Июль 29

Direct-extruder с дистанционным приводом

Год назад мной был спроектирован Direct-экструдер для дельта-принтера с дистанционным приводом.

Ряд публикаций об этом мной был размещен на 3dtoday.ru по тегу tough-struder. Например — ЗДЕСЬ

Так как адекватности пользователей этого сообщества со временем становится не прибавляется, и это еще дополняется хамоватостью некоторых модераторов, публиковаться там до видимых подвижек хочется все меньше и меньше.

За концепцию был принят тросиковый привод с червячной конечной передачей крутящего момента для подачи прутка. Выпускаемые аналоги — Zesty Nimble и Flex3drive.

Почему было принято решение в реализации собственного концепта вместо приобретения готовых изделий:

  • в T-struder используется пара «сталь-полиацеталь»;
  • жесткое безлюфтовое крепление подающей шестерни на стальном же валу с возможностью доступной замены «сработанной» шестеренки от контакта с угле- и стеклонаполненными филаментами (оригинальное зубчатое колесико от Zesty стОит не один десяток $);
  • ну свои же силы попробовать тоже надо

Немногим более года назад «родился» на свет T-struder beta:

Фидер имел габариты 45х35.5×57.5 мм и вес около 72 грамм без учета тросового привода и его чехла. Почему без? Погоня за декларируемыми от Zesty 32 граммами становится бессмысленной, как только понимаешь, что еще 80-100 грамм некомпенсированной массы на эффектор добавляет тросик в чехле.

Фидер был опробован в деле и прожевал свои несколько километров филамента. В процессе использования были выявлены как плюсы (Direct-подача пластика с легкой и быстрой заменой прутка), так и минусы. Сложной была конструкция крепления гибкого вала к червячному винту (а при кручении вала на хороших ускорениях этот вал имеет обыкновение укорачиваться-удлиняться и иногда даже норовить выскочить из гнезда), также коэффициент редукции в 1:25 с подающим зубчатым колесом MK8 диаметром по желобку в 7.5 мм:

  • делает проблемной скоростную подачу прутка для сопел диаметром 1 мм и более;
  • ограничивает скорость ретракта величиной 15-20 мм/с;
  • вызывает сильный стук двигателя при ретрактах (очень назойливо звучит, особенно если ретрактов много);
  • почти однозначно требует использования 32-bit электроники, т.к. обработка при микростеппинге 1:16 движений экструдера при почти 4000 шагов/мм сильно нагружает слабенькие 8-ми битные «мозги» Mega 2560;
  • на привычных скоростях (ускорениях) работы фидера начинает замечаться влияние упругости на кручение гибкого вала и приходиться снижать общую скорость печати.

Габариты фидера требуют использования большого эффектора для дельта-принтера (с показателем effector offset 32…35 мм), что затрудняет применение этого фидера на компактных дельта-принтерах.

Проект был творчески переработан и получилось вот так:

Фидер после переработки с использованием миниатюрных подшипников и «переезда» узла прижима прутка на другую сторону подающего зубчатого колеса имеет габариты 36.5х29.9×51 мм и вес около 57 грамм. Частично открытый механизм позволяет продувать конструкцию фидера от крошки филамента. Муфта соединения червячного винта с гибким валом выполнена жестко фиксируемой металлической. Также уменьшен максимальный вылет габаритов от оси филамента с 37 до 25 мм, что позволит:

  • устанавливать фидер на стандартные эффекторы с показателем delta_effector_offset в 25 мм;
  • в дальнейшем спроектировать двойной симметричный фидер для двойного же хотэнда из двух E3Dv6 или по типу «Химеры» или «Циклопа».

Примерочный фидер отпечатан, доработан напильником и ждет установки для пробега.

Июнь 16

Klipper без USB. Интеграция «апельсинки» в 3D-принтер.

Оценив вычислительную мощь полноценного процессора под управлением Klipper по сравнению с микроконтроллером (пусть даже и 32-битным), и пару раз сорвав висящую на проводах «малинку» в процессе печати со своего дельта-принтера, было принято решение об интеграции этой железячки («малинки») в конструкцию аппарата.

Задачи:

— размещение «малинки» (по факту — «апельсинки» OrangePi Zero) на принтере стационарно, с доступом к USB и Ethernet портам;


— вывод от платы управления (MCU, у меня MKS 1.4) внешнего разъема USB наружу для обеспечения возможности обратной миграции на Marlin или другую прошивку;


— установка независимого блока питания (БП) для «малинки» с целью дальнейшей аппаратной интеграции (реализовать включение-выключение принтера от «малинки», а также аппаратные кнопки предпрогрева и аварийного останова печати);


— подключение MCU к «малинке» по последовательному порту через пины Rx/Tx.

Первые поставленных три вопроса были решены получасом в Fusion360, 5 часами печати и получасом сборки-разборки.

Комплектующие:

  • «мозг» — плата Raspberry Pi3, заказанная с Aliexpress и впоследствии замененная на OrangePi Zero с Ebay (вчетверо дешевле);
  • плата управления, она же MCU — плата MKS 1.4 с того же Aliexpress, с драйверами DRV8825 для осей XYZ (ABC в дельте), A4988 для фидера подачи прутка;
  • блок питания «мозгов» — выпотрошенная из блока питания на 5В 2А от старого планшета платка;
  • согласователь уровней

ищется по запросу «IIC I2C Logic Level Converter Bi-Directional Board Module» на различных сайтах. Цена с доставкой с Aliexpress — около 35 р/шт на май 2019 года.

Для чего нужен: логические уровни 32,64-битных одноплатных компьютеров («малинки», «апельсинки», «бананки», «картошки») работают на вольтаже 3.3В, логические уровни плат микроконтроллеров MCU на базе, например, ATMega 2560 (всякие ардуинки «Мега») имеют вольтаж 5.0В, при прямом соединении сигналов Rx/Tx компьютер выйдет из строя. Указанная платка согласует логические уровни до 4 сигналов между устройствами с различным вольтажом.

Т.к. на «малинке» у меня была установлена операционная система OctoPi, прямое подключение по последовательной шине (Serial0) потребует отключения диагностической консоли и модема, «висящих» на этом порту. По итогам раздумий, «малинка» была заменена на «апельсинку» OrangePi Zero. Т.к. видеокамерой пользоваться не планировалось, вычислительной мощи «апельсинки» для Octoprint и Klipper даже на 256 Мб оперативной памяти более чем достаточно, да и стоимость самой платки в разы меньше, чем «малинки».

