В настоящее время самая доступная цена на пластиковую нить для 3D принтеров составляет более 20$ за 1 кг, стоимость филамента от надежных производителей или с какими-либо особенными характеристиками (цвет, добавки) достигает 50$.
Таким образом, при печати 3D моделей, снижение расхода материала и его стоимости становятся ключевыми факторами повышения экономичности и, соответственно, доходности 3D печати.
Экструдер Лимана
Первым публичным шагом к этому стало объявленное в марте 2013 года изобретение с открытым источником – экструдер для самостоятельного создания пластиковой нити для 3D принтеров. Изобретатель Хью Лиман представил свою машину на конкурс и выиграл главный приз от фонда Кауфмана и Maker Faire. Одним из главных условий конкурса была цена устройства – не более 250$. Победивший экструдер позволяет выдавливать нить диаметром 1,75 или 3 мм с погрешностью в 0,01мм, причем это был уже второй вариант представленного устройства, первый не прошел по цене. Изобретение Лимана с открытым исходным кодом, что позволяет любому использовать и строить его.
С помощью самодельного экструдера, вы сможете экономить до 80%. Качественный филамент стоит около 50$ за 1 кг, тогда как покупка килограмма гранул обойдется только в 10$. А если вы покупаете упаковку гранул в 25 кг, то каждый килограмм обойдется всего в 5$.
Экструдер Фишера
Вдохновленный экструдером Лимана, Бен Фишлер из Сан-Диего (Калифорния) решил попробовать создать простую в использовании версию для пользователей. STRUdittle является ультра-компактным устройством и может делать нити из ABS пластика со скоростью экструзии 30-60 см в мин.
Точность на экструдере достаточно высокая:
- Погрешность 0,05 мм при свободном выводе филамента;
- Погрешность 0,03 мм при использовании автоматически сматывающей готовую нить катушки.
Проект Фишлера запущен на Kickstarter для того, чтобы сделать этот продукт доступным для масс. Необходимые средства уже собраны, и комплектное устройство предлагается участникам со финансирования по 385$. Причем, кроме полного комплекта, уже имеющим подобный экструдер также предлагается отдельно только механизм для автоматического сматывания филамента за 100$. А само устройство поставляется с размерами сопла по выбору заказчика, в том числе вообще без него – для изготовления материалов нестандартных размеров.
О сборке принтера Mosaic из набора деталей от компании MakerGear рассказано в статьеСобираем 3D принтер своими руками. Наверное, вы обратили внимание, что там подробно рассмотрено устройство 3D принтера, но не идет речь о печатающей головке. Это тема сегодняшнего разговора.
Мы рассмотрим виды экструдеров и способы изготовления отдельных деталей этого сложного механизма, чтобы понять как сделать экструдер своими руками (видео о сверлении сопла в конце статьи).
Печатающая головка 3-d принтера протягивает пруток пластика, разогревает его и выталкивает горячую массу через сопла.
Wade extruder
На картинке представлена упрощенная схема экструдера типа Wade. Устройство состоит из двух частей. Вверху расположен cold-end (холодный конец) – механизм, подающий пластик, внизу – hot-end (горячий конец), где материал разогревается и выдавливается через сопло.
Экструдер Боудэна
Существует и другая конструкция устройства, где холодная и горячая части разведены, а пластик поступает в hot-end по тефлоновой трубке. Такая модель, где cold end жестко закреплен на раме принтера, получила название Bowden extruder .
К ее несомненным достоинствам стоит отнести следующее:
- материал не плавится раньше времени и не забивает механизм;
- печатающая головка значительно легче, что позволяет увеличить скорость печати.
Однако и недостатки имеются. Нить пластика на таком большом расстоянии может перекручиваться и даже запутываться. Решением этой проблемы может стать увеличение мощности двигателя колдэнда.
Cold end
E3D-v6 в сборе
Пруток филамента проталкивается вниз шестерней, приводящейся в движение электродвигателем с редуктором. Подающее колесо жестко крепится на валу двигателя, в то время как прижимной ролик не закреплен стационарно, а находится в плавающем положении и, благодаря пружине, может перемещаться. Такая конструкция позволяет нити пластика не застревать, если диаметр прутка на отдельных участках отклоняется от заданного размера.
