После того, как был напечатан пластиковый экструдер, мы обнаружили, что инерция волокна слишком высока, и Мёбель сопливится. То бишь, между подачей команды на выдавливание волокна и повышением давления в расплавной камере проходит слишком много времени, что не было бы так вредно, если бы между остановкой и откатом волокна назад и спадом давления не проходило бы такое же время. В этот период, струна все еще капает, а головка уже находится там, где струны быть не должно, и образуется сопля. Это не сказывается на прочности детали, но снижает точность формы внешних поверхностей и требует дополнительной обработки после окончания печати, что не может не раздражать.
Мы довольно долго пытались выяснить где грабли,1 и в конце концов выяснили. Стеклодув нас надул… либо у него просто радикально врет штангенциркуль. Внутренний диаметр сопел которые он для нас сделал — не три миллиметра, а четыре.2 В результате, повышение давления сначала вызывает поднятие расплава по каналу от нагревателя, и только по мере загустевания, это поднятие останавливается. И диаметр выходного отверстия тоже оказался выше чем мы рассчитывали… В общем, мы решили таки выточить сопла из металла сами, хотя бы из соображений улучшения повторяемости — двух одинаковых сопел из стекла при ручном изготовлении не бывает и быть не может.3
Просверлить дырку в стальном болте вдоль его оси нам толком так и не удалось — для этого требуются гораздо более серьезные инструменты чем мне удалось найти за деньги которых не жалко на решение этой задачи, и внутри стальных болтов слишком легко ломаются сверла. Но Вольфу удалось выточить искомое из латунного прутка при помощи метода т.н. “Афганского токарного станка”, пользуясь лишь дрелью и тисками… ну а потом мы завели маленький токарный станочек, и дальше Вольф работал уже на нем.
На этом пути обнаружились новые грабли, связанные с тем, что теплопроводность стекла весьма низка по сравнению с теплопроводностью металлов. При нагреве нижнего конца стеклянного сопла, температура верхнего его конца остается ниже температуры стеклования ABS, и никаких особенных ухищрений кроме изолятора из куска фанерки4 и небольшого алюминиевого радиатора не требуется. В случае же латунного сопла, температура верхнего края становится настолько высока, что пруток размягчается, и расплывается в шляпку перед входом при попытке подачи его внутрь, на чем мотор естественно встает и начинает жалобно трещать.
Буржуйские коллеги решают эту проблему, собирая канал подачи прутка из двух элементов — фторопластовой трубки и латунного болта, соединяя их на резьбе. Во фторопластовой зоне пруток остывает, отвердевает, и эффект поршня сохраняется. Однако, у нас нет фторопластовой трубки, добывать все на свете правдами и неправдами нам окончательно надоело, просверлить соосные дырки в двух цилиндрах гораздо труднее чем просто просверлить сквозную дырку, и главное, сами буржуйские коллеги таким решением недовольны — при температуре около 250 градусов тефлон размягчается, что приводит в конце концов к тому, что горячий конец экструдера просто отрывается от давления или иным образом разрушается. Разнообразные ухищрения для того чтобы это предотвратить малоэффективны.
Изучив литературу, я наткнулся на вариант канала из цельного болта, в котором для получения разницы температур используется стачивание болта в середине. Канал условно подразделяется на горячую и холодную зону, и между ними болт стачивается до минимальной допустимой толщины. Поскольку теплопроводность — величина удельная, чем меньше там материала, тем меньше тепла через такой участок проходит. Нижняя часть канала нагревается, верхняя же охлаждается при помощи радиатора и вентилятора.
Пытаясь это сделать, мы последовательно изготовили и угробили изрядное количество вариаций сопла, пока не пришли к изображенной ниже конструкции.
Размеры в длинну -- ориентировочные, и зависят в первую очередь от всей остальной конструкции.
На латунном прутке диаметром 8мм нарезается резьба M8, после чего он зажимается в токарный станок, и постепенно нагоняя на его торец неподвижно стоящее сверло, в нем просверливается глухая дырка при помощи сверла 3.5мм, что дает отверстие диаметром около 3.75мм.5 Верхний край отверстия растачивается под конус, с целью уменьшения вероятности стесывания прутка о края отверстия из-за неизбежных перекосов.
