Экструдер - это узел 3D принтера, который непосредственно печатает. Его можно сравнить с печатающей головкой обычного струйного принтера, которая перемещается и распространяет краску. Экструдер, как правило, состоит из двух основных частей: корпус экструдера (англ. - extruder body) и hot end (англ. - хотэнд).

Корпус экструдера может быть различных конфигураций. В большинстве 3D принтеров используется система прямого привода, в которой шаговый мотор экструдера подает (материал для 3D печати) напрямую в хотэнд. В этих экструдерах, как правило, используется филамент диаметром 1.75 мм. Вторая распространненая конструкция экструдеров - это использование зубчатых колес для подачи пластика в хотэнд. Этот вариант конструктивной реализации часто встречается в DIY 3D принтерах, которые используют филамент диаметром более 3 мм.

Хотэнд - это, без преувеличений, основной узел 3D принтера. Как и предполагает название, этот узел нагревается, чтобы расплавить пластик, который подается для печати . Хотэнд состоит из трех основных узлов: сопло, размер которого определяет качество и скорость 3D печати; нагреватель (англ. - heater cartridge), который, собственно, обеспечивает нагрев до нужной температуры; цилиндр (англ. - heating barrel), в котором подается филамент для нагрева.

Второй тип экструдеров - это Боуден (англ. - Bowden) экструдеры. В этой конструкции корпус экструдера и хотэнд разнесены и соединяются PTFE трубкой, по которой подается филамент. Боуден конструкция позволяет устанавливать относительно тяжелый корпус экструдера и двигатель на раме 3D принтера, а не на подвижной каретке. Благодаря этому каретка становится легче и можно увеличить скорость 3D печати. Однако для подачи филамента придется прилагать меньшую силу, а менять материал для 3D Печати становится сложнее. Хороший пример использования Боуден экструдеров - 3D принтеры Ultimaker.

Как выбрать лучший экструдер?

Выбор лучшего экструдера зависит от Вашего 3D принтера. Оптимальный вариант - оценить желаемые возможности вашего 3D принтера и выбрать экструдер в соответствии с этими требованиями. После этого вы сможете определиться с наилучшим вариантом совмещения корпуса и экструдера. Как правило, основными показателями при выборе экструдера являются допустимые скорость и температура 3D печати. В данной статье мы исходим из предположения, что вы не привязаны к конкретной модели 3D принтера, а пытаетесь сконструировать собственный.

После того как вы выбрали подходящий хотэнд, следующий шаг - определиться с методом его установки на принтер. Самый распространенный вариант крепления - J-head.

Корпус экструдера - это вопрос индивидуальный. Корпус можно сделать с прямым приводом или с зубчатыми колесами. Как правило, используют прямой привод, так как его конструкция гораздо проще. Если вы собираетесь печатать с филаментом диаметром 3мм и больше, стоит задуматься о зубчатых колесах, чтобы обеспечить большую силу подачи. Конструкция корпуса е имеет особых ограничений, ее можно менять, особенно если вы используете приводные колеса. Если вам нужна дополнительная информация и идеи, можете поискать примеры конструкций на , где вы найдете огромное количество интересных конструктивных решений.

Еще один момент, который стоит учесть - количество экструдеров, которые вы хотите использовать в вашем 3D принтере. В большинстве используется один, но в последнее время набирают популярность принтеры с двумя. Два экструдера дают возможность печатать двумя цветами или разными материалами. Если вы используете два экструдера, убедитесь, что ваша управляющая плата сможет ими управлять и оба хотэнда хорошо откалиброваны относительно стола для печати.

Хотэнд

Как уже говорилось выше, хотэнд - одна из самых важных деталей 3D принтера. По-сути, без хотэнда вы не сможете ничего напечатать. Самый важные характеристики хотэнда - сопло, максимально допустимая температура нагрева, диаметр филамента и напряжение питания.