Hot-end
Пластик поступает в нижнюю часть экструдера по металлической трубке. Именно здесь материал разогревается и в жидком виде вытекает через сопло. Нагревателем служит спираль из нихромовой проволоки, или пластина и один-два резистора, температура контролируется датчиком. Верхняя часть механизма должна предотвратить раннее нагревание филамента и не пропустить тепло вверх. В качестве изоляции используется термостойкий пластик или радиатор.
Подающий механизм
Прежде всего, нужно подобрать шаговый двигатель. Лучше всего купить аналог Nema17, но вполне подойдут и моторы от старых принтеров или сканеров, которые на радиорынках продаются совсем дешево. Для нашей цели нужен биполярный двигатель, имеющий 4 вывода. Собственно, можно использовать и униполярный, его схема показана на рисунке. В этом случае желтый и белый провода просто останутся неиспользованными, их можно будет отрезать.
Как правило, моторчики от принтеров слабые, но вот EM-257 (Epson), как на рисунке ниже, с моментом на валу 3,2 кг/см, вполне подойдет, если вы собираетесь использовать филамент Ø 1,75 мм.
Для прутка Ø 3 мм, или при более слабом двигателе, понадобится еще и редуктор. Его тоже можно подобрать из разобранных старых инструментов, например, планетарный редуктор от шуруповерта.
Переделка понадобится, чтобы насадить шестерню двигателя шуруповерта на шаговик, совместить ось вращения моторчика с редуктором. И крышку для подшипника выходного вала тоже нужно изготовить. На выходной оси устанавливается шестерня, которая и будет подавать пруток пластика в зону нагрева.
Корпус экструдера служит для крепления двигателя, прижимного ролика и хотэнда. Один из вариантов показан на рисунке, где через прозрачную стенку хорошо виден красный пруток филамента.
Изготовить корпус можно из разных материалов, придумав собственную конструкцию, или, взяв за образец готовый комплект, заказать печать на 3-d принтере.
Главное, чтобы прижимной ролик регулировался пружиной, так как толщина прутка не всегда идеальна. Сцепление материала с подающим механизмом должно быть не слишком сильным, во избежание откалывания кусочков пластика, но достаточным для проталкивания филамента в hot-end.
Нужно отметить, что при печати нейлоном лучше использовать подающую шестерню с острыми зубчиками, иначе она просто не сможет зацепить пруток и будет проскальзывать.
Цельнометаллический хотэнд
Широко распространены и пользуются популярностью хотэнды фирмы E3D. Можно купить его на ebay.com за 92 $ (без доставки) или скачать чертежи, находящиеся в свободном доступе на официальном сайте компании (http://e3d-online.com/), по которым и сделать, прилично сэкономив.
Радиатор изготавливается из алюминия и служит для отвода тепла от ствола хотэнда и предотвращения преждевременного нагревания материала для печати. Вполне подойдет светодиодный радиатор , для усиления охлаждающего эффекта можно направить на него еще и вентилятор небольшого размера.
Ствол хотенда – полая металлическая трубка, соединяющая радиатор и нагревательный элемент. Изготавливается из нержавеющей стали из-за ее низкой теплопроводности.
Вот как выглядит деталь в разрезе и ее с размерами под пруток Ø 1,75 мм.
Тонкая часть трубки служит термобарьером и предотвращает распространение тепла в верхнюю часть экструдера. Важно, чтобы филамент не начал плавиться раньше времени, ведь в этом случае прутку придется толкать слишком много вязкой массы. В результате увеличивается сила трения, и забиваются трубка и сопло.
Если вы сами просверлили деталь, нужно отполировать отверстие ствола. Для черновой шлифовки подойдет мелкая наждачная бумага «нулевка», закрепленная скотчем на сверле меньшего диаметра.
Обязательна чистовая полировка до зеркального блеска (нитью и пастой ГОИ № 1), затем полезно прожарить отверстие подсолнечным маслом для уменьшения силы трения. Чтобы предотвратить слишком раннее разогревание пластика, можно покрыть нижнюю часть трубки, находящейся в радиаторе, тонким слоем термопасты.