Приступим.

На текущую дату — 15.06.2019.

Качаем образ операционной системы Armbian, например — ОТСЮДА

Мной был скачан Armbian_5.69_Orangepizero_Debian_stretch_next_4.19.13

С помощью программы Balena Etcher образ системы следует «развернуть» на MicroSD карточку объемом не менее 4Gb. Последовательность этого процесса можно посмотреть, например, ЗДЕСЬ.

Карточку памяти следует вставить в «апельсинку» и подключить ее к питанию и кабелю Ethernet. На «апельсинке» помигают различные светодиоды и через 3-5 минут загорится зеленый на плате, это значит, что микрокомпьютер загрузился.

В web-интерфейсе роутера надо найти подключение orangepizero

и запомнить его ip-адрес. У меня это 192.168.1.47

Скачиваем и устанавливаем SSH-клиент Putty и запускаем.

В поле запуска Putty вводим ip-адрес «апельсинки» и подключаемся к ней, вводим логин Armbian по умолчанию — «root«, пароль — «1234» и производим первичную настройку системы с установлением своих «Login» и «Password«.

Далее вводим последовательно и дожидаемся выполнений команд (команды можно копировать в буфер прямо со страницы и вставлять в консоль Putty правой кнопкой мыши):

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo adduser octoprint
sudo usermod -a -G tty octoprint
sudo usermod -a -G dialout octoprint
sudo adduser octoprint sudo
sudo visudo
octoprint ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL

нажимаем CTRL+O, потом Enter, чтобы перезаписать файл, а затем CTRL+X, чтобы выйти из него обратно в консоль.

sudo passwd octoprint -d
sudo apt-get install git python-pip python-dev python-setuptools psmisc
virtualenv
sudo su octoprint
cd ~
wget https://pypi.python.org/packages/source/p/pyserial/pyserial-2.7.tar.gz
tar -zxf pyserial-2.7.tar.gz
cd pyserial-2.7
sudo python setup.py install
cd ~
git clone https://github.com/foosel/OctoPrint.git
cd OctoPrint
virtualenv venv
./venv/bin/python setup.py install
~/OctoPrint/venv/bin/octoprint serve

Проверяем, запустился ли Octoprint, введя в адресной строке браузера ip-адрес «апельсинки» и номер порта 5000. У меня это выглядело как:

192.168.1.47:5000

Если «взлетел», переходим обратно в консоль Putty и жмем CTRL+Z, чтобы завершить процесс Octoprint

sudo cp ~/OctoPrint/scripts/octoprint.init /etc/init.d/octoprint
sudo chmod +x /etc/init.d/octoprint
sudo cp ~/OctoPrint/scripts/octoprint.default /etc/default/octoprint
sudo nano /etc/default/octoprint

Меняем в открывшемся файле pi на octoprint:

А также раскомментируем (убираем # в начале строки) и правим следующую строчку до нижеприведенного вида:

DAEMON=/home/octoprint/OctoPrint/venv/bin/octoprint

Выходим из файла в консоль с сохранением:

CTRL+O, Enter, CTRL+X

Применяем изменения:

sudo update-rc.d octoprint defaults

Запускаем OctoPrint

sudo service octoprint start

Переходим в WEB-браузере в окно Octoprint и входим в настройки

  • Restart OctoPrint — sudo service octoprint restart
  • Restart System — sudo shutdown -r now
  • Shutdown System — sudo shutdown -h now

Установка и предварительная настройка Octoprint завершена.

За основу были взяты материалы статьи ОТСЮДА. Там же можно почерпнуть и параметры настройки и конфигурации камеры и записи с нее.

Приступаем к установке и настройке Klipper.

В основе своей пользовался мануалом по УСТАНОВКЕ Klipper.

Первоначально подключаем USB-кабелем «апельсинку» к плате управления 3D-принтером.

В консоли Putty вводим команды:

git clone https://github.com/KevinOConnor/klipper
./klipper/scripts/install-octopi.sh
cd ~/klipper/
make menuconfig

В открывшемся меню выбираем тип микроконтроллера (у меня ATMega2560) и прочие настройки и выбираем/жмем/подтверждаем Exit и выходим снова в консоль Putty

make
sudo service klipper stop

Проверяем в окне Octoprint его статус, чтобы он не был соединен с 3D-принтером и снова переходим в консоль Putty

make flash FLASH_DEVICE=/dev/serial/ttyUSB0

если прошивка контроллера не удалась, уточняем аппаратный его адрес командой

ls /dev/serial/by-id/*

и получаем что-то наподобие:

/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB2.0-Serial-if00-port0

после чего вводим команду

make flash FLASH_DEVICE=/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB2.0-Serial-if00-port0

после успешной прошивки MCU вводим

sudo service klipper start

конфигурируем Klipper

cp ~/klipper/config/example.cfg ~/printer.cfg
nano ~/printer.cfg

у меня для дельта-принтера команды будут выглядеть несколько по-иному

cp ~/klipper/config/example-delta.cfg ~/printer.cfg
nano ~/printer.cfg

Конфигурированию Klipper можно посвятить отдельную большую статься, но я считаю, что, если Читатель озадачился подключением Octoprint/Klipper без USB-кабеля, то этот этап он уже проходил. Да и информация выше более будет полезна новичкам.

Теперь переходим к собственно интересному.

Моя «апельсинка» пришла с нераспаянной «гребенкой» контактов 1-26. Как раз от согласователя уровней у меня осталась «гребенка» на 7 контактов, которая и была впаяна на места Pin1-7.

Привожу распиновку устройств:

OrangePi Zero

MKS 1.4

Согласователь логических уровней

Таблица соединений

Снова подключаемся через SSH-клиент к «апельсинке» и меняем:

sudo nano ~/boot/armbianEnv.txt

В открывшемся файле в конце дописываем:

     overlay_prefix=sun8i-h3
      overlays=usbhost2 usbhost3 uart1 uart2

Сохраняем изменения:

CTRL+O, Enter, CTRL+X

Переходим в папку Klipper:

 cd ~/klipper
 nano ~/printer.cfg

В открывшемся окне ищем строчку [mcu] и меняем в ней

     [mcu]
      serial: /dev/ttyS2
      pin_map: arduino

Сохраняем изменения:

CTRL+O, Enter, CTRL+X

Перезагружаем микрокомпьютер:

sudo shutdown -r

Предварительно убедившись, что перед перезагрузкой USB-кабель между MCU и микрокомпьютером отсутствует.

