Устройство принтера RepRap II Mendel. Часть 4

Экструдер

Введение

Здесь описывается стандартный экструдер для RepRap Mendel. Многие достигают хороших результатов, используя Wade's Geared Extruder, поэтому стоит ознакомиться и с ним.

RepRap Mendel экструдер настроен на работу пластиковым материалом диаметром 3 мм. Если вы хотите использовать материал диаметром 1,75 мм, то вместо него подойдет Wade's Geared Extruder.

В этой статье описано, как построить один двигатель для экструдера, который:

- можно прикрутить к оси X принтера Mendel и использовать как стандартный экструдер;

- можно закрепить где-нибудь сбоку и использовать как экструдер Боудена (изобретенный eD и разработанный Erik);

- можно закрепить где-нибудь сбоку и использовать как экструдер Bowden paste.

Характеристика

59:11 передаточный коэффициент означает, что двигатель работает на малом напряжении; основное количество зубцов изнашивается в одинаковой степени. При сборке двигателя, работающего на волокне, можно обойтись без фрезеровки и заточки. Импульс движения передается через барашковую гайку, что уменьшает нагрузку на RepRap двигатель. Использует  те же 624 подшипники, что и другие модели для  RepRap Mendel. Настроен на более высокую скорость экструдирования, нежели старые экструдеры Mendel, что позволяет сократить время печати.

Что вам понадобится

Здесь описано все, что вам понадобится для сборки экструдера и его крепежа к 3D принтеру Mendel. Также вскоре будут добавлены вариации Боудена, как только они пройдут тестирование. Возможно, у вас возникнет желание сделать не одно, а несколько видов сопел. Файлы для моделирования(AoI, STL, и полные версии RFO для быстрой печати) размещены на файлообменнике RepRap.

В этой таблице перечислены все необходимые запчасти (некоторые уже укомплектованы), за исключением двух M4x20 болтов, которые закрепляют экструдер на оси X принтера Mendel.

Описание
Количество, размер
 base.stl  1
drive-gear.stl
1
driven-gear.stl
1
driven-holder.stl
1
filament-guide.stl
1
idler-holder.stl
1
motor-holder.stl
1
M3 x 10
4
M3 набор10 мм болтов
1
M4x12
2
M4x20
2
M4x45
6
M4x55
2
M3 гайка
1
M4 гайка
13
M4 барашковая гайка
1
M4 прокладка
21
624 подшипник
3
NEMA17 шаговый двигатель
1
M4 стержень
70 мм
стержень диаметром 4 мм
37 мм
M4 вставка
1
столярная плита
50 мм x 25 мм
4- створчатые разъемы
2
4- створчатый плоский кабель
130 мм
PTFE диметром 16 мм
50 мм
M6 нарезная медь
36 мм
терморезистор
1
лента Kapton
200 мм
нихромовая проволока
60 мм
быстросохнущий клей
примерно 5 мл

Вставка M4 распределяет волокно – это сердце устройства. Ее можно найти в интернет-магазинах по всему миру. Она имеет встроенный нарезной винт М4 и стопорный винт. Это означает, что ее легко прикрепить 70-милиметровым саморезом, но, как только вы его закрутите, вставка больше не спадет. Поскольку вкладка медная, то со временем она сотрется, независимо оттого, что только ее подшипник сделан из пластика. Я советую в случае печати с использованием PLA, которого хватает на примерно 50 кг отпечатанных предметов, запастись несколькими лишними мотками (в зависимости от их стоимости, разумеется). Если вы не можете найти катушки, или вам нужно быстро найти заменители, пока не доставили подходящие, тогда воспользуйтесь для замены проверенными многими пользователями two dremeled M4 nylocs.

Шаговый двигатель NEMA 17 имеет полный привод (передний и задний). Я воспользовался одним от фирмы Zapp Automation, который отлично работает. Стержень диаметром 4мм можно заменить старым болтом вала M4 (цельным) и разрезать его ножовкой для металла. Необходимо зачистить концы шлифовкой.

Сборка

Соединители

Два 4-контактных разъема используются для соединения четырех проводов шагового двигателя, двух нагревателей и двух проводов терморезистора.

Используйте два зажима для патрона как зажимы для сверла, чтобы просверлить 4 мм отверстия возле нижнего края планки. Припаяйте  два 4-контактных разъема ближе к верхнему краю на обоих краях. Разделите два провода до средины, чтобы изолировать два соединителя друг от друга.