Глухой торец прутка обтачивается под конус, с целью уменьшить диамер собственно соприкасающейся с пластиком части сопла до 2мм. Между глухим торцом и открытым, сопло обтачивается6 до диаметра 5мм. При помощи микродрели7 и сверла для печатных плат в торце просверливается выходное отверстие желаемого диаметра, в нашем случае 0.4мм — латунь сверлится таким манером достаточно легко. Когда все готово, поверхности можно заполировать пастой ГОИ — для нижней поверхности сопла, это рекомендуется, так к ней меньше липнет пластик.
Один из ранних невинно убиенных экземпляров латунного сопла.
Для охлаждения такого сопла, просто радиатора уже недостаточно, и помимо радиатора изготовленного из кусков купленного радиатора для мощных транзисторов8 и еще одного куска алюминия, потребовалось добавить в систему охлаждения маленький вентилятор и кусок кровельной меди для защиты от потока воздуха тех элементов, которые охлаждаться как раз не должны.
По ходу дела, я решил попробовать новый нагреватель, более канонический в своей конструкции. Помимо использованных ранее кубических резисторов SQP, которые есть на каждом прилавке и невероятно уродливы, в нашу страну возят еще проволочные резисторы KNP, имеющие цилиндрическую форму и покрытые огнеупорной эмалью — несколько менее распространенные, но все еще не требующие заказа из далекой Буржуиндии. После того как я нагрел их до 300 градусов и убедился что эмаль все-таки не облетает, они были благополучно загнаны в отверстия в куске алюминия и намертво зафиксированы там теплопроводящим клеем Radial.9 В этой конструкции два резистора, потому что так получилось что когда мы наконец собрались съездить в магазин, там оказались только резисторы 1.5 ом 1 Вт, и они соединены последовательно.
Новый горячий конец в сборе.
Результаты всей этой малой эпопеи позволили нам уменьшить толщину слоя пластика и положительно сказались на точности печати углов между поверхностями, так что пожалуй, оно того стоило. Но задолбались мы капитально. :)
- Наше самое лучшее сопло, с которого мы начинали, мы просто раскрошили в процессе сочинения крепления его к пластиковому экструдеру.↩
- Чего поначалу мы не заметили, потому что диаметр верхней дырки, из-за шляпки на верхнем краю сопла, действительно был 3мм…↩
- Я уж молчу про разницу в стоимости…↩
- Чтобы не поплавился пластиковый корпус.↩
- Первоначально, мы делали дырки сверлом ровно 3мм. Однако, выяснилось что деформации, которые сообщает прутку протяжный механизм, приводят к тому, что периодически он застревает в канале такого диаметра достаточно сильно, чтобы протяжный механизм просто стесал его и прекратил толкать дальше.↩
- Мы делали это резцом в станке, но это реально делать даже напильником.↩
- У меня есть сделанная в незапамятные времена из подручного электромоторчика микродрель с цангами, сейчас такие вещи можно купить в более или менее любом радиомагазине…↩
- Использовать его там как есть было невозможно, он просто туда плохо помещается↩
- Если кто-то посоветует более удачный материал для той же цели, это было бы кстати.↩
См. также:
28 Comments
А 3.75 не много? Пластик не будет просачиваться?
ЗЫ чтобы сверла не ломались, нужно подавать смазку и часто отходить назад, для выброса стружки. Я на доном сверле спокойно продырявил вдоль 2 болта по 50мм.
Хорошо, толщина слоя уменьшилась, точность увеличилась – а скорость как?
@Nick:
Соплит во всяком случае не в пример меньше чем стеклянные сопла, что наводит на мысли.
А смазку подавать и отходить назад мы пробовали, просто нужен навык, которого пока нет и еще долго не будет. :)
@dmitryam:
А скорость мы уже и так удвоили как алюминиевые трубки к направляющим притерлись. :) Свисток теперь печатается за полтора часа.