Еще одна возможная проблема: расплавленный пластик под давлением поступающего прутка может просочиться вверх и остыть в зоне охлаждения, что приведет к забиванию ствола и прекращению печати. Бороться с этим можно с помощью тефлоновой изоляционной трубки, которая вставляется в ствол хотэнда до зоны начала разогрева филамента.
Нагреватель
Пластина нагревателя
В качестве нагревательного элемента используется алюминиевая пластина. Если вам не удалось найти подходящего по размеру толстого бруска, вполне подойдет алюминиевая полоса толщиной 4 мм, которую можно приобрести в магазинах стройматериалов. В этом случае нагревательный элемент будет состоять из двух частей. Необходимо просверлить центральное отверстие для ствола хотэнда, и скрутив болтом, зажать всю конструкцию в тисках. Затем насверлить нужное количество отверстий для составляющих элементов нагревателя:
- болта крепления,
- двух резисторов,
- терморезистора.
Для нагревания пластины можно использовать керамический 12v нагреватель или резистор на 5 Ом. Но для нашего блока лучше подойдут два резистора на 10 Ом, так как они гораздо меньше по размеру, а соединение параллельно как раз и даст нужное сопротивление в 5–6 Ом.
Контролировать температуру будет NTS-термистор 100 кОм марки B57560G104F, с максимальной рабочей температурой 300 °C. Терморезисторы с меньшим сопротивлением использовать нельзя, они, как правило, обладают большой погрешностью при высоких температурах.
Необходимо обеспечить плотное соединение резисторов с пластиной, так как воздушная прослойка тормозит нагревание. Здесь важно правильно выбрать герметик. Лучше всего использовать керамико-полимерные пасты (КПДТ), рабочая температура которых не менее 250 °C. Для дополнительной теплоизоляции неплохо весь hot-end замотать стеклотканью.
Сопло
Глухая гайка с закругленным концом идеально подойдет для изготовления сопла. Лучше взять деталь из меди или латуни, так как эти металлы относительно легко обрабатываются. Нужно закрепить в тисках болт, накрутить на него гайку и просверлить в центре закругления отверстие нужного диаметра.
Сделать это можно так: на сверло, зажатое в обычную дрель, закрепить цанговый патрон со сверлышком нужного диаметра. Получается интересная конструкция.
Наиболее удачным считается отверстие 0,4 мм, так как при меньшем диаметре замедляется скорость, а при большем – страдает качество печати.
Вот еще один способ просверлить сопло (видео на английском).
Как видите, изготовить экструдер для 3-d принтера своими руками достаточно сложно. Но если вы знаете, что сделать какую-то деталь самостоятельно не удастся из-за отсутствия необходимых материалов или инструментов, необязательно приобретать готовый комплект полностью, можно купить отдельно любую часть экструдера и продолжить работу.
Печатайте с удовольствием.
Печать на современном 3D -принтере ведется с использованием пластиковой нити, получаемой из различных материалов. Качественная нить для 3D-принтера создается из таких расходных материалов, как ABS, PLA, HIPS. Использование высококачественного сырья позволяет производителям создать уникальные по эксплуатационным и техническим свойствам материалы, на основе которых можно изготавливать самые разные вещи.
Основные материалы
Производство нити для 3d-принтера чаще всего ведется на основе двух материалов - это и PLA (полилактид). Оба материала отвечают требованиям биоразлагаемости, биосовместимости, термопластичности и создаются на основе возобновляемых ресурсов, а именно кукурузы и сахарного тростника. Сырье идеально подходит для изготовления самых разных изделий в медицинской, пищевой сферах и не только.
Нить для печати на 3D-принтере должна быть высокого качества, чтобы конечный товар радовал эксплуатационными свойствами. Пластиковая нить для 3d-принтера - более удобный для такого оборудования вид сырья по сравнению с гранулами, так как ее легко заменить, можно печатать сразу несколькими цветами, к тому же расход материала существенно ниже.
Особенности производства
3D-печать стоит очень дорого, что связано с высокой стоимостью самих расходных материалов. Чтобы снизить себестоимость печати, умельцы создают портативные устройства для домашнего использования.
