, экструдер будет крутится вхолостую и грызть пруток.

Но самый главный в экструдере конечно же шаговый двигатель, именно от его мощности зависит - пройдет пластик или не пройдет.

Если Вы как и я печатаете мелкие детали, соплом 0.3мм или 0.2мм, то нам нужен мотор который будет одновременно и мощным и точным, чтобы можно было печатать слоями 0.05мм и даже 0.02мм. Обычный шаговик не подойдет потому что силы его микрошага будет недостаточно чтобы продавить пластик. Так что, мой выбор пал на шаговик с 400 шагами на один оборот от компании Wantai (вместо 200 у обычных 1.8 градусных шаговиков). Согласно даташиту он развивает усилие 4.8 Кг на см. Хотя как по мне - врут китайцы, скорее всего там 4.2 Кг, во всяком случае продавцы чаще указывают 4.2Кг. 42BYGHM809[IMG ID=69821 WIDTH=292 HEIGHT=292]С ним печать ABS слоем 0.05 выглядит вот так:

[IMG ID=69817 WIDTH=407 HEIGHT=306]

Слой 0.02 ложится так же, но в игру уже вступает качество пластика.

Казалось бы на этом и все, и я ничего нового не сказал ? Я тоже так думал: указанный выше мотор и экструдер, термобарьер с фотораплостовой втулкой, отрегулировал прижим и температуру, но не взлетело. При печати соплом 0.2мм экструдер стучал - пришлось повысить температуру, но и это не спасло и реальность слоем 0.1мм на скорости 30мм/с была жестока:

[IMG ID=69818 WIDTH=390 HEIGHT=435]

Слои ложатся с нахлестом, отчетливо видны диагональные линии. Ситуацию спасало если печатать очень медленно (15мм/с и ниже). Что же не так ?

Оказалось, проблема в одной неприметной маленькой детальке.Если кратко, то чем больше диаметр зубчатой шестерни, тем с меньшей силой мотор проталкивает пластик. С шестерней как на фото, 4кг мотор может развит давление всего 1.8 кг , т.е. в ДВА раза меньше чем мы от него ожидаем.График демонстрирует усилие с которым 4кг мотор и эта шестерня могут равномерно проталкивать пластик.

Если же усилие надо больше, то мотор работает с пропусками и график подачи пластика уже вот такой (пропуск микрошагов):Это проявляет в виде наплывов и волн которые имеют четко периодический характер.(диагональные линии, слои ложатся волнами даже если механика работает идеально точно)

Ну а если печатаем первый слой, который мы хотим 'вмазать' в платформу для лучшей адгезии, мотор начинает пропускать шаги и стучать:Видим, что если необходимое усилие выше 2.5 кг мотор пропускает и микрошаги и полные шаги, т.е. просто давит пластик с усилием 2.5кг и не крутится.

Решением данной проблемы простое, нужно шестерню у которой диаметр как можно меньше. Собственно это и есть последний важный ингредиент для хорошего экструдера. С шестерней MK8 от экструдера можно получить расчетные параметры по мощности и давлению.

[IMG ID=69827 WIDTH=225 HEIGHT=223]

Результаты тестирования:На графиках видно, что с этой шестерней мотор стабильно давит пластик с усилием 4.2кг, а для остановки мотора нужно приложить усилие 4.8кг то что мы от мотора и ожидали.

Теперь у нас есть все ингредиенты для хорошего экструдера, перечислю: мощный мотор повышенной точности (0.9 градусов на 1 шаг), термобарьер с фторопластовой втулкой, шестерня MK8, оптимально отрегулирован прижим ролика и выставлена правильная температура, а для быстрой печати - поставлено сопло большого диаметра.

В статье использованы графики из исследования. Оригинал здесь. http://airtripper.com/1676/3d-printer-extruder-filament-drive-gear-review-benchmark/П.С. Есть и другие варианты как повысить усилие и равномерность проталкивания пластика экструдером, чаще всего это повышение мощности двигателя с помощью редуктора, но стоимость растет уже в разы.