После загрузки «апельсинки» убеждаемся в том, что Octoprint работает и подключается к принтеру.

Май 11

Игры кончились, 3D-печать «по-взрослому».

Проектирование практически закончено. Месяц работы с перерывами. Год подготовки. Завтра день на обдумывание и «шлифовку» (фляжные замки-фиксаторы дверцы, поликарбонатное двойное стекло, ножки, накладные уголки и т.п.) и в изготовление отправится версия v1.0.

Краткие проектные ТТХ аппарата:

  • кинематика — Delta;
  • размеры области перемещения эффектора — Ø 300 х 275 мм;
  • максимальная температура экструзии — плюс 435 °С;
  • охлаждение hotend’а — воздушное в версии «Basic», жидкостное в версии «Max»;
  • максимальная температура подогреваемого стола — плюс 165 °С;
  • максимальная температура нагреваемой камеры — плюс 95 °С в версии «Basic», плюс 130 °С в версии «Max» ;
  • максимальная потребляемая мощность — 1000 Вт;
  • количество экструдеров — 2, типа B2D в моей вариации;
  • электроника — 32 bit;
  • прошивка — Reprap;
  • точность позиционирования — 12.5 мкм (логическая);
  • максимальная скорость перемещения печатающей головки — 300 мм/с;
  • совместимые полимеры — PETG, ABS, PEEK/PEAK, PEI, PC, PP, PA6, PA12, PA66 и пр.;
  • масса аппарата в сборе — 48 кг;
  • управление — сенсорный экран, web-интерфейс.

P.S.: Зачем сделал? Потому как могу и умею. Одно из основных планируемых к развитию направлений — применение PEEK в медицине в качестве имплантов и инструментов. Например — ТАК.

P.P.S.: Будет ли доступен рядовому пользователю? Вряд ли. Целевая аудитория — коммерческий Заказчик. Только себестоимость BOM из сертифицированных комплектующих крепко перешагивает планку $2000. Пока что в архиве лежит разработка несколько упрощенного одноэкструдерного аппарата с областью построения Ø 160 х 200 мм. Дойдут руки — можно будет попробовать выпускать его в виде набора DIY.

Май 10

Стеклонаполненный полипропилен PP-GF от компании Novaprint3d

Вот ЗДЕСЬ я упоминал этот материал.

Отчитаюсь о первом опыте печати.

Традиционно, действующие лица:

  1. Катушка стеклонаполненного полипропилена PP-GF от компании Novaprint3D

2. Кубик-выручатель Tough-steel. Безотказный, всеядный и надежный. А еще тяжелый для своих лилипутских габаритов.

Пруток заправлен, модель фидера B2D в моей редакции (все никак не соберусь исходники здесь выложить) загружена в слайсер

Параметры печати:

  • сопло 260 °С ;
  • стол 145 °С;
  • сопло 0.6;
  • слой 0.2 мм первый;
  • скорости — 60 мм/с периметры, низ, крышка, 100 мм/с заполнение;
  • адгезия — 3D лак-спрей.

Печать началась, было уложено несколько слоев, но из-за высокой температуры стола их сильно «месило».

Стекло было отмыто и на слегка разогретое нанесен другой адгезив — раствор клея БФ-2 в изопропиловом спирте 1:10, формирующий при нагревании тонкую пленку.

Параметры слайсера были изменены на следующие:

  • сопло 240 °С ;
  • стол 135 °С;
  • сопло 0.6;
  • слой 0.2 мм первый;
  • скорости — 60 мм/с периметры, низ, крышка, 100 мм/с заполнение;
  • адгезия — раствор БФ-2 в изопропаноле;
  • разглаживание;
  • ретракт 2 мм на скорости 60 мм/с;
  • закрытая термокамера +65 °С.

Все детали без проблем были напечатаны с первой попытки. На фото они представлены со снятым бримом и удаленными поддержками.

У некоторых из продвинутых-звездатых «гуру» с одного из отечественных 3D-ресурсов этот материал не клеился к столу, я же — едва смог оторвать детали от холодного стола, поддевал и фактически отрезал их шпателем. Брим не нужен. Рафт не нужен. Отрывается деталь с таким усилием, что фрагменты первого слоя остаются на столе (см. сверху нижеследующей фотографии):

Усадка отсутствует. Коробление отсутствует — температура кристаллизации полимерной матрицы, с заверений автора, как раз около +65 °С , чему и соответствовала температура термокамеры.

Свариваемость слоев — превосходная, если не абсолютная. Превышает таковую у PETG и, по субъективным впечатлениям, сравнима с модифицированным PC. Столбик фиксатора рычага прижима (самая правая деталь на вышестоящих фото) пальцами не отломать — гнет саму деталь.

Твердость — невысокая, несколько ниже таковой у большинства PETG, материал легко обрабатывается.

Прочность на разрыв — около 50 МПа (по данным автора композита).

Жесткость в холодном состоянии приемлемая. Превышает таковую у чистого ABS. В нагретом свыше +65 °С материал становится более упругим-податливым и размягчается примерно при +140 °С (надо бы автору провести испытания на размягчение по Вика, композитный наполнитель должен внести свою лепту в части улучшения физических свойств). При использовании нагруженных деталей из этого материала при повышенных температурах надо учитывать данное свойство базового материала — полипропилена.

Боковая поверхность — фактурная. Выглядит отлично. Включение разглаживания было излишним — образовались наплывы по краям детали, которые пришлось срезать.

Поддержки привариваются при этих параметрах печати сильно и тяжело удаляются — вспомнил недобрыми словами свои первые опыты с PETG.

Механообработка — хорошая. Режется и сверлится отлично, шлифуется с затруднениями (полипропилен вязок, скользок, а стеклонить вносит свою лепту).

Филамент достаточно скользкий и требователен к качеству узла подачи прутка. На китайских клонах Titan’а случается недоэкструзия. Я использую B2D с 40-казубыми стальными шестернями подачи диаметром 11 мм.