Таким образом, можно создавать нить для 3d-принтера своими руками гораздо дешевле. Технологически данный процесс не является слишком сложным, главное - соблюдать температурный режим и определенные пропорции смеси. В стандартном варианте производство нити ведется в несколько этапов:
- Сначала подготавливается исходная смесь. Чтобы получить вещество с нужными параметрами, важно смешать основные компоненты в нужном количестве. Определенный оттенок нить обретает за счет добавки химических Точность соблюдения пропорций - залог того, что окраска нити и в дальнейшем самого полимера будет стойкой.
- Загрузка в бункер. После приготовления смесь поступает в раздаточный бак, а затем подается в экструдер.
- Готовится однородная масса. Все компоненты, помещенные в экструдер, перемешиваются до создания пластичной массы.
- Производится пластиковая нить для 3d принтера. Однородная масса продавливается с помощью шнека через специальную насадку. Она имеет определенный диаметр, который равен толщине будущей нити.
- Нить охлаждается и сушится. Вязкий пластик уже в форме нитей попадает в ванну с водой, где происходит их охлаждение. Они также обретают гибкость. Из охладителя готовая нить подается посредством специальных роликов в сушилку, где под воздействием горячего воздуха высыхает.
Уже после высыхания нить для 3D-принтера наматывается на катушку. Благодаря гибкости, прочности, пластичности она идеально подходит для использования на любых видах принтеров. Диаметр нити разный - 1,75 мм или 3 мм, что варьируется в зависимости от используемых на оборудовании насадок. Применение различных пигментов позволяет добиться разнообразия цветовых решений пластиковой нити.
Filabot Original
Сделать нити из пластика для принтера 3D можно, но для этого нужно создать свой экструдер. Как это сделать, мы расскажем чуть позже. К тому же проще всего приобрести уже готовые портативные и мобильные устройства, например, Filabot Original. Данное оборудование для производства нити для 3D-принтера позволяет изготавливать нити из пластика, диаметр которого составляет 1,75 или 3 мм. Оборудование работает с самыми разными видами пластика - ABS, PLA и HIPS.
Прибор работает с гранулами пластика, позволяя держать под контролем температуру. Имеется фильтр, предотвращающий попадание загрязнений. Универсальной мощности достаточно для использования устройства в домашних условиях. Чтобы получить разные цвета нити, используются красители. В пользу выбора данного оборудования говорит его высокая производительность: на получение одного килограмма нити требуется около 5 часов.
Filabot Wee
Современная линия по производству нити для 3d принтеров представлена брендом Filabot. Оборудование с деревянным корпусом стоит намного дешевле, причем купить его можно как в уже готовом виде, так и как комплект для сборки самостоятельно. Как и описанное выше устройство, данное работает на основе популярных видов пластиков. Широкая цветовая палитра достигается использованием гранулированных красителей. Также можно добавить в смесь гранулированное углеволокно, которое повысит прочность готового прутка. Модель оснащается двумя сменными насадками, поэтому можно производить нить для 3D-принтера диаметром 1,075 или 3 мм.
Filastruder
В 3D-индустрии экструдер Filastruder известен за универсальную сборку, благодаря чему каждый желающий может наладить производство пластиковой нити у себя дома. Благодаря продуманной конструкции и простоте использования модель идеально подходит для экструзии.
Имея такое устройство дома, можно наладить создание нитей для 3d принтеров своими руками. Единственный нюанс - грамотно подбирать пропорции используемых компонентов, красители. Всего за 12 часов работы оборудование способно произвести 1 кг нити, при этом конечная производительность зависит от таких параметров, как диаметр сопла, температура экструзии, используемые материалы.
Экструдер Лаймана
Данное устройство уникально тем, что оно было одним из первых, что использовались для производства пластикового прутка. Примечательно, что дизайн оборудования завоевал главный приз на конкурсе Desktop Factory Competition, который проводился в 2013 году. Благодаря предельной простоте конструкции само оборудование по сравнению с остальными аналогами оказалось самым дешевым. Еще один интересный факт в том, что все инструкции в открытом доступе. Можно скачать чертежи и создать экструдер, чтобы изготавливать нить для 3D-принтера дома.