Если будет желание, можно спаять 1K резистор с LED параллельно к нагревателю, рядом с соединителем для нагревателя и терморезистора. Это позволит увидеть, когда нагреватель включен. Убедитесь, что полярность соблюдена правильно, если это так – постоянный ток (+ до -) будет проходить по направлению стрелки LED символа.

Сопла

Дизайн сопел постоянно обновляется, проверяйте обновления, чтобы найти самый новый вариант.

Примечание: у некоторых возникали проблемы во время сборки экструдеров (таких как этот) от PTFE – они считают, что они деформируются при нагрузке. А у других, включая меня, никаких проблем не возникло. Следовательно, существует несколько видов состава или качества (возможно, с большей или меньшей степенью полимеризации) материала. Мы проводим исследования, чтобы получить вразумительный ответ. В это же время, используемый мною PTFE работал абсолютно нормально.

Начните со сборки сопла для экструдера. Он точно такой же, как и в старой модели экструдера  Mendel, однако размер экструдера PTFE составляет 50 мм, в отличие от 35 мм диаметра в предыдущем дизайне. Также я отрезал проволоку M6 на 18 мм длиннее, по сравнению с ранее использованными 15 мм в старой модели, и, соответственно, увеличил медное сопло.

Причиной таких изменений (необязательных) стала осторожность: я хотел убедиться, что аралдитовое соединение между PTFE и основой устройства будет оставаться охлажденным, а значит – не размягчится. Также я хотел удостовериться, что медное сопло не разрушится даже под влиянием нагрузок экструдера, превышающих стандартные. Цели внесения таких изменений – увеличить скорость работы экструдера, что, соответственно, приведет к большим термическим и механическим нагрузкам, к чему я решил подготовиться заранее.

Большая длинна сопел означает, что нужно использовать удлиненный оптический распределитель на оси Z вашего принтера Mendel.

Привод

Большая 55-зубчатая шестерня распределяет волокно. Она соединяется с 70-милиметровым резьбовым стержнем при помощи барашковой гайки, которая распределяет нагрузку и тем самым снижает давление на пластик.

Начните с установки барашковой гайки на зубцы большой шестерни на обратной стороне от проектирующего колеса. Некоторые гайки сразу закрутятся. К сожалению, судя по всему, барашковые гайки не всегда имеют одинаковый стандартный размер, поэтому необходимо подпилить металлические плечи ваших гаек. Шестерня должна сидеть ровно на верхней части гайки.

Ниже представлен порядок сборки распределителя нитей:

  • M4 гайка  
  • M4 прокладка  
  • 624 подшипник  
  • M4 прокладка  
  • M4 вставка  
  • M4 прокладка  
  • 624 подшипник  
  • M4 прокладка  
  • M4 гайка  
  • Пропуск  
  • M4 гайка  
  • M4 барашковая гайка   
  • Шестерня  
  • M4 прокладка   
  • M4 гайка

Здесь отображено несколько дополнительных прокладок между барашковой гайкой и гайкой, которая ее замыкает – они не нужны. Последние M4 прокладки не видны за шестерней.

Соберите все в нужной последовательности и закрутите. Пока что не затягивайте сильно и не используйте гаечный ключ.


Здесь показано, как все становится на место в разъемах экструдера. Скрепите проволокой все устройство пока вы продолжите сборку всего остального.

Шаговый двигатель

Шестерня прикрепляется к шаговому двигателю при помощи набора шурупов M3. Используйте 10-миллиметровые шурупы. Вставьте М3 гайку в разъем шестерни, потом вставьте в нее шуруп. Ели все выглядит чересчур плотным и возникает трение об корпус шестерни, не стоит волноваться. Это даже хорошо, так как удерживает шурупы на месте.

Если вал вашего двигателя изначально ровный, то просто затяните на нем шурупы. В противном случае, зажмите изгиб в тиски и выровняйте его. Прошу заметить, что в подшипник двигателя временно вставлена затычка. Это позволит защитить его от попадания железной стружки. Расположите грани в правильном месте. Шестерня должна располагаться таким образом, чтобы ее часть, приближенная к двигателю, открывала доступ к M4 шурупу, проходящему через печатную монтажную пластину двигателя.

Воспользуйтесь четырьмя шурупами M3x10, чтобы прикрепить шестерню и двигателю к печатной пластине, а  затем присоедините ее к основанию при помощи двух M4x55 шурупов, которые войдут в щели. Эти щели позволят подвинуть двигатель ближе/дальше к шестерне, чтобы обеспечить хорошее сцепление зубцов.