Надо проверить, чтобы напряжение питания нагревателя было совместимо с другими узлами вашего 3D принтера. В большинстве случаев используется напряжение питания 12 В, но 24 вольта встречается тоже. Каких-либо преимуществ в том или другом случае нет. Это просто зависит от используемых вами узлов.

Размер филамента определяется в зависимости от того, что вы собираетесь печатать. 1.7 мм - самый распространенный диаметр, но многие используют и 3 мм. Убедитесь, что ваш хотэнд сможет работать с диаметром материала, который вы хотите использовать. Х отэнд для 3 мм не сможет работать с филаментом диаметром 1.75 мм !

Характеристики сопла очень важны, так как сопло определяет сколько пластика можно использовать за единицу времени с одной стороны и, соответственно, уровнем допустимой детализации, котора зависит от максимально допустимой высоты слоя. Самый распространенный размер сопла - 0.4 мм, который является средним между 0.5 мм для быстрой 3D печати и 0.35, который используется для печати с высокой детализацией. Есть и сопла большего/меньшего диаметров, но большинство используют практичные размеры в диапазоне от 0.35 до 0.5 мм. Чаще всего сопло изготавливают из латуни.

Ну и характеристика максимально допустимой температуры нагрева влияет на типы материалов, которые вы сможете использовать. Многие хотэнды рассчитаны на максимальные температуры, которые позволяют печатать , возможно, нейлон. Основной ограничивающий фактор в этих хотэдах - PTFE направляющая. Популярная альтернатива - цельнометаллический хотэнд, в котором не используется PTFE направляющая, а предусмотрена система активного охлаждения с помощью кулеров. Допустимые температуры нагрева цельнометаллических хотэндов значительно выше.

Ниже приведено сравнение некоторых лучших хотэндов и конструкций экструдеров для 3D принтеров на рынке на момент конца 2017 года.

Экструдер Flexion Retrofit

Если вы сталкивались с проблемами забитого экструдера, который портил 3D печать или вам приходилось его менять из-за того, что не получалось печатать определенным не совсем стандартным материалом, то стоит обратить внимание на Flexion Retrofit , который даст вам возможность печатать, совершнно не задумываясь характеристиках используемого материала.

Почему Flexion Retrofit - лучший экстрдер для вашего 3D принтера?

Flexion Retrofit имеет два конструктивных исполнения. Поставляется в виде отдельных узлов со всем необходимым для сборки и монтажа плюс 4 сопла разных диаметров (0.2, 0.3, 0.4 и 0.5 мм). Он весит всего 1 фунт, благодаря чему позволяет печатать с гораздо большими скоростями по сравнению со своими конкурентами в том же ценовом диапазоне. Экструдер оснащен механизмом самоочистки, так что проблем с забитым соплом у вас не будет. Качественный механизм прижима филамента позволяет качественно печатать не только привычными ABS и PLA пластиками, но и гибкими материалами (гибкий PLA, TPU, TPE и другие).

Отличная реализация отдельных деталей

Улучшенная изоляция, специальные щетки для чистки и другие аксессуары облегчают обслуживание, а тот факт, что этот экструдер легко монтируется и демонтируется, позволяет легко произвести замену на сдвоенный, например. Приводное колесо, нагревающий блок и механизм подачи производятся с использованием точного, современного оборудования, что позволяет этому экструдеру работать с различными скоростями 3D печати, режимами подачи материала и давления. В результате, вы можете гибко настроить его под свои нужды для наилучшего качества 3D печати.

Flexion Retrofit поставляется в виде набора отдельных узлов, в коробке. У каждого узла есть точное, исчерпывающее описание. В инструкции расписаны все шаги по сборке и установке экструдера. Кроме того, на Thingiverse лежат stl файлы для крепежа кулера , которые вы можете напечатать самостоятельно и заменить пластиковую пластину, которая идет в большинстве комплектов.

В общем, если у вас возникли проблемы с экструдером, то Flexion Retrokit - это действительно лучший (хотя и не самый дешевый) экструдер, который точно решит все ваши проблемы.