О создании самодельных приборов
Очень часто желающие работать с 3D-принтерами начинают сами создавать приборы для получения пластиковой нити, чтобы снизить свои траты. На самом деле такие устройства при их экономичности и полезности все-таки не так хороши:
- нить может получиться невысокого качества, недостаточной или неправильной толщины, что скажется на деформации конечного изделия или вовсе невозможности его печати;
- при нагревании пластик может выделять вредные вещества, которыми придется дышать и во время печати, и во время переработки сырья;
- повторная обработка окрашенного пластика будет невозможной, так как вы не будете знать о составе пластика и красителя.
На экструдерах, созданных своими руками, трудно создать действительно качественный пластик. А потому лучше приобрести портативное оборудование проверенных марок.
О способах получения дешевой нити
Чтобы произвести нить для 3d-принтера, требуется использование готовых гранул пластика ABS. Но это слишком дорого и затратно, поэтому в домашних условиях создать материал можно и на основе обычной пластиковой бутылки. Суть мероприятия проста:
- бутылка ПЭТ измельчается в хлопья;
- полученная масса нагревается, пока не достигнет температуры плавления;
- через отверстие механизма экструдера происходит выдавливание нити нужного диаметра (за него отвечает наконечник);
- полученная пластиковая нить охлаждается под потоком воздуха, а затем наматывается на барабан.
В целом наладить производство не так трудно, как кажется. Труднее подобрать качественные материалы, чтобы нить получилась прочной, надежной, безопасной и пригодной для применения в сфере 3d-печати.
Кстати, о В некоторых странах проводятся социально-ориентированные кампании, направленные на переработку пластиковых крышек. Испанские ученые предлагают создавать из них нити для печати, так как в основе крышечек от бутылок лежит термопластичный полиэтилен высокой плотности. 3D-печать на основе ПЭТ - популярное явление, позволяющее совсем недорого создавать альтернативу пластику PLA или ABS. Сложность лишь в том, что данный процесс при его экономичности слишком долгий, и для создания нити в нужном количестве придется потрудиться.
Появление первых 3D принтеров поспособствовало ускоренному развитию сегмента IT. Уникальность оборудования, способного воспроизводить конструкции в трехмерном формате, стала причиной его высокой стоимости.
Поэтому появление самодельных устройств, обладающих подобными функциями, не стало неожиданностью. Их используют в бытовых условиях, а при работе с ними требуется расходный материал. Чаще к нему относят нитевидный пластик, к примеру, ABS или PLA. Человек, который хочет своими руками собрать 3D принтер или его отдельную часть (экструдер), должен обладать необходимыми знаниями и опытом. Он обязан знать о калибровке экструдера, охлаждении Cool-end и Hot-end.
О чём пойдет речь:
Механические компоненты
Детали для сборки реально приобрести в комплекте, но те, кто не ищут легких путей, часто решаются на самостоятельное изготовление. Им понадобятся:
- крепежные детали для формирования каркаса;
- рабочая площадка;
- устройство для нагрева и регулировки температурного режима;
- направляющие из металла;
- шестерни для электроприводов;
- экструдер.
Главной трудностью при изготовлении 3D принтера считается правильная конфигурация последних трех элементов. Большое значение имеет привод, который устанавливают для передвижения платформы на одной оси. Вторая становится залогом перемещения печатающей головки.
Самостоятельная сборка механической части осуществляется благодаря использованию листов из фанеры, шурупов подходящего размера и зажимов, обеспечивающих фиксацию. На фото стандартный набор для изготовления 3D принтера с двумя печатающими головками.
Электротехнические составляющие
Особенностью конструкции является экструдер нити для 3d принтера. Благодаря ему происходит выход расходного материала и непосредственно создание рисунка. Чаще его не рискуют делать самостоятельно, а приобретают в специализированных магазинах. Сборку начинают с подготовки необходимых деталей.
К его функциям относится подача филамента (нити из пластика). Он состоит из электрического мотора, прутка и шестерней. Нити намотаны на предусмотренную для этого катушку.
Hot-end
Он представляет собой дуэт сопла и элемента для нагрева. Филамент проходит через последний и изменяет агрегатное состояние, превращаясь в вязкую массу, которая после выдавливается с помощью сопла. Завершающим этапом становится послойное нанесение данного состава.