Добрый вечер!
Читая про муки с изготовлением сопел, вот чего подумал.
А почему для данной цели не использовать многоразовую иглу для медицинского шприца напрмер, вроде вот таких: http://www.medicon-miass.ru/igly
Навскидку доступны иглы с внутренним диаметром 0,6.
Чтобы тонкая часть иглы не болталась её можно зажать между двумя скреплёнными болтами металлическими брусками.
Есть ещё иглы с проходным диаметром 0.41 Спинальная игла (спинокан)G29, 0,33 (Иглы “Микро-Файн+ B-D” 0,33 х 12,7мм) и даже менее. Но у них к сожалению часть, одеваемая на шприц пластиковая – придётся изобретать что-то чтобы приспособить их для сопла.
К тому же длина игл менее диаметром 0,41 длина 12-8 мм.
@klugl:
В чистом виде использовать медицинскую иглу в данном случае не получится. Чем тоньше стенки, тем ниже будет температура в узком канале, и оно просто остынет и насмерть затвердеет на полдороге если иглу использовать без изменений, там в каком месте ее ни грей, температурный градиент будет градусов сто… Обгрызть иглу так, чтобы от нее остался только жиклер наверное можно, но придется повозиться чтобы ее не повредить — а как крепить тогда то, что останется и как его обогреть не очень ясно. :(
Я в свое время делал нагреватель для мелкого паяльника – наматывал нихромовую проволоку (кстати взятую из мертвой женской плойки) на керамический изолятор. Тонкая керамическая трубочка была взята взята от старого керамического конденсатора типа такого – http://www.kulon.spb.ru/files/category/446471.jpg Наковырял из старой аппаратуры. Они есть разных диаметров. Металлические обкладки снимаются шкуркой. Только я не уверен что есть именно нужного размера, хотя внутренний размер можно слегка подогнать при помощи шкурки. Я наматывал на одну трубку и сверху натягивал вторую большего диаметра и уже эту конструкцию вставлял внутрь жала паяльника.
@tedbeer:
Нихром мы купили и попробовали. Из-за неплотного прилегания к соплу, он мгновенно раскалился до 500 градусов, сжег каптон, которым был примотан, и мы решили что возня с нихромом на сопле совершенно себя не оправдывает. Мало того что неудобно, оно еще и дороже выходит. :)
Вот вариант нихромового нагревателя стола мы сейчас испытываем, потому что там это действительно потенциально удобнее чем гора резисторов.
@rn3aoh да не о нихроме речь, я предлагал посмотреть на керамические трубочки, подойдут под сопло или нет. Они все таки выпущены промышленно, имеют некоторые стандартные размеры, так что может быть неплохая замена стеклу.
@tedbeer:
Да, но как организовать в них выходную дырочку 0.5мм или менее?
@rn3aoh нда, был неправ. Тут уже тоже понадобятся танцы с бубнами :) Облепляем трубочку глиной, залепляем волос или другую органическую нить нужного диаметра, сушим, обжигаем. Во время обжига нить выгорит и останется канал нужного диаметра. Из плюсов – повторяемость на коленке, керамика практически не расширяется при нагреве в отличии от металла, теплоинерционность зависит от толщины керамики и ее легко можно сделать как тонкой так и толстой. Из минусов – танцы с бубнами :) Надо где-то обжечь при высокой температуре. Хотя 900-1000 градусов можно достичь и в микроволновке. Я там по мелочи стекло плавлю для фьюзинга.
@tedbeer:
Тут как-то получается даже больше танцев с бубнами чем было. :)
Впрочем, если удастся найти керамическую трубочку с резьбой, на нее можно будет навернуть колпачковую гайку, провертеть в которой дырочку относительно несложно, тогда это было бы оправдано… Хотя как будет у трубочки с трением внутри канала еще большой вопрос.
Ну если внутри трубки от конденсатора обкладку не удалять, то она серебряная. У серебра проблемы с трением есть? Насчет танцев, то, например, токарные работы для меня еще тот “бубен”. Тут в чужой стране я даже не знаю куда податься, чтобы что-то такое выточить :) Не говоря уж об языковых проблемах.