Обзор PTFE хотэндов

Хотэнды с PTFE трубкой, например, 3D CAM’s MG Plus не так распространены как эх цельнометаллические аналоги. В первую очередь это связано с ограничением максимальной температуры нагрева. Хотэды с PTFE трубками дешевле, так как цельнометаллические конструкции требуют специальной обработки при производстве. При этом допустимая скорость 3D печати с PTFE хотэндами выше чем с цельнометаллическими.

Преимущества

• дешевые;
• тихие (так как нет отдельного кулера);
• обычно позволяют большие скорости 3D печати;
• легко меняется сопло.

Недостатки

• тяжело найти, устаревшая конструкция;
• ограничены использованием PLA и ABS пластиков (некоторые модели могут разогреваться до больших температур, но это редко).

Обычно идут в паре с экструдерами с прямым приводом. Модель Wade"s Extruder - одна из самых популярных на DIY 3D принтерах.

Lulzbot Hexagon хотэнд с корпусом TAZ Single Extruder

Lulzbot TAZ экструдер - это цельнометаллический хотэнд, который устанавливается на TAZ и Lulzbot мини принтеры. Этот хотэнд может достигать температур 300C, которой вполне достаточно для печати практически любым филаментом (Lulzbot не рекомендуют использовать филаменты с карбоновой крошкой, так как этот материал может повредить сопло). Lulzbot работают в рамках open-source, так что с документацией и хаками проблем не будет.

Преимущества

• высокие температуры дают возможность печатать практически любым материалом;
• этот хотэнд можно найти в виде отдельного узла, совместимого в DIY принтерами;
• короче других хотэндов, дает возможность печатать более высокие модели;
• сопло легко меняется.

Недостатки

• необходимо активное охлаждение

Обычно идет в комплекте с корпусом TAZ экструдера, DIY корпуса.

E3D V6

E3D V6 - это последняя версия популярных цельнометаллических хотэндов E3D. Хотя это не совсем корректное определение, так как E3D идет с PTFE трубкой, которая добавляется для более тонких (1.75 мм) филаментов. Если PTFE трубка не используется, E3D может легко разогреться до 300C И печатать всеми возможными материалами, как и Hexagon.

Преимущества

• высокие температуры позволяют печатать практически любым материалом;
• цельнометаллическая конструкция;
• легко меняющееся сопло.

Недостатки

• благодаря PTFE трубке улучшается качество 3D Печати, но возникают ограничения по максимальной температуре нагрева;
• необходимо использовать активное охлаждение.

Обычно используется с любым J-head совместимым корпусом.

Выводы

Экструдер играет очень важную роль в вашем 3D Принтере и его возможностях. Максимальная температура, размер филамента, требования по мощности, управляющая плата и даже высота слоя - все эти параметры напрямую зависят от экструдера. Так что стоит изучить все варианты и выбрать действительно лучший экструдер для вашего 3D принтера.

Принтеры очень популярны. Именно такие устройства составляют большинство “домашних” и самодельных моделей.

Печатающая головка FDM-принтера называется экструдером (от extrude - выдавливать), что отражает ее принцип действия: экструдер создает объект послойно, выдавливая размягченный материал через сопло. Тюбик с зубной пастой, клеевой пистолет, шприц с силиконовым герметиком - действуют по аналогичной схеме.

Чаще всего, для печати в FDM-устройствах используются термопластики ABS и PLA в виде филамента (нити), поэтому, в первую очередь, мы рассмотрим такие экструдеры.

Устройство экструдера 3D-принтера

Типичный экструдер для печати пластиком делится на две основные части: блок с механизмом подачи филамента (колд-энд, “холодный конец”, cold end) и сопло с нагревателем (хот-энд, “горячий конец”, hot-end).

Экструдер 3D-принтера Solidoodle. Хорошо видно красный филамент, зажатый между подающим роликом (слева) и прижимным. Прямоугольная алюминиевая деталь на сопле - нагреватель.

