Технологичность

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.

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.

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.

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. 🙂

  1. Наше самое лучшее сопло, с которого мы начинали, мы просто раскрошили в процессе сочинения крепления его к пластиковому экструдеру.
  2. Чего поначалу мы не заметили, потому что диаметр верхней дырки, из-за шляпки на верхнем краю сопла, действительно был 3мм…
  3. Я уж молчу про разницу в стоимости…
  4. Чтобы не поплавился пластиковый корпус.
  5. 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.
  6. Мы делали это резцом в станке, но это реально делать даже напильником.
  7. У меня есть сделанная в незапамятные времена из подручного электромоторчика микродрель с цангами, сейчас такие вещи можно купить в более или менее любом радиомагазине…
  8. Использовать его там как есть было невозможно, он просто туда плохо помещается
  9. Если кто-то посоветует более удачный материал для той же цели, это было бы кстати.