Вот как-то так. Материал отличный, со своими нюансами, но для конструкционных деталей — это будет отличный выбор. Для нагруженных деталей с температурой эксплуатации выше +65 °С изделия следует применять с осторожностью, материал склонен к деформации и малой устойчивости к статическим нагрузкам.

Май 9

Возможная альтернатива Ultran. Проба любопытного полиамидного композита

Вот ЗДЕСЬ я писал отзыв об одном небольшом стартапе.

Руки несколько дней назад до того самого полимера дошли, как раз и деталь подходящая попалась.

Участники теста:

  1. Мой лилипут собственной разработки, возможности которого приятно удивляют — Tough Steel v1.1

Из текущих доработок:

  • установлена высокотемпературная (до 250 °С кратковременно) силиконовая грелка 200х200 мм 500 Вт 230 В;
  • установлен обдув;
  • электроника переведена на 24 В;
  • внутренние детали узла подъема стола выполнены из поликарбоната PC.

2. Катушка полиамида из записи по ссылке в начале поста.

Коротко: стеклонаполненный (30%) полиамид PA6 с модификаторами. Вот о них и попозже.

Моделируем необходимую деталь

Ставим на печать со следующими параметрами:

  • сопло 295 °С ;
  • стол 140 °С;
  • сопло 0.4;
  • слой 0.3 мм первый, 0.15 мм последующие;
  • скорости — 60 мм/с периметры, низ, крышка, 80 мм/с заполнение;
  • адгезия — 3D лак-спрей.

При таких параметрах я печатаю нативным нейлоном. Температура сопла откалибрована по поверенному контактному термометру. Температура на стекле на 8-10 °С ниже, чем по показаниям термистора.

Первая, вторая и третья печати заканчивались на высоте 1.6-2.1 мм из-за коробления. Из-за размера детали почти во всю область печати по XY кайма была всего в 1 мм.

Температура стола была поднята до 160 °С, сопла — уменьшена до 280 °С и деталь снова была отправлена на печать. Камеру сверху открыл, дабы не перегреть ремни (при такой температуре стола внутри становится >100 °С при закрытой камере).

Утром получил такой вот результат:

Успешная печать №1

Коробления нет. Много прижогов. Пласть желтая, даже почти коричневая. Поддержки пришлось бы вырезать дремелем. Боковая поверхность свидетельствовала о перегреве (волнистая). Сама деталь — крайне прочная. Руками сломать не удалось (пальцы больно).

При печати был сильный запах чего-то наподобие жженого полипропилена (как от «утюга» для пайки PPRC-труб).

Деталь по причине откровенно похабного внешнего вида была отложена в сторону как памятник.

Сам пруток ОЧЕНЬ абразивный. Вот фото, во что превратилось сопло из нержавеющей стали после этой печати:

Вместо 0.4 мм тут все 0.8. И как только через такой брандспойт деталь допечататься успела? Этим, наверное, и объясняется плохой внешний вид боковых стенок завершающей трети печати.

Сопло было заменено на закаленное и предпринята вторая попытка печати.

Попытка №2:

  • сопло 255 °С ;
  • стол 140 °С;
  • сопло 0.6;
  • слой 0.3 мм, первый слой — с «поджатием» на 0.1 мм (фактически толщина 0.2 мм с соответствующей переэкструзией);
  • скорости — 60 мм/с периметры, низ, крышка, 80 мм/с заполнение;
  • адгезия — 3D лак-спрей.

Печать была начата нормально и оставлена на ночь. «Поджоги» остались, но было их заметно меньше. Неприятный запах не совсем ушел.

Боковая поверхность получилась матово-белой, пласть — желтой с редкими прижогами. Мануального воздействия деталь не пережила — после умеренного усилия отломились боковые стенки. Фото не сохранилось. Деталь снялась с куском стекла.

Зеркало было утилизировано и заменено (спасибо OBI). Деталь была отправлена на третью попытку со следующими настройками:

  • сопло 250 °С ;
  • стол 135 °С;
  • сопло 0.6;
  • слой 0.3 мм первый, 0.15 мм последующие;
  • скорости — 40 мм/с периметры, низ, крышка, 60 мм/с заполнение;
  • адгезия — 3D лак-спрей.

Первый слой начал укладываться без прижогов, скорость снизил до 80% и оставил на ночь. Результат на фото ниже:

Волосатость стенок может объясняться как и увлажнением материала, так и отключением режима комбинга в слайсере, а также тем, что на низких скоростях перемещения не происходит отрыва пластика от сопла, а наоборот — идет еще и подтягивание. В пользу этой версии может свидетельствовать меньшее подтекание пластика при перемещениях по основной пласти детали.

Деталь получилась прочной (не хрустит при приложении усилий), волосья были отрезаны и деталь установлена на предназначенное ей место:

Выводы — их есть у меня.

Плюсы:

  • прочность (полиамид, все-таки);
  • теплостойкость;
  • твердость;
  • химическая стойкость (опять же — полиамид в базе);
  • отличная свариваемость;
  • низкое коробление — не знаю, в плюс это или в минус, т.к. используемые мной параметры печати недостижимы большинством из распространенных 3D-принтеров.

Минусы:

  • диапазон настроек печати очень узкий и требует подбора и калиброванных средств измерений;
  • какой-то из модификаторов полимерной матрицы является летучим (запах) и разлагается (коричневый цвет и прижоги) при температурах печати, необходимых для хорошего сваривания PA6 — приходится либо терпеть похабный внешний вид, либо снижать скорость и мириться с «волосатостью»;
  • стекла, по-моему, многовато — можно бы и уменьшить, т.к. пруток избыточно жесткий и не терпит перегибов (ломается);
  • очень абразивный пруток — латунные шестерни-ролики подачи, латунные и нержавеющие сопла быстро приходят в негодность. Но это вопрос стандартно нерешаемый (хотя у авторов есть перспективные идеи);
  • со слов автора материала — имели проблемы при низкой скорости печати на стандартном принтере с застреванием прутка. Вероятно — стекловолокно активирует поверхность термобарьера, а полимер с модификаторами его смачивает. Как-бы необходимо поднимать скорость, но температура экструзии не выше 250 °С ставит крест на механической прочности. Повторюсь — диапазон настроек очень узкий.