Подающие ролики (втулки)

Подаватель филамента состоит из колеса (шестерни), соединенного с электромотором (напрямую или через редуктор), и прижимного механизма. Подающее колесо, вращаясь, вытягивает филамент из катушки и направляет его в хот-энд, где пластик плавится под воздействием высокой температуры и выдавливается через отверстие в сопле.

“Горячий конец” экструдера делают из металла с высокой теплопроводностью (алюминия или латуни); нагревательный элемент, как правило, выполнен в виде одного-двух резисторов или спирали из нихромовой проволоки. Для отслеживания и последующей регулировки температуры, к соплу экструдера крепится датчик (термопара).

Экструдер 3D-принтера Printbox3D One с системой охлаждения

Хот-энд сильно разогревается во время работы, а остальные части экструдера должны оставаться холодными, иначе филамент начинает плавиться слишком рано. Поэтому, между “холодным” и “горячим” концами экструдера устанавливается теплоизолирующая вставка (обычно из термостойкого пластика PEEK). Кроме того, для охлаждения колд-энда, в печатающую головку часто встраивают радиатор с вентилятором.

Боуден-экструдер

Кроме экструдеров с прямой подачей пластика, конструкция которых рассмотрена выше, существует т.н. боуден-экструдеры (“экструдер Боудена”, Bowden extruder). Единственное их отличие в том, что блок подачи филамента и сопло разнесены: колд-энд жестко закреплен на раме 3D-принтера, а хот-энд находится на подвижной печатающей головке. Филамент, при этом, подается в сопло по длинной тефлоновой трубке (по принципу боуден-троса).

На практике это выглядит примерно так

Подобное решение позволяет снизить массу и габариты печатающей головки, благодаря чему увеличивается скорость работы принтера, но страдает надежность подачи пластика.

Важные характеристики экструдеров филамента

Хотя в конструкции любого экструдера, в принципе, нет ничего сложного, существуют несколько важных нюансов.

• В первую очередь, это материал корпуса и механизмов.

Некоторые производители оснащают свои экструдеры, вплоть до нагруженных компонентов, дешевыми 3D-печатными деталями. Нужно учесть, что литые детали прочнее 3D-печатных, поэтому, стоит обратить на это внимание.

• Надежность подачи филамента. От подающего механизма зависит бесперебойность печати, в итоге - ее результат.

Филамент, как и любая длинная нить, может просто запутаться, что приведет к заклиниванию механизма. Достаточно мощный подаватель, в таком случае, сможет “проглотить” филамент даже с небольшими узелками или перехлестами.

Кроме того, из-за недостаточного сцепления подающего ролика с филаментом, пластиковая нить может проскальзывать, из-за чего возникают задержки в ее подаче.

В связи с этим стоит упомянуть печать нейлоном (капроном). Из-за мягкости и скользкости этого пластика, экструдеры, рассчитанные на ABS и PLA, не всегда могут с ним нормально работать: подающее колесо с гладкими зубцами просто не способно надежно зацепиться за филамент.

Поэтому, при печати нейлоном желательно использовать подающий ролик с острыми зубчиками или агрессивной насечкой.

• Важнейший аспект - размер сопла экструдера. Именно от него зависит, в большой степени, качество печати.

Производители 3D-принтеров обычно оснащают свои экструдеры соплами с отверстием диаметром 0.4-0.5 мм - этот размер является оптимальным. В свою очередь, использование сопла меньшего диаметра (0.3-0.2 мм) может обеспечить лучшую детализацию, четкость граней и чистоту поверхности объекта, т.к. выдавливаются более мелкие капли пластика.
С другой стороны, маленькое сопло увеличивает время печати объекта, оно более склонно к забиванию мусором и застывшей пластмассой. Потенциально, также растут требования к мощности подавателя филамента, т.к. экструдеру становится сложнее протолкнуть пластик через маленькое отверстие.


В любом случае, в современных 3D-принтерах, как правило, можно использовать сменные сопла с отверстиями разного диаметра.

