Меня очень много спрашивают на тему экструдеров, а именно где купить, как сделать своими руками, и главное — какой из них лучше. Поэтому я решил донести до читателей актуальную на 2015 год информацию на тему экструдеров.

Что такое экструдер 3D принтера

Экструдер 3D принтера — это устройство для дозированной подачи, плавления и выдавливания пластиковой нити через сопло.

На сегодня самый популярный стандарт пластиковой нити — 1,75 мм, а сопла в домашних 3D принтерах чаще всего бывают от 0,25 мм до 0,5 мм.
Экструдер состоит из 2 частей:
1. Механизм подачи (толкания) пластиковой нити
2. Печатающая головка (hot end) (хотэнд)

Про механизм подачи мы в данной статье говорить не будем — если будут желающие, то напишу отдельную статью. А наша задача сейчас разобраться с хотендом.

В качестве примера будет рассматривать популярный сейчас хотенд от фирмы E3D (e3d-online.com)

Устройство хотенда:

1. Ствол хотенда. Эта часть соединяет радиатор и нагревательный блок, но главное что внутри ствола проходит и начинает плавиться пластик. Самый важный момент здесь — узкий участок в середине ствола. Это — термобарьер, он необходим для того чтобы не пустить тепло выше, то есть мы заставляем пластик плавиться в определенной точке и не раньше. Если пластик начнет плавиться раньше, то это повлечет за собой большую силу трения, т.к. придется двигать слишком большое количество расплава. К тому же именно в этой узкой зоне формируется так называемый поршень — твердый нерасплавленный пластик плотно прилегает к стенкам ствола и толкает расплавленный вниз.
Ствол изготавливается из нержавеющей стали, т.к. у неё низкая теплопроводность.

2. Радиатор. Служит для отвода тепла от верхней части ствола. Изготавливается из алюминия.

3. Нагревательный блок. Основная задача — распределять тепло от нагревателя к стволу и соплу, в которых и плавится пластик. Изготавливается из алюминия.

4. Нагреватель. Это нагревательный элемент диаметром 6 мм, который вставляется в нагревательный блок. В качестве нагревателя раньше использовали мощный резистор на 5 Ом, а сейчас — керамический нагреватель в металлической гильзе. Найти такой можно на Ebay по запросу "12v Ceramic Cartridge Heater".

5. Сопло. Диаметры сопел могут быть от 0.2 до 1 мм, сейчас наиболее распространены и практичны сопла 0.4 мм, т.к. это они дают компромисс между скоростью печати и качеством. опло обычно изготавливается из латуни.

Какой хотенд выбрать?

Выбор достаточно велик и сейчас доступно более 10 видов конструкций хотендов, поэтому я не стану описывать всего разнообразия и ограничусь своими рекомендациями.

J-head. В течение 3 лет я испробовал много хотендов типа J-head — это были и оригинальные, нескольких версий и много версий от китайских производителей. Поэтому могу смело заявить — конструкция типа J-head работает хорошо и при том, компактна. В качестве термобарьера используется тугоплавкий пластик, а внутри хотенда находится тефлоновая трубка, поэтому он беспроблемно печатает PLA пластиком в отличие от металлических хотендов, где PLA может застревать, если рсплавится раньше чем нужно.

E3Dv6. Зарекомендовавшие себя хотенды этой фирмы всё еще продолжают набирать популярность. Причину их успеха вижу в том что они просто выложили чертежи в открытый доступ и, собственно, сделали хороший полностью металлический хотенд — он просто работает как надо.

Стоит ли делать своими руками

Сделав хотенд самостоятельно, вы можете довольно неплохо сэкономить, если желаете экспериментировать с разными диаметрами сопел и если вам надо несколько хотендов.

Можно обойтись одним лишь токарным станком и набором тонких свёрел с которыми достаточно сложно работать (0.2-0.4мм). Вам останется докупить нагреватель и термистор. Поэтому давайте мыслить здраво — если вы не мастер по токарной металлообработке, то у вас есть только один вариант — купить готовый хотенд.

При выборе хотенда не стоит экономить, покупая непроверенную конструкцию, либо по странно дешёвой цене — ведь это рабочий инструмент принтера и именно от него зависит качество печати.

Где купить хотенд

В большом ассортименте можно найти на ebay.com по запросу "3d printer hot end", например. А так же в интернет-магазинах, торгующих запчастями для 3D-принтеров. Внимательно следите за тем, что бы в комплектацию входили термистор и нагревательный элемент, иначе вам придется искать их отдельно.

Каждый 3D-принтер имеет конструктивные особенности. Главную роль в любом устройстве играет экструдер 3d, второе название которого – печатающая головка. Суть ее работы проста: она выдавливает пластик через специальное сопло, благодаря чему и складывается трехмерный рисунок.