Заключение

В целом — материал интересный и перспективный для 3D-печати ответственных, термо- и химически стойких, прочных деталей на продвинутом оборудовании.

Имеющиеся недостатки являются решаемыми, после устранения которых, если производитель захочет, можно будет озаботиться адаптацией материала для наиболее распространенных принтеров.

Жду для тестирования версию №2.

Полкатушки отправляются в запасники и будут использованы для печати деталей T-struder для одного из моих следующих проектов.

Март 31

Tough-steel. Первая печать PEI (Ultem 1010). Выводы.

Несколько дней назад попытался печатать на Tough-steel оригинальным Ultem 1010. Если из китайского «Ultem» печатать еще было возможно (t экструзии 330°С, t стола 140°С ), то температура стеклования оригинального Ultem 1010 в 217°С не оставляет вариантов, кроме термокамеры до 150°С (даже PEEK печатался легче), иначе при высоте деталей выше 10 мм их круто «бананасит». Но тема увлекла.

В итоге — печать была почти «побеждена» при подъеме температуры стола до 155°С (на стекле по факту было где-то 133°С), при этом термокамера разогрелась выше 90°С, что вынуждало снять ее (термокамеры) крышку в целях сохранности элементов кинематики.

Видео фрагмента печати доступно ЗДЕСЬ

Не отследив параметры слайсера — оставил заполнение 100% как для поликарбоната и углы у детали немного подняло.

Из появившихся проблем:

  • ремень осей XY 6мм 2GT длиной чуть более 1.5 м растягивается при таком подъеме температуры почти на 2 зубца;
  • радиатор E3D v6 с охлаждением термобарьера даже при 4010 вентиляторе не справляется. Примерно на 30 мм высоты печати «словил» пробку. Надо подбирать режимы и скорость печати, а также улучшать охлаждение;
  • из-за удлинения ремня и статического натяжителя начало перекашивать ось X и появился люфт печатающей головки (ПГ). Как следствие — геометрия детали на углах и тонких элементах «поплыла», нависающие детали получились «зубастые»;
  • отпечатанные из ZBS узлы роликов подъема стола повело — перепечатаны из PC;
  • узел фиксации ремня из ZBS повело — перепечатан из PC. На фото ниже — оранжевый кривой из ZBS, на замену — из PC. Традиционно — заполнение 100%, а геометрия — идеальна;
  • греются и гудят двигатели осей XY и экструдера, т.к. не закрыт пока еще подвал и вентиляторы в колодцы воздух практически не нагнетают;
  • тяжело фиксировать стекло в малом пространстве камеры, с канцелярскими зажимами приходится изощряться. Надо продумать установку стационарных фиксаторов из пружинной стали.

Выводы:

  • кинематика H-Bot не слишком подходит для высокотемпературной печати. CoreXY — тем более не подходит из-за еще более длинных ремней. При существующей конструкции необходим переход на 10 мм ремни с фиберглассовым кордом. Также нужно будет установить мощный пружинный натяжитель на 13-17 кгс и прогревать термокамеру с выдержкой около 1 часа, чтобы длина ремня «устаканилась»;
  • по вышеописанному пункту целесообразней переход на декартову кинематику с организацией «холодной» зоны для двигателя оси X или его активного охлаждения. Длина ремней при этом будет около 0.5 м и удлинение не будет столь критично влиять на размеры печатаемых деталей. Как вариант — переход на механику Ultimaker’а, как сделано, например, у Funmat HT;
  • обдув области печати надо бы сделать гнутым из стального листа или пластиковым, но легкосъемным на магнитах — поликарбонат обдува находится на грани размягчения при печати Ultem 1010 и t экструзии 380°С . Придумать, чем можно эстетично заизолировать кубик нагревателя, разогреваемый до >420°С , у меня пока не получается. Только если обмотать стеклонитью;
  • надо встроить внутреннюю конвекцию для выравнивания температурного поля по высоте принтера, в верхнем положении стола при печати Ultem 1010 температура под колпаком так и норовила подойти к отметке в 100°С ;
  • Ultem 1010 — прочный. Очень прочный. Детальку утащил на работу и попросил коллег мужеского полу от души пожамкать и попытаться сломать. Пока ни у кого не получилось.

Заключение:

  • теоретические выкладки, что при небольших размерах рабочей камеры тепла, генерируемого столом MK3b 214х214, будет достаточно для поддержки высокой фоновой температуры для печати Ultem 1010, подтвердились;
  • Если кто даст пробник PEEK или PEAK — могу попробовать печатать и им. Т.к. температура стеклования его (PEEK) ниже по сравнению с Ultem 1010 — печатать им должно быть легче;
  • проект в имеющемся виде жизнеспособен и позволяет:
    • уверенно печатать всеми доступными пластиками для FFF-печати — SBS, PETG, ABS, HIPS (под вопросом — PLA, не сильно дружащий со стальным термобарьером);
    • уверенно печатать инженерными пластиками и их сплавами — ASA, ABS MAX, ABS/PC, все сплавы нейлона PA6, PA12, PA66, чистыми литьевым и экструзионным поликарбонатами PC;
    • с определенной подготовкой (предварительный прогрев, пружинный натяжитель ремня, конвекция камеры, металлический обдув) и вероятно — с уменьшением ресурса элементов (пластиковые сепараторы кареток рельс, ускоренное старение ремня) печатать Ultem 1010. Другие тугоплавкие пластики я не проверял.

По причинам личного характера временно развивать и сопровождать проект более не могу, не имею на это сейчас ни материальных, ни моральных ресурсов.

Tough-steel занимает свое место на полке достижений и остается на моем столе в качестве повседневного и всеядного (ну, если и не совсем всеядного, то жующего все вплоть до любых сплавов поликарбоната и нейлона) 3D принтера.

Март 19

На пути к высокотемпературной печати-2. Обзор и потрошение «высокотемпературного» hotend’а от китайцев.

Моему принтеру с печатающей головкой, в составе которой находится hotend — клон E3D v6, приходится нелегко при температуре экструзии, превышающей 300 °С. Сказывается недостаточная площадь охлаждения, также не сильно помогает воздушный обдув с вентилятором 4010. Получить «пробку» при печати нейлоном, скажу я вам — сомнительное еще то «удовольствие».