@tedbeer:
У серебра скорее есть проблемы с твердостью. Стешет его со временем пластик, подозреваю…
Для низкого трения – хромовое покрытие идеально, но как посадить его внутрь канала – большой вопрос.
@tedbeer & @rn3aoh
Ребята, вы не том вообще говорите :-) Если и использовать керамику, то только делать цельнокерамическое сопло. Иначе при такрх температурных перепадах надежного сопряжения керамических и металлических частей добиться не удастся. Именно из-за того что керамика не расширяется. Мы на стеклянное сопло нагреватель с такими выкрутасами и таким количеством КПТ напяливали! И все равно нагрев гулял ка хотел. К тому же оборудование для нормального обжига – дорогое удовольствие. Мы, собственно, вариант с керамикой еще в самом начале обсудили и отбросили. Тем более, что этой технологией из нас никто и никак не владеет тоесть ВООБЩЕ. А там потребуют я такие ухищрения как глазурирование (по-моему, это так называется) канала и прочгие неочевидные грабли данной технологии :-)
Есть вариант изготовления сопла из алюминия с последующей обработкой МДО – получится весьма недурственный состав – стойкость к термоциклированию и т.п.
@Rain of Tears:
Отпадает, к сожалению. Никакая поверхностная обработка алюминия не приведет к понижению его теплопроводности. В результате цельноалюминиевое сопло будет нагреваться мгновенно и плавить пруток на входе, и никакой радиатор не приведет к получению нужного термального градиента. Проблема ведь не в термоциклировании, а в нагреве и охлаждении пластика внутри ствола сопла…
Вообще, проблема металлических сопел оказалась даже сложнее чем описано выше, и как выяснилось, даже приведенная выше конструкция не будет адекватно работать на скоростях подачи ниже чем F500 или около того — но про это, и про то что мы таки сделали после нее, я напишу отдельно.
а почему бы для нагрева не использовать пару лазеров от CD резаков? сфокусировать на сопле с двух сторон и управлять шимом с любой точностью
@Юра:
Потому что мощности этих лазеров, даже двух, едва ли хватит на то, чтобы разогреть сопло до 230 градусов. Кроме того, это абсолютно ничем не поможет. :)
может есть смысл при переносе головки отрывать/испарять соплю например искровым разрядом
ещё вариант – всасывающие сопла хорошо прогреты сопла рядом рядом с основным тогда можно подачу не выключать вообще а врубать резко всасывание струи чтоб вниз не текла
@Юра:
Так собственно и делается, всасывается резко и все… Просто это требует калибровки которая слетает легко когда сопло разбирают.
не этот поставщик случайно? http://cit.edu-nt.ru/
@Юра:
Никак нет. :) Подробности письмом.
кое что о ламинарных соплах http://www.superpants.net/laminarnozzles.html
Думаю, зря отбросили идею с керамическим соплом. Если заодно с нихромом в глину вмазать термопару, и завязать нагрев на контроллер, можно добиться отличной повторяемости обжига, нагревая тем же самым нихромом что вмазан. Муфеля не надо, глина общедоступна, нихром тоже. Открываются перспективы печати расплавленным стеклом и металлами. А если термопару делать методом сварки того же нихрома например со сталью в стакане с соленой водой и 220в, сопло вообще копеечным будет…
@kil:
Оно выглядит заманчиво, но только до тех пор пока вы не вспоминаете что надо его как-то сопрягать со всем остальным, что надо делать дырочку, и что иногда его надо чистить.
Все что могу сказать, попробуйте. :)
Отверстие – ниткой, волосом, паутиной наконец. Причем можно сразу несколько, если нужно. Сопряжение – конус Морзе подпружиненный, с очисткой от нагара вообще забавное свойство: при высокой температуре уголь сгорает до СО2 прямо на поверхности, так раньще чугунки закопченые чистили, нитка в канале так же выгорает. То есть просматривается еще и автоматическая самоочистка.
Post a Comment