Двойной экструдер

В настоящее время на рынке представлено несколько моделей 3D-принтеров, печатающие головки которых оснащены двумя (и даже тремя!) экструдерами (например, MakerBot Replicator Dual и 2X).

Печатающая головка 3D-принтера Replicator Dual
Двойной экструдер хорошо подходит для печати двухцветных объектов или создания структур поддержки из растворимого полимера , т.к. позволяют иметь наготове и оперативно использовать два вида пластика. Но, в целом, технология двойной экструзии сыровата и находится в стадии развития, поэтому у нее масса недостатков.

Самое главное, что современные 3D-принтеры не могут полноценно печатать одновременно обоими экструдерами - они жестко закреплены на общей печатающей головке, и не двигаются независимо. Поэтому, принтер задействует каждый экструдер по мере необходимости.

Метод по-настоящему одновременной печати существует - называется он “Ditto printing”. Экструдеры, работая одновременно, строят две копии одного объекта. Но, Ditto printing имеет очень ограниченное применение, т.к. позволяет получать только маленькие объекты одного цвета, или двухцветные большие, но с повторяющейся структурой, вроде цепи или плетенки.

К недостаткам 3D-принтеров с двойным экструдером также относится их повышенная стоимость и сложность в настройке. Навешивание дополнительных деталей печатающую головку увеличивает ее габариты, массу и инерцию, что уменьшает скорость работы принтера и размеры области печати. Кроме того, сопло незадействованного во время печати экструдера может цеплять и деформировать объект или оставлять на его поверхности потеки филамента.

Экструдеры пасты

Термопластики - не единственный материал, который используется в FDM-принтерах. Достаточно популярна печать разнообразными пастообразными материалами, такими как расплавленный шоколад , глина, пластилин, силикон и т.д. Обычно экструдеры для печати такими субстанциями представляют собой шприц, шток которого управляется степпер-мотором или сжатым воздухом.

В экструдере Hyrel EMO-25 паста подается степпер-мотором

Экструдер для печати глиной от Unfold с подачей материала сжатым воздухом

Нестандартные и перспективные экструдеры

Напоследок стоит упомянуть несколько нетипичных экструдеров.

Например, это некоммерческие версии печатающей головки, способные смешивать несколько видов филамента. Фактически, это три отдельных экструдера с одним общим соплом.
WPeMatico

У меня Anet A6 собирал его сам и полностью доволен. 3D принтер съел уже примерно 5 кг пластика без каких либо проблем и заминок. Оставляю печать на ночь и когда ухожу на работу.

Все экструдеры, печатающие пластиком из прутка, имеют одинаковый принцип действия и правила для anet A6 будут справедливы и для остальных принтеров. Нам понадобятся "нить для герметизации резьбовых соединений" (не для герметизации), термопроводящая паста и собственные

Сразу скажу, что герметизация от утечек расплавленного пластика происходит между соплом и термобарьером, больше нигде.

Если правильно собран этот узел, то никогда не будет протекать расплавленный пластик и выгорать на нагревательном элементе и сопле, а значит не будет и запаха гари.

Начнем по порядку.
Закручиваем сопло в термоблок с нагревателем не полностью, не докручиваем примерно 1 мм как на фото.

Затем вкручиваем термобарьер с уплотнительной нитью до упора в сопло

В точке соприкосновения сопла и термобарьера и происходит уплотнение.
Нить уплотнения резьбы нужна для того, чтобы во время смены сопла нагревательный блок не вращался на резьбе термобрьера, это исключает возможность отхода термопары со своего штатного места. После смены сопла его затяжку производить с усилием примерно 500 грамм на 10 см. Не стоит забывать что сопло упирается не в термоблок, а в термобарьер.

Термопроводящей пастой смазываем сам нагревательный элемент и термопару перед установкой в блок.

Это позволит вашему принтеру поддерживать заданную температуру в пределах + или - 1 градус.
А так же значительно продлит жизнь нагревательного элемента.

Надеюсь эта информация будет вам полезна. Удачи всем.

Некоторые изделия напечатанные на Anet A6