Детали этой части 3d принтера с двумя экструдерами производятся из сплавов латуни или алюминия. Благодаря этому тепло проводится достаточно быстро. Блок состоит из проволочной спирали, термопара (он регулирует температуру) и двух резисторов. Охлаждение элеватора осуществляется из-за термоизолирующей вставки. Она располагается между Cool-end и Hot-end. Данная деталь изображена на фото.
Сборка экструдера
Производство экструдера для 3D принтера своими руками происходит следующим образом.
Подбирается двигатель
Чаще данную деталь заменяют рабочим мотором от принтера или сканера, приобрести его можно на радиорынке.
Если двигатель для экструдера оказался слишком слабым, дополнительно потребуется редуктор. Подходящей заменой покупной детали станет та, что ранее была частью шуруповерта. Также редуктор понадобиться экструдеру прутка для 3d принтера. Присоединение двигателя происходит за счет корпуса, прижимного ролика и хот-энда, располагать их нужно как на фото.
Регулировка прижимного ролика
Обязательным условием является продуманное взаимодействие этого элемента и пружины. Последняя устанавливается из-за возможных недочетов в расчете параметров прутка 3D принтера.
Слишком сильное сцепление нитей с механизмом подачи провоцирует отделение частиц расходного материала.
Создание хот-энда
Его гораздо проще приобрести, большинство мастеров так и поступают. Для самостоятельного изготовления потребуется чертежи, которые можно скачать из интернета. Для радиатора понадобиться алюминиевый сплав.
Этот элемент отводит теплый воздух от ствола прибора, который представляет собой полую трубку. В ее функциях соединение элемента нагрева и радиатора. Это предупреждает перегрев принтера.
Удачным вариантом считается светодиодный радиатор, при этом охлаждение прибора будет происходить с помощью вентилятора. Ствол хот-энда 3D принтера представляет собой металлическую полую трубку. При создании экструдера необходимо учитывать время плавления нитей. Если они плавятся раньше, чем положено, то произойдет засорение сопла.
Сборка элемента нагрева
В первую очередь понадобиться алюминиевая пластина. В ней делают ходы для крепления терморезистора, хот-энда и резистора.
В принтере, работающем в формате 3D, может быть больше одного экструдера, например, как на фото. Данный факт следует учитывать при создании чертежа устройства. Функциональность такого оборудования на порядок выше, чем у стандартного, например, печать в двух цветах и изготовление конструкций из растворимых полимерных материалов.
К завершающему этапу создания 3D принтера своими руками относят калибровку экструдера, подключение электроники, регулировку процесса печати, внедрение подходящего ПО.
Обзор принтера Bigrep One
Данная модель характеризуется наличием двух экструдеров, наличием подогрева рабочей платформы и внушительными габаритами. Bigrep One (изображен на фото) предназначен для профессионалов, специализирующихся на производстве качественных изделий в 3D формате.
Еще одним плюсом 3d принтера Bigrep One 2 с двумя экструдерами считается его стоимость. На фоне цен на аналогичные устройства она более приемлема, поэтому пользуется большим спросом.
Отмечают следующие преимущества принтера Bigrep One:
- Рабочий объем 1,3 м3.
- Низкая себестоимость 3D моделей.
- Отсутствие необходимости в оснастке готовых изделий.
- Повсеместность применения.
- Экономичность и производительность.
- Наличие камеры 3D печати.
- Обширный ряд возможных филаментов (нити ABS и PLA, нейлон, гибкие эластомеры).
Bigrep One представляет собой новое поколение принтеров, употребление которых расширяет сферу использования 3D технологий.
Вывод
Экструдер – это значимый узел 3D принтера. Он влияет на качество готовых предметов, саму процедуру печати. Неполадки в нем влекут за собой потерю дорогостоящих нитей из пластика. Недочеты в расчете диаметра прутков, отсутствие калибровки, неправильное расположение осей корпуса приводят к отрицательным результатам производства. Пример на фото.
Поэтому, перед тем как начинать сборку принтера, проведите обзор возможных конструкций этого устройства, определите точные параметры прутка и количество экструдеров (один, два или более).
Одним из новейших развитий устройств для 3D-печати стало появление экструдеров. Нет, речь пойдет не о печатающих головках FDM-принтеров, хотя это тоже экструдеры, а о портативных настольных устройствах для домашнего производства пластикового прутка.