Особенности конструкции

3D-принтер работает на основе нитевидного пластика нескольких видов, но чаще всего применяются пластик ABS и PLA. И несмотря на разнообразие расходных материалов, все печатающие головки создаются по одному принципу и мало чем отличаются друг от друга. Устройство экструдера 3d принтера следующее:

• Блок cool-end подает филамент. Он включает в себя шестерни и привод от электрического мотора, а также прижимной механизм. Под воздействием вращения шестерни из катушки извлекается пластиковая нить, пропускается в нагреватель, где под воздействием высокой температуры пластик становится вязким. Такая структура дает возможность выдавить нить через сопло, чтобы придать ей нужную форму.
• Блок hot-end представляет собой сопло с нагревателем. Для его создания используются латунь или алюминий, отличающиеся высокой теплопроводностью. В состав нагревательного элемента также входят спираль из нихромовой проволоки, пара резисторов, термопары, регулирующие температуру. Во время работы hot-end разогревается, за счет чего и происходит плавление пластика. Важную роль играет своевременное охлаждение рабочей платформы, что обеспечивается специальной термоизолирующей вставкой между hot-end и cool-end.

Разновидностью печатающей головки является боуден экструдер, который отличается тем, что hot-end и cool-end разнесены с точки зрения расположения: нагреватель с соплом располагаются на печатающей голпринтер промышленныйовке, в то время как подающее устройство расположено на раме принтера. Пластиковая нить подается посредством длинной тефлоновой трубки. Главное ее назначение – оберегать нить от возможных изгибов, чтобы она подавалась в hot-endс оптимальной скоростью и давлением. Боуден экструдер хорош тем, что позволяет сделать меньше и легче печатающую головку, но с другой стороны, передача пластика к соплу не так надежна.

Как выбирать экструдер?

Экструдер для 3d принтера нужно выбирать правильно, учитывая несколько важных моментов:

1. Материал . современные печатающие головки оснащаются литыми элементами или созданными на основе 3d-печати. Конечно, литые модификации отличаются прочностью, что особенно важно для участков, на которые приходится большая нагрузка. С другой стороны, напечатанные на 3D-принтере детали гораздо дешевле.
2. Подача филамента . Качество этого механизма играет важную роль, поскольку нить должна подаваться к нагревателю постоянно и аккуратно. Только так можно обеспечить бесперебойную печать. Во время пути к соплу пластик может запутаться, поэтому нужно выбирать принтеры с электрическим двигателем высокой мощности – так запутывания можно свести к минимуму.
3. Тип подающего ролика . Очень часто в результате плохого сцепления материала с подающим роликом нить начинает проскальзывать. Особенно часто такие ситуации возникают при использовании нейлоновой нити на тех устройствах, где можно применять только ABS или PLA-пластик.
4. Размер сопла . Экструдер может оснащаться соплами разного диаметра. Важную роль при выборе играет назначение самих изделий. Например, если объекты должны быть тщательно и детализированно прорисованы, то сопло выбираются меньшего диаметра. Чем меньше сопло, тем выше вероятность его засорения, поэтому лучшее выдавливание пластика обеспечивается при мощном электрическом двигателе.

Как сделать своими руками

Чтобы сделать экструдер для 3D-принтера экструдер своими руками, потребуется подобрать шаговый двигатель. Однако в этом качестве можно использовать и моторы от старых сканеров или принтеров. Для крепления двигателя потребуется корпус, прижимной ролик и хот-энд. Корпус создается из разных материалов, при этом его конструкция может быть самой разной. Прижимной ролик должен регулироваться пружиной, поскольку толщина прутка не всегда идеальна. Материал сцепляется с подающим механизмом, но сцепление не должно быть слишком сильным – в ином случае кусочки пластика будут откалываться.

Хот-энд можно купить (покупка обойдется примерно в 100 долларов), а можно скачать чертежи и создать его самостоятельно. Радиатор создается из алюминия и нужен для того, чтобы отвести тепло от ствола хот-энда. Это позволит предотвратить преждевременное нагревание материала для печати. Хорошее решение – светодиодный радиатор, а охлаждение выполнять посредством вентилятора. Ствол хот-энда создается из полой металлической трубки, которая служит для соединения радиатора и нагревательного элемента.

Тонкая часть трубки – это термобарьер, который исключает попадание тепла в верхнюю часть экструдера. Главное в хот-энде – добиться того, чтобы филамент не плавился раньше времени, что приведет к засорению сопла.