Взялся я проектировать свой радиатор и параллельно посмотреть на просторах торговых площадок, что могут предложить.

«Творения» от Creality (CR8, CR10) не вызывают доверия в части заявленных «высоких» температур.

Проведя некоторое время в поисках, обратил внимание на такой агрегат:

Привлекли в нем вменяемые размеры и «мясо» радиатора, непосредственно крепящегося к каретке, а также предположительно большая зона расплава и различные комбинации чувствительных термоэлементов — в гильзах 3*15 мм и под резьбу М3. Сильно надеялся также, что «кубик» нагрева выполнен из никелированной меди или стали, но об этом позже.

И так, сегодня хотэнд был получен и препарирован.

Вместо надписи «open source» нанесен лазерной гравировкой символ торговой марки «NF», достаточно часто встречающейся на Aliexpress.

На этой же стороне расположены винты фиксации термобарьера.

Лицевая сторона

Качество фрезеровки отличное, без заусенцев и царапающихся граней. Обратите внимание на сопло — оно на конце оснащено удлиненной «трубочкой». Вероятно — до первой встречи со стеклом греющего столика, да и само применение латунного сопла для печати серьезными армированными и тугоплавкими полукристаллическими полимерами сомнительно.

Одна из боковых сторон

Как видно — вентиляторы обдува крепятся непосредственно к радиатору с одной из сторон на выбор. Отверстие под нагреватель стандартное — 6 мм. Рядом с ним расположено отверстие для гильзового чувствительного элемента (ЧЭ) под гильзу 3*15…3*20 мм, также есть «кармашек» для бескорпусной «стекляшки» термистора, что как бы намекает на некоторую тщетность ожиданий.

Обратная сторона радиатора

С обратной стороны радиатора расположены 2 глухих отверстия под резьбу М3 для фиксации его к механизмам каретки печатной головки. Здесь же на фото видно винты фиксации гильзового ЧЭ и нагревателя.

Эта сторона мало чем отличается от противоположной
Верхняя сторона хотэнда

Сверху расположены 3 сквозных отверстия с резьбой М3 для фиксации хотэнда и впрессованный пневмофитинг под фторопластовую трубку диаметром 4 мм, что тоже как-бы намекает о том, что для печати с direct-подачей этот продукт не предназначен.

Жесткая запрессовка фитинга меня сначала ввергла в уныние, учитывая одноразовость стандартных PC04-1 пневмофитингов, но должен отметить, что фиксация трубки в нем на удивление точная, сильная и сопровождается легким обратным извлечением трубки из него. При этом следов от «зубов» и передавливания трубки не наблюдалось.

Выяснению подлежит термостойкость пластиковой детали, но подозреваю, что это нейлон, для которого не будут критичными температуры вплоть до 140 °С.

«Разватрушим» ка сей девайс и посмотрим, из чего он состоит.

В разборе

В радиаторе двумя установочными винтами М3 фиксируется термобарьер по типу как у Chimera. Конец термобарьера оснащен стандартной резьбой М6, на которую навинчивается нагревательный «кубик», в который, в свою очередь, вкручивается сопло.

Родной термобарьер

Длина цилиндрической части штатного термобарьера составляет 13.5 мм

Тогда как та же длина термобарьера от Chimera равна почти 15 мм

Термобарьер от Chimera входит в радиатор обозреваемого хотэнда с некоторым натягом. Диаметры цилиндрической части составили 6.9 мм для «родного» термобарьера и 6.95 мм для «химеровского» (не сфотографировал).

«Шейка» термобарьера

Диаметр «шейки» термобарьера равен 2.7 мм, что предполагает очень осторожные манипуляции, дабы эту «шейку» не свернуть, а также умеренный поток тепла через нее на сам радиатор и малую зону «стеклования» пластика.

Кстати — «химеровский» термобарьер лишь немного выступает из плоскости радиатора и вполне может быть применен в качестве ЗИП.

Цельностальные термобарьеры для клона Chimera почему то со стороны сопла все равно оказались оснащены вставкой из фторопласта. Сомнительное техническое решение.
Сопла — ниже по фото расположено штатное, выше — от «вулкана»

При сравнении сопел выяснилось, что сопло для «вулкана» несколько длиннее.

Штатное сопло

Длина резьбовой части штатного сопла составляет около 15 мм

Сопло от «вулкана»

Длина резьбовой части сопла для «вулкана» на 1 мм больше.

С вкрученным соплом от «вулкана»

Использование сопла от «вулкана» с этим хотэндом — спорное решение. Либо сопло более чем на 1 мм будет выступать из «кубика» и я пока не знаю, на сколько будет успевать «замерзать» тугоплавкий пластик в стальном сопле с пониженной теплопроводностью, либо, если сначала вкрутить сопло в «кубик» до конца — сам кубик накрутится на термобарьер всего на 1 3/4 оборота.

Альтернатива — унести пачку сопел от «вулкана» знакомому токарю и сточить их на 1 мм.

Кстати — у штатного сопла отсутствует фаска на входе в него, что не есть хорошо и жесткий пластик будет за эту острую входную кромку сильно цепляться.

А вот фото собранного хотэнда в том виде, как я планирую его использовать.

Медный нагревательный «кубик» дает необходимые при высокотемпературной печати термостойкость (с алюминиевым есть риск вплавления в него нагревателя, уж совсем близко находятся температуры нагрева филамента и плавления сплавов алюминия, для некоторых из температура «солидус» составляет всего +477 °С ) и тепловую инерцию, а черное закаленное сопло диаметром 0.4 мм позволяет безбоязненно длительно печатать армированными полимерами. Уменьшение зоны расплава по сравнению с задуманной неведомым китайским гением конечно же снизит производительность экструзии, но для ее (экструзии) ширины в 0.35…0.42 мм, толщины слоя 120…180 мкм и скорости печати не более 40 мм/с нагрев должен справляться с Ultem’ом. Первая печать покажет правильность или ошибочность моих выкладок.

В релиз!

Подведем итоги обзора.