Что, вообще, такое экструдер? Это устройство для формирования изделий путем плавки или разжижения расходного материала и выдавливания массы через отверстие определенной формы. Фактически, обычная мясорубка суть своего рода экструдер.
Именно подобные «мясорубки» и используются для промышленного производства прутка для 3D-печати. Причем, конструкция таких устройств предельно проста: гранулы пластика засыпаются в бункер и с помощью шнека (он же «Архимедов винт») перемещаются внутри разогретой трубки, или «гильзы». К концу недолгого путешествия пластик нагревается почти до точки плавления и выдавливается шнеком сквозь круглое отверстие в «головке», образуя нить. Затем производится охлаждение нити и намотка на бобину. Казалось бы, ничего сложного. Так почему бы не заняться производством нити в домашних условиях?
Это вполне возможно. Зачем? Хотя бы из-за того, что гранулы того же ABS-пластика стоят намного дешевле, чем готовый пруток аналогичного веса. Насколько? Сравните сами: тысяча-полторы рублей за готовую катушку с килограммом нити или 50-70 рублей за килограмм пластиковых гранул.
Кроме того, у вас будет возможность контролировать процесс. Мало ли кто и что подмешивает в расходные материалы ради снижения себестоимости? И наконец, у вас будет возможность экспериментировать с различными материалами, считающимися «экзотичными» в мире 3D-печати, но в реальности зачастую валяющимися прямо под ногами. Взять, хотя бы, тот же ПЭТ, из которого изготавливаются чуть ли не все пластиковые бутылки для напитков. Это и бесплатный расходный материал, и способ улучшить экологию.
Изготовить экструдер можно из подручных материалов, но рост популярности подобных устройств привел и к появлению коммерческих моделей. Сегодня мы взглянем на наиболее известные решения, а подробности постройки экструдера своими руками мы позже опубликуем в нашей Вики.
Filabot
Самая известная марка на рынке, представленная линейкой экструдеров и дробилкой для пластика. О дробилке чуть позже.
Первой моделью компании стал экструдер Filabot Original - достаточно симпатичное устройство размером с системный блок компьютера. Согласно заявлениям разработчиков, устройство способно производить нить из ABS, PLA и HIPS, да еще и c возможностью добавки углеволокна. Кроме того, возможна добавка красителей. Производительность устройства высока, достигая 1кг пластика за пять часов работы или около 45 метров прутка в час. Другими словами, эта машинка может вырабатывать пруток быстрее, чем среднестатистический FDM-принтер сможет его расходовать.
И здесь возникает одна небольшая проблема, хоть и не критичная: при такой скорости экструзии было бы неплохо оснастить устройство вентилятором для охлаждения пластика на выходе, иначе возможно растяжение нити под собственным весом или слипание. К сожалению, разработчики не озаботились этой проблемой, видимо считая, что экструзия будет производиться со стола на пол, с достаточным временем для охлаждения перед сматыванием…
Более серьезной проблемой представляется стоимость экструдера - ни много, ни мало $900. В забавной попытке снизить стоимость устройства компания решила придержаться своей маркетинговой стратегии и предложила Filabot Wee. Эта модель мало чем отличается от оригинала, если не считать деревянного корпуса, но стоит уже $750. Наконец, есть возможность приобрести Filabot Wee в виде комплекта для сборки за $650.
Filastruder
Filastruder был разработан парой помешанных на филаменте (см. видео) умельцов-студентов по имени Тим Элморе и Аллен Хэйнс из Университета Флориды в ходе закрытого проекта, затем успешно протестирован среди не менее помешанных 3D-мейкеров и, наконец, предложен на Kickstarter в уже готовом виде в качестве дешевой альтернативы экструдерам Filabot. Стоимость устройства составляет всего $300.
Производительность Filastruder в сравнении с Filabot обратно пропорциональна цене, достигая порядка 1кг пластика за 12 часов работы. Но как мы уже отметили, темп работы Filabot просто избыточен для домашней печати. Для нужд энтузиаста-одиночки производительности Filastruder вполне хватит, а более скромный ценник станет несомненным преимуществом. Filabot же лучше подходит для использования группами мейкеров, либо в качестве источника дохода. Почему бы и нет? Четыре-пять килограммов нити в день могут преобразиться в неплохую сумму, если есть покупатели.