Отрегулируйте шурупы и барашковую гайку, удерживающую большую шестерню, которую вы закрутили справа от ведущей шестерни, таким образом, чтобы они оказались на одном уровне. Вытащите подпорку из ведущей шестерни (уберите проволоку, которую вы раньше вставили, чтобы расслабить ее).

Закрутите гайки на конструкции ведущей шестерни довольно туго при помощи пары гаечных ключей. Не переборщите, но также отпилите выступающие концы. Убедитесь, что все находится на одном уровне, а затем закрутите торчащий шуруп во вкладке М4. Он войдет в резьбовое отверстие М4 диаметром 70 мм; вы сможете раскрутить его в случае необходимости, но не стоит это делать слишком часто. Вставьте устройство на место и снова закрепите все проволокой.

Необходимо снять двигатель и его крепление.

Вставьте гайки М4 в отверстия для них в печатном поддерживающем устройстве. Используйте гайки М4 и накладывайте под них прокладки М4, чтобы поместить их отверстия, если они немного тугие.

Оденьте подшипник 624 на 4-миллиметровый винт и наложите прокладки М4 на обе его стороны. Установите его в блоке рукоятки.

Опустите прокладки М4 в отверстия ведущей рукоятки, используя верхние две для сцепления с монтажной пластиной.

Разместите блок прямо под низом и закрутите винты, сжимая рукой проволоку между вкладкой М4 и блоком рукоятки. Посмотрите на верхнюю часть устройства и отрегулируйте винты, чтобы блок рукоятки был параллельным по отношению к поддерживающему блоку.

Поместите двигатель обратно на место и отрегулируйте все так, чтобы шестерни сцепились. Убедитесь, что большая шестерня может пройти полный круг вращения и не отсоединиться или не приблизиться слишком близко к другой шестерне.

Смажьте шестерни небольшим количеством силиконовой смазки.

Передний вид


Задний вид

Разумеется, стандартное количество шагов на 1 мм экструзии нужно изменить в настройках. Детали настройки здесь. Я использовал величину 1,8 шагов/мм для полушагового двигателя с показателем 200 шагов/оборот. 

Видео процесса


Источник нагрузки

Это удобный и надежный способ соединить промежуточный подшипник с приводом управления. Для этого нужно взять винты M4x45, которые меньше, чем  использованные в стандартном ВОМ. Более того, 2 ранее упомянутых винта M4x45 могут быть длиннее, что позволяет использовать все шесть винтов размером M4x45, добавив два дополнительных в BOM. В этом случае станет меньше разнобойных винтов в ВОМ, из-за которых нужно переживать). Отрежьте 4 отрезка от кабеля М4 длинной по 62 мм. На каждом отрезке с обеих сторон установите заглушки. Постарайтесь выровнять шляпки винтов, но не разорвите проволоку. Вместо этого можно воспользоваться несколькими шестигранными болтами M4x70, поскольку их шляпки подходят по размеру к гайкам М4.

Вставьте заглушки для винтов в 4 шестигранные отверстия в промежуточной шестерне.

Пружины, которые я использовал – Springmaster's D12100, но другие похожие тоже подойдут. Минимальный заказ на пружины Springmasters составляет £15, что позволит приобрести 8 пружин D12100, из них 4 мы будем использовать, а 4 – запасные.

Не затягивайте пружины слишком сильно. Те, которые я использовал, нужно затягивать до момента их соприкосновения, а потом проверните еще на полтора оборота. Закрепите их диагонально, то есть в таком порядке: нижняя левая, верхняя правая, верхняя левая, нижняя правая. Если оказалось, что вам пришлось их натягивать намного больше, то это признак неисправности экструдера, например, частично заблокировано сопло или амортизатор.

Это устройство обеспечивает более-менее стабильное давление на нить, проходящую через экструдер, несмотря на незначительное изменение в диаметре волокна.

Распределение нагрузки

После многоразового использования устройства (печать около 20 предметов), я обнаружил, что маленькая алюминиевая пластина, распределяющая давление между фиксатором сопла и шаговым двигателем врезалась примерно на 1 мм в пластмассу основы экструдера.

Правильным решением будет увеличение размера пластины. Я заменил ее пластиной размером 40мм x 12мм с 3 мм отверстием на расстоянии 17 мм от одного края и 8 мм от края длинного конца.



Представляем Kayan: эксклюзивный 3D печатный абажур для Plumen

United Nude представляет коллекцию 3D печатной обуви от Захи Хадид и Бена ван Беркеля

Алексис Уолш представляет новую модную коллекцию LYSIS Collection, созданную с помощью 3D печати