Плюсы:

  • большой радиатор, обеспечивающий хорошее охлаждение;
  • легкая регулировка высоты сопла;
  • хороший фитинг для фиксации трубки bowden;
  • надежная фиксация радиатора к каретке, без необходимости устройства дополнительных кронштейнов / держателей хотэнда;
  • заменяемый и имеющий аналоги термобарьер

Минусы:

  • впрессованный фитинг для фиксации трубки bowden, если с ним что-то случится — радиатор под списание или механообработку с фрезеровкой и токаркой под нарезку резьбы;
  • нагревательный «кубик» не предназначен для высокотемпературной печати;
  • комплектное сопло — нетиповое, замену найти затруднительно или невозможно.
Март 19

О выборе материалов для 3D печати, когда возможностей обычных пластиков не хватает.

Основными популярными и наиболее доступными материалами для 3D-печати являются PLA и ABS.

Ограничение применения таких материалов в большинстве случаев связано:

  • с недостаточной термостойкостью PLA (примерно до 54 °С) и хрупкостью;
  • с усадкой, короблением и растрескиванием, как и с недостаточной прочностью по оси Z (ухудшенная прочность из-за недостаточной межслойной адгезии) для пластика ABS . Пластик является хорошо горючим, при этом теплостойкость такого пластика по Вика ASTM D-1525 обычно около 94 °С , что ограничивает его применение в узлах и изделиях с длительным воздействием температур выше 80 °С.

Последнее время набрали популярность пластики SBS и PETG. Тем не менее — и они не являются панацеей:

  • пластик SBS обладает низкой жесткостью, некоторой усадкой (но менее сильной, чем у ABS) и относительно невысокой свариваемостью слоев, его удел — игрушки и макеты;
  • пластик PETG обладает низкой усадкой, отличной свариваемостью слоев, прочностью, отлично печатается. Казалось бы — лучший пластик для 3D печати, но его жесткость и твердость ниже, чем у ABS, а механическая обработка и удаление поддержек затруднительны — пластик плохо шлифуется и «ворсится». Температура размягчения его по Вика составляет (в зависимости от производителя) от 77 до 84 °С , что ограничивает применение изделий из этого полимера в узлах с длительным воздействием температур выше 65 °С.

Таким образом — представленные на рынке потребительские пластики для повседневной 3D печати обладают рядом ограниченных свойств, не позволяющих предложить одновременно термо- и ударостойкостью, вязкостью, прочностью с низким показателем анизотропных свойств.

Какой материал можно использовать, когда нужна термостойкость и жесткость, превышающая таковую у ABS, а прочность — как (даже лучше) у PETG?

Для обычных устройств производителями предлагаются армированные пластики, чаще всего нейлон, стоимость которых в разы превышает цену общераспространенных.

Более бюджетные пластики требуют других условий печати:

  • повышенных температур;
  • закрытой термокамеры;
  • медленного охлаждения, отпуска и закалки.

Я остановился на двух — сплав акрилонитрилбутадиенстирола ABS и поликарбоната PC под маркировкой ABS/PC, либо на чистом поликарбонате PC.

Год назад мне на пробу попала катушка любопытного пластика PC. Этот пруток был изготовлен из гранул литьевого (не экструзионного!) поликарбоната с улучшенными литьевыми характеристиками. Печатать этим прутком на фанерном «кубике» я не смог — любая деталь высотой более 1.5 мм с любыми доступными (температура сопла до 285°С, температура стола до 125°С, скорости печати от 10 до 60 мм/с слоем от 0.1 до 0.25 мм, стальными и латунными соплами, с закрытой картонной коробкой импровизированной «термокамерой») отслаивалась от стола с любыми адгезивами, бримом и рафтом из-за высокой усадки.

Отчет производителю о результатах и общей невозможности печати был предоставлен за кружкой пенного и вся пробная партия им (производителем) была пущена в переработку. А катушка то у меня осталась….

Спроектировав и собрав инженерный экземпляр Tough-steel для печати Ultem’ом, я решил испытать возможность еще раз.

Катушка была водружена на греющий стол с температурой в 100°С на 8 часов для сушки и заправлена после для печати. Из этого прутка сейчас отпечатаны детали печатной головки для Tough-steel v1.1 и одна деталь обдува специально была разломана «на посмотреть».

Параметры печати были подобраны с 5-ой попытки:

  • температура экструзии 285…305 °С ;
  • греющий стол 140…160 °С для первого слоя;
  • фоновая температура печати >80 °С ;
  • медленное охлаждение и обратный нагрев с выдержкой и последующим медленным охлаждением в течение 3 ч.

Детали из этого PC не коробит, усадка невелика. Изделия ломаются плохо, часто не по слоям. Пластик очень вязкий и жесткий, а еще прочный. По ощущениям — по слоям крепче PETG, так как такой же обдув из него (из PETG) был сломан легче.

На изломе части выглядят как стекло, а под увеличением (лупа 3х) можно различить только стенки периметров, само заполнение словно монолитное.

Сфотографировать место излома из-за полупрозрачности пластика тяжело, для фокусировки поместил рядом с обломком черный имбусовый ключ и сфотографировал со вспышкой.

P.S.: Надо будет попробовать собрать «ломательный» стенд с измерением усилия на излом и на разрыв между слоев и по результатам сравнить прочность деталей из этого пластика, из ABS/PC, из ABS и из PETG.

Март 17

На пути к высокотемпературной печати — 1

Пока ожидается приход катушки филамента Ultem, тестирую печать менее требовательными пластиками. Тестирую печать на таком вот «малыше»:

Это инженерная версия компактного 3D-принтера для печати тугоплавкими и требовательными пластиками. Предположительно — данный принтер должен печатать филаментом из полиэфиримида, торговое название которого Ultem.

Так как от запасов пробника Ultem не осталось ничего, печатаю прутком из литьевого поликарбоната.

Параметры печати:

  • температура экструзии — 290…305 °С;
  • температура греющего стола — 140 °С ;
  • фоновая температура рабочей камеры — 75…85 °С ;
  • сопло — 0.4 мм, печать стенок в 3 периметра;
  • заполнение детали — 100%;
  • адгезия к столу — была Ultrabase + 3D спрей для печати, почему была — попозже.

Печать начала «плыть», и это закономерно — обдув и держатель платы подключения печатной головки были сделаны из ZBS от ABS-maker. Держатель платы «поплыл» от близости к нагревательному кубику и от контакта с проводами (через стекло-силиконовый кембрик!) нагревателя.

Очевидно — детали крепления печатной головы должны быть из пластика классом не ниже, чем собираетесь печатать.

