Замітка про direct-drive екструдерах.
На фото популярний екструдер в народі MK8 Extruder, який в комплекті з мотором коштує приблизно $ 18 на Aliexpress c беплатной доставкою тут
Для початку трохи теорії. Завдання будь-якого екструдера подавати пластик рівномірно в необхідній кількості. Що цьому іноді заважає.
1) В'язкість розплаву пластику в соплі. Якщо пластик тільки-тільки почав переходити з твердого стану в рідке він більше схожий на пластилін, самостійно нікуди не тече. Якщо температуру підняти - пластик ставиться менш в'язким і може під дією гравітації витікати з сопла. Якщо температуру підняти ще вище - пластик почне розкладатися на складові і неприємно пахнути. Зазвичай намагаються друкувати при мінімальній температурі.
2) Діаметр сопла. Чим менше сопло тим більше зусиль потрібно щоб проштовхнути через нього пластик.
3) Сили тертя в каналі між соплом і механізмом подачі прутка. Цей канал називається термо-бар'єр. Часто в китайських екструдерах термобарьер є суцільнометалеву втулку. Щоб зменшити сили тертя в термобарьер вставляють фоторпластовую трубку, саме такі термобарьерамі нас повинні цікавити. Переконайтеся що у Вас саме такий.
4) Сила з якою потрібно проштовхнути пластик між зубчастої шестернею екструдера і притискним роликом. Якщо сильно закрутити регулювальний гвинт на екструдері, то гарантоване не буде прослизання прутка, але при цьому частина потужності двигуна буде витрачається щоб проштовхнути пластик між зубчастої шестернею і притискним роликом. Якщо ж притискної сили буде недостатньо, екструдер буде крутиться вхолосту і гризти пруток.
Але найголовніший в екструдері звичайно ж кроковий двигун, саме від його потужності залежить - пройде пластик або не пройде.
Якщо Ви як і я друкуєте дрібні деталі, соплом 0.3мм або 0.2мм, то нам потрібен мотор який буде одночасно і потужним і точним, щоб можна було друкувати шарами 0.05мм і навіть 0.02мм. Звичайний кроковиках не підійде тому що сили його мікрошага буде недостатньо щоб продавити пластик. Так що, мій вибір припав на кроковиках з 400 кроками на один оборот від компанії Wantai (замість 200 у звичайних 1.8 градусних кроковиках). Згідно даташіту він розвиває зусилля 4.8 Кг на см. Хоча як на мене - брешуть китайці, швидше за все там 4.2 Кг, у всякому разі продавці частіше вказують 4.2кг. 42BYGHM809
З ним друк ABS шаром 0.05 виглядає ось так:
Шар 0.02 лягає так само, але в гру вже вступає якість пластика.
Здавалося б на цьому і все, і я нічого нового не сказав. Я теж так думав: зазначений вище мотор і екструдер, термобарьер з фотораплостовой втулкою, відрегулював притиск і температуру, але не злетіло. При друку соплом 0.2мм екструдер стукав - довелося підвищити температуру, але і це не врятувало і реальність шаром 0.1 мм на швидкості 30мм / с була жорстока:
Шари лягають з нахлестом, чітко видно діагональні лінії. Ситуацію рятувало якщо друкувати дуже повільно (15мм / с і нижче). Що ж не так.
Виявилося, проблема в одній непримітною маленької детальці.
Якщо коротко, то чим більше діаметр зубчастої шестерні, то з меншою силою мотор проштовхує пластик. З шестірнею як на фото, 4кг мотор може розвинений тиск всього 1.8 кг. тобто в ДВА рази менше ніж ми від нього очікуємо.
Графік демонструє зусилля з яким 4кг мотор і ця шестерня можуть рівномірно проштовхувати пластик.
Якщо ж зусилля треба більше, то мотор працює з пропусками і графік подачі пластика вже ось такий (пропуск мікрошагов):
Це проявляє у вигляді напливів і хвиль які мають чітко періодичний характер. (Діагональні лінії, шари лягають хвилями навіть якщо механіка працює ідеально точно)
Ну а якщо друкуємо перший шар, який ми хочемо "вмазати" в платформу для кращої адгезії, мотор починає пропускати кроки і стукати:
Бачимо, що якщо необхідне зусилля вище 2.5 кг мотор пропускає і мікрошагі і повні кроки, тобто просто тисне пластик із зусиллям 2.5кг і не крутиться.
Рішенням даної проблеми просте, потрібно шестерню у якій діаметр якомога менше. Власне це і є останній важливий інгредієнт для хорошого екструдера. З шестірнею MK8 від екструдера можна отримати розрахункові параметри по потужності і тиску.
На графіках видно, що з цієї шестернею мотор стабільно тисне пластик із зусиллям 4.2кг, а для зупинки мотора потрібно докласти зусилля 4.8кг то що ми від мотора і очікували.
Тепер у нас є всі інгредієнти для хорошого екструдера, перерахую: потужний мотор підвищеної точності (0.9 градусів на 1 крок), термобарьер із фторопластовою втулкою, шестерня MK8, оптимально відрегульований притиск ролика і виставлена правильна температура, а для швидкого друку - поставлено сопло великого діаметра .
П.С. Є й інші варіанти як підвищити зусилля і рівномірність проштовхування пластика екструдером, найчастіше це підвищення потужності двигуна за допомогою редуктора, але вартість зростає вже в рази.