Нагревательный элемент в 3d-экструдере своими руками создается из алюминиевой пластины. В ней сверлится отверстие для крепления ствола хот-энда, затем сверлятся еще отверстия для болта крепления, резисторов, терморезистора. Пластина нагревается резистором, а задача темистора – регулировать рабочую температуру. Сопло можно создать из глухой гайки с закругленным концом. Лучше, если гайка латунная или медная – эти металлы отличаются простотой обработки. В тисках крепится болт, затем на него накручивается гайка, а в центре сверлится отверстие. Таким образом, легко создается экструдер в домашних условиях.

Некоторые модели принтеров оснащаются двойными экструдерами – это позволяет печатать двухцветные объекты или создавать структуры поддержки из растворимого полимера. То есть одновременно на таком устройстве можно использовать сразу два вида пластика. Правда, одновременная печать все равно невозможна, поэтому каждый экструдер задействуется в случае необходимости.

Когда дело касается настольных 3d принтеров, мы можем наблюдать, что цены на эти устройства в течение последних нескольких лет значительно упали. Сейчас практически каждый желающий может позволить себе приобрести такое устройство и сделать его частью своей жизни, создавая самые разнообразные трехмерные изделия. Существует лишь одно препятствие, которое становится причиной отказа в покупке 3d принтера – это стоимость материала. Сейчас специалисты побороли эту проблему и сконструировали устройство, позволяющее создавать рабочий материал прямо у себя дома, а его цена, по сравнению со стандартной, выглядит просто смешной.

Средняя цена на пластиковую нить составляет порядка 40 долларов за килограмм. Те люди, кто активно пользуются 3d принтерами, прекрасно знают, что такое количество может быть использовано в течение всего пары дней. Если произвести простые математические расчеты и умножить данную стоимость на недели, месяцы или годы, можно получить в итоге довольно кругленькую сумму.

В последнее время компании озаботились данным вопросом и начали создавать специальные устройства, которые могут снизить цену нити с десятков долларов, до единиц. Эти машины создают рабочий материал путем переплавки специальных пластиковых гранул, с последующей намоткой готовой нити на катушку. Гранулы получить гораздо проще, а соответственно это помогает снизить конечную стоимость эксплуатации 3d принтеров.

Совсем скоро компания 3devo представит миру свое изделие, ранее зарегистрированное на площадке Kickstarter. NEXT 1.0 – это одна из тех машин, которая позволит создавать нити для FFF/FDM принтеров прямо у себя дома.

“Машины для создания материала для FFF/FDM представлены самыми различными компаниями, но 3devo отличается от других тем, что уделяют внимание мелочам и качеству конечного продукта, а также материалу, который будет изготавливаться в процессе эксплуатации. В отличие от других аналогичных устройств, которые создают некачественную нить, с неплотной структурой, NEXT 1.0 предназначен для изготовления профессионального материала. Эта нить в последующем может с легкостью наматываться сразу на катушку 3d принтеров, что позволяет добиться действительно невероятных результатов. 3devo делают все максимально возможное и невозможное, чтобы сделать вашу жизнь действительно комфортной”, — рассказывает Лукас ван Лиувен (Lucas van Leeuwen).

NEXT 1.0 имеет 7 основных функций, которые, по словам специалистов компании, выделяют его среди остальных подобных устройств:

1. Создание высококачественной нити – специальная система последовательной экструзии позволяет легко транспортировать гранулы внутрь устройства и превращать их в плотные нити.
2. Система трехмерного обогрева – в отличие от других устройств для создания FDM/FFF нити в домашних условиях, NEXT 1.0 оснащен тремя зонами обогрева, а температура каждой из них может быть отрегулирована независимо друг от друга.
3. Встроенный датчик Хоппера – он напомнит пользователю о том, что гранулы заканчиваются и пора позаботиться о дозаправке.
4. Система управления диаметром – пользователь самостоятельно выбирает диаметр изготавливаемой нити.
5. Система автоматической намотки готовой нити.
6. Возможность легкой и быстрой заменой катушки.
7. Доступный и понятный пользовательский интерфейс, которым могут пользоваться даже люди, использующие устройство впервые.

Создание машин для генерации FDM-нити – это не только предоставление пользователям возможности сэкономить, но и очередной шаг в развитии 3d технологий. В дальнейшем, 3devo хотят добавить возможность

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.

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:

1. 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.
2. Загрузка в бункер. После приготовления смесь поступает в раздаточный бак, а затем подается в экструдер.
3. Готовится однородная масса. Все компоненты, помещенные в экструдер, перемешиваются до создания пластичной массы.
4. Производится пластиковая нить для 3d принтера. Однородная масса продавливается с помощью шнека через специальную насадку. Она имеет определенный диаметр, который равен толщине будущей нити.
5. 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.