Прошлый опыт высокотемпературной печати можно рассмотреть на основе деталей от предшествующего «экспериментально-лабораторного» фанерного «кубика», а именно — модифицированного Titan Aero

От основного пластикового корпуса клона от Trianglelab за несколько месяцев эксплуатации не осталось ничего. Сначала был заменен корпус, потом «поплыл» рычаг прижима прутка, из которого в итоге вырвалась-выплавилась самостоятельно ось ролика прижима, детали были перепечатаны из ABS/PC:

В основном на том «кубике» печатался ABS/PC и ABS MAX, но разок пришлось поэкспериментировать с PEI и PEEK.

Результат можно видеть на фото — обожженные и подкопченые радиатор Titan Aero и корпус экструдера. И это все происходило при обдуве радиатора вентилятором 4020, из-за паразитных воздушных потоков которого при печати в открытом корпусе загибало пластик.

Еще из опыта эксплуатации — пруток из угленаполненного поликарбоната (15-30%) буквально «жрет» шестерню подачи. Примерно через 600-700 грамм такого прутка подающий вал/шестерня от Titan’а подлежит замене.

А на фото ниже показано, во что превратился обдув на Titan Aero от контакта с проводом нагревателя. Обдув тоже был сделан из более тугоплавкого (по сравнению с простым ABS) пластика ZBS от ABS-maker.

Понимая, что с экспериментами для достижения устойчивой печати Ultem’ом придется повозиться, заранее изготовил несколько комплектов пластиковых деталей печатающей головки для «малыша»

Материал — литьевой поликарбонат. Термостойкость деталей из этого материала по параметру «размягчение по Вика при 50Н» составляет около 142 °С. Это на актуальный момент самый термостойкий из доступных мне филаментов.

Как видно — усадки нет, края ровные, не поднятые. И это при заполнении в 100%. Усадка при плавном охлаждении детали (около 3 ч суммарно) минимальна, для этого дописываю в конец G-code исполняемого файла следующие команды:

M190 S140

G4 S900

M190 S130

G4 S900

M190 S110

G4 S1800

M190 S90

G4 S1800

M190 S130

G4 S1800

M190 S90

G4 S1800

M190 S85

G4 S450

M190 S80

G4 S450

M190 S75

G4 S450

M190 S70

G4 S450

По своим свойствам детали из PC напоминают литые. Прочность и свариваемость — не хуже PETG, но, в отличие от него, получаются намного более термостойкие детали, которые к тому же хорошо механически обрабатываются. Кстати — отделяемые поддержки часто рвутся не по слоям. На изломе самих деталей — фактура литых, словно осколки стекла.

Очень жаль, что эта катушка заканчивается и не знаю, где брать подобную — производитель этого конкретного прутка пустил всю партию в переработку из-за непригодности к печати на обычных принтерах.

Теперь немного про почившую Ultrabase.

По мере насилия над этой адгезивной плитой ее свойства от работы на непроектных параметрах (>120 °С) начали ухудшаться. Сначала перестал липнуть PLA, потом для ABS’а пришлось поднимать температуру до 110 °С, после печати PC (поликарбонатом) по привычке начал печатать пластиковые уголки на верхнюю крышку принтера на фото из ZBS и поставил температуру платформы в 115 °С, в итоге — два уголка отошли вместе с покрытием.

Само покрытие, к слову, от греющего стола отделилось довольно легко — весь клейкий термоскотч под ним был уже коричневатого подгоревшего цвета (температуры свыше 150 °С бесследно не проходят).

Для дальнейших экспериментов был приобретен в OBI комплект из 4-ех зеркальных плиток 200х200 мм, одна из которых и заняла свое место в качестве рабочей поверхности.

Теперь из наблюдашек и проблемок:

  • при парковке «в домик» по оси Z в положение Zmax ремень оси Z шириной в 10 мм ведет себя нормально. Повторяемость прихода столика в положение Z=0 составляет около 20 мкм. Проверял это подгонкой под прижим соплом листа тонкой писчей бумаги с помощью опции Marlin’а под названием Babystep;
  • при нагреве термокамеры под печать PC смещение стола по оси Z оказывает влияние на печать. В Z=0 столик приходит и не доходит до «холодного» истинно нулевого положения примерно на 130 мкм (или 0.13 мм), что обусловлено, скорее всего, удлинением зубчатого ремня от нагрева. Проблему я предвидел и в проекте версии Tough-Steel v1.3 ремень подъема по оси Z был вынесен в «холодную» зону из рабочей камеры;
  • дешевенькие термометры сопротивления (ТСП) типа Pt100 с китайской площадки от Fysetc (примерно как на фото ниже)

не подходят. При нагревах выше 300 °С компаунд из гильзы выгорает и чувствительный элемент (ЧЭ) из нее может быть легко вытащен. Также начинается дрейф показаний (не пойму отчего — возможно, контакты на переходе от ЧЭ портятся) — откалиброванная поначалу по поверенному контактному термометру ТСП-шка сейчас периодически вместо 23 показывает то 34, то 43 и иногда до 70 °С;

  • контакты разъемов x2.54 на печатной головке для термопар/термометров сопротивления неприменимы ввиду недостаточной надежности — на высокой температуре принтер периодически «сваливается» в ошибку MAXTEMP (пропадает контакт на долю секунды). Заменил на винтовые клеммные соединения;
  • подкладки под балку оси X на каретки «рельс» — неправильно. При повышенной температуре они теряют свою жесткость, либо печатать их надо из того же материала, из которого изготовлена и печатная головка — вместо этого я сделал подкладки-стойки под сами рельсовые направляющие;
  • Marlin 2.0 глюковат. В моей конфигурации постоянные проблемы с чтением SD-карт — вплоть до внезапных перезагрузок. В релизной версии нужна будет более проверенная плата. Скорее всего — от Duet3d.

Ну и куда ж без развлечений и детей:

Малыш на первом фото позволяет печатать такие модели в сборе со 100% заполнением из ZBS. И без брима. И быстро — Jerk по оси X составляет 30 мм/с, по оси Y — 20 мм/с, и показатели были уменьшены с 40 и 30 мм/с соответственно по настоянию супруги, которая не могла привыкнуть к тому, что 15-ти килограммовая тумбочка «малыша» подпрыгивает, рычит, стучит и гудит.