Lyman extruder
С чего, собственно, все и началось. Скромный 83-летний пенсионер из штата Вашингтон (что, кстати, на противоположном побережье от столицы США) решил показать молодежи «что к чему». И таки преуспел! Вооружившись лобзиком, дрелью, отверткой и талантом, мистер Хью Лайман соорудил устройство для экструзии прутка. Ну, хорошо: может он и не был зачинщиком, ибо идея витала в воздухе достаточно долгое время, но именно Хью разработал простую, годную установку и выложил чертежи в открытый доступ, что уже делает его героем среди 3D-мейкеров.
Кстати, этот уже не молодой человек имеет вполне интересный, хоть и малоизвестный список заслуг. К примеру, в 70-х годах он возглавлял компанию Ly Line, которая пыталась продвинуть на рынок портативные компьютеры лет этак за восемь до появления первого серийного «макинтоша». Правда, весило сие «портативное» устройство скромные 25кг... Но ведь идея была правильной? Вот и в этот раз Хью Лайман, уже на пенсии, не оплошал.
Как оказалось, Хью заинтересовался 3D-печатью. Он не считает себя полноценным инженером - диплом он так и не защитил, несмотря на университетское образование. С другой стороны, талант превыше бюрократии. Побаловавшись с 3D-принтерами, Хью пришел к выводу, что технология приятна, а вот ценник в $30-40 за килограмм прутка несколько раздражителен. Услышав о конкурсе Desktop Factory Competition, то есть «конкурсе самодельных настольных фабрик», Лайман решил тряхнуть стариной.
Условием соревнования было создание генерирующего устройства из общедоступных компонентов с общей стоимостью менее $250. Свою первую попытку Лайман с блеском провалил по одной простой причине: он не учел стоимость собственноручно изготовленных компонентов, а тем самым нарушил условия конкурса, превысив условную стоимость. После быстрой доработки дизайна на свет явилась вторая версия экструдера Лаймана. Результат? Безоговорочная победа. Еще бы: даже с учетом затрат на электроэнергию стоимость самодельного прутка, произведенного из гранул, ниже стоимости «фирменного» продукта в разы. А уж если использовать «подножный» материал… Кстати, о мусоре:
Filabot Reclaimer
Основным ограничением экструдеров является использование гранул для производства прутка. Ни Filabot, ни Filastruder, ни экструдер Лаймана не способны «переварить» крупные куски пластика. Таковы особенности и ограничения дизайна. А ведь основной потенциал домашних экструдеров именно в переработке пластиковых отходов: бутылок, упаковки и просто неудачных моделей или отходов 3D-печати - рафтов и опор.
К счастью, эта проблема решается достаточно просто: разработчики Filabot уже предлагают дробилку для пластика под названием Filabot Reclaimer. Это устройство отличается исключительной экологичностью при мощности в одну человеческую силу. Другими словами, это шредер с ручным приводом. Устройство дробит пластик в частицы размером менее 5мм, превращая пластиковые отходы в удобоперевариваемое сырье для экструдеров. Цена вопроса: $440. Да, недешево. Зато сырье бесплатное. Разработчики указывают на возможность переработки ABS, PLA и HIPS.
В общем и целом, идея домашних устройств для производства прутка, включая переработку пластиковых отходов, достаточно нова. Конечно же, появления подобных устройств стоило ожидать - это вполне логичное развитие концепции домашней 3D-печати. Как и с любыми новыми идеями, цены на готовые устройства великоваты, но у умельцев всегда есть возможность построить экструдер собственными руками. Благо, что чертежи всех перечисленных устройств были выложены в открытый доступ. Конечно же, экструдеры - не панацея. Наряду с заманчивым экономическим потенциалом стоит учитывать и технологические тонкости домашнего производства. Не все виды пластика поддаются переплавке: тот же PLA проще выбросить, чем переработать. Кроме того, самодельный пруток даст достаточно большой процент брака, а многократная переработка даже подходящего пластика неминуемо приводит к его деградации.
Тем не менее, использование свежих гранул с подмешиванием переработанного пластика может вылиться в существенную экономию расходов на печатные материалы.
