О горячем столе

Продолжаем цикл публикаций о тонкостях трехмерной печати. Как было сказано выше, ABS — пластик достаточно капризный. То бишь, он норовит свернуться в трубочку при первой же возможности по мере остывания. Поскольку успех печати в значительной мере зависит от того, чтобы пластик оставался там, куда его положили, требуются какие-то меры чтобы его там удержать.

Да, это та самая проблема прилипания-отрывания. Для того чтобы печать удалась, надо чтобы пластик держался на столе как приклееный — но для того чтобы пользоваться потом напечатанным, надо чтобы его все-таки можно было оттуда оторвать. Направлений решения у этой проблемы существует в целом два:

  1. Подобрать такую поверхность, к которой пластик липнет хорошо, да не слишком — достаточно хорошо, чтобы его собственное изгибание оторвать его не могло, и достаточно слабо чтобы это потом можно было сделать руками.
  2. Предотвратить его преждевременное остывание ниже некоей температуры путем нагрева.

По пункту 2, практически применяются два способа — нагреваемые камеры, в которых поддерживается температура не менее 60 градусов, и нагреваемые столы, поверхность которых должна иметь температуру порядка 100 градусов. Нагреваемую камеру мы делать даже не пытались, потому что не ясно что именно станется со всеми нашими пластиковыми деталями внутри оной, а вот нагреваемым столом озаботились на довольно ранней стадии, и сегодняшний рассказ — о том, как мы решали эту проблему.

Мы перепробовали практически все поверхности до которых дотянулись руки, начиная от прорвы разнообразных скотчей, термостойких и не очень, и кончая различного рода пластиковыми материалами. Способов прилипания, собственно говоря, существует не менее шести, из которых следует выделить следующие:

  1. Диффузия. Конкретный пример — к нагретому до 70 градусов или выше оргстеклу ABS липнет намертво, привариваясь к нему так, что потом его почти не отдерешь не повредив. Так можно жить, и первое время Мёбель работал именно так,1 но оргстекло в таком режиме долго не живет, оно выгибается дугой и скоро становится непригодно к употреблению.
  2. Механическое зацепление. Таким способом ABS держится на наклееном на поверхность стола бумажном малярном скотче, или на макетной плате. Этот вариант применим лишь для деталей меньше 40х40мм, поскольку более крупные выгибает все равно, а если зацепление слишком сильно, как в случае макетной платы, их точно так же трудно оторвать.
  3. Силы Ван-дер-Ваальса. По крайней мере, мы думаем что это они, и большинство авторов придерживаются этой точки зрения. Это межмолекулярные силы, возникающие при поляризации молекул, и возникнуть они могут только если пластик остается на столе достаточно жидким достаточно длительное время. Они относительно слабы пока площадь прилегания мала, но когда деталь плотно лежит на столе, они держат пластик хорошо пока стол горячий. Когда стол остывает, естественные деформации приводят к тому, что связи между пластиком и покрытием стола разрываются постепенно.

Единственным действительно эффективным материалом для покрытия стола который удалось найти является полиимид, известный так же как каптон. Существуют странные слухи о применении материала еще более экзотического, а именно, титановой фольги — но это, мне кажется, уже и вовсе перебор. Почему клеится к каптону, и не клеится, скажем, к стеклу — тайна за семью печатями, но происходит это только при достаточно высоких температурах — если температура верхней поверхности стола недостаточно высока, оно не прилипнет, и многие на этом накололись, мы в том числе. До того, как nophead открыл прилипание к каптону, этот материал применялся в репрапоидах в основном из-за его высокой теплостойкости2 для изолирования различных проводков в горячей зоне, так что иметь его в хозяйстве полезно все равно.

Импортный полиимидный скотч продается в магазинах сети “Профи” под названием “термоскотч” — это характерная прозрачная лента золотисто-янтарного цвета, применяемая при ремонте SMD-плат, на ярлычке на конце которой написано красным по желтому “Kapton”.3 Хотя отечественный аналог и производится, тот что нам удалось найти был покрыт каким-то клеем заметно худшего качества, и не очень хорошо держался на столе — но подозреваю, раз на раз не приходится. В продаже также встречается “термоскотч” зеленого цвета, изготовленный, насколько я знаю, из PET — несколько менее термостойкий, менее теплопроводный, зато более прочный и толстый.

На что наклеен каптон тоже не все равно — экспериментально установлено, что на малотеплопроводных поверхностях каптон не работает. Самые лучшие результаты по идее дает алюминий, но его еще надо добыть подходящий кусок подходящего размера, а это оказалось несколько сложнее чем кажется.4

Самые первые горячие столы для Мёбеля делались примерно как на этой картинке:

Резисторный горячий стол

Резисторный горячий стол

Несколько алюминиевых полос соединены вместе уголком, с рабочей стороны термоклеем приклеен лист меди для чеканки, а снизу этим же термоклеем приклеены дубовые низкоомные резисторы. Вся эта батарея резисторов соединена последовательно и параллельно до получения сопротивления 2 ом,5 ноги заизолированы каптоном, где-то между слоями алюминия и меди запрятан в капле клея термодатчик.

Для того, чтобы обогревать окружающую среду только там где это нужно, по краям зазоры между горячим столом и кареткой заклеены тем самым зеленым термоскотчем, а все пространство между ним и кареткой заполнено каменной ватой, то бишь утеплителем для стен на основе базальтовых волокон.6 Чтобы каменная вата не плодила своих стеклониточек по всему дому, она точно так же была замотана зеленым термоскотчем в более или менее герметичный пакет.

Эта конструкция работала довольно долго, но в конце концов она нам надоела. Печатать непосредственно на поверхности горячего стола конечно же можно, покрыв ее предварительно каптоном, но каптоновое покрытие не вечно — оно постепенно загрязняется, обдирается, и для того чтобы оторвать деталь иной раз приходится прилагать ощутимое усилие, а места мало. Гораздо удобнее покрыть каптоном некий листовой материал который будет лежать на горячем столе, и который можно будет просто сменить перед следующей печатью как поднос, а это подразумевает неминуемые потери тепла — нагреватель на резисторах же едва вытягивал сто градусов.

Поэтому сейчас основным материалом наших горячих столов последних версий является односторонний фольгированный текстолит. Разбирать один из столов чтобы его сфотографировать я, пожалуй, не буду, поэтому вам придется удовлетвориться словесным описанием:

Нихромовый горячий стол

Нихромовый горячий стол

К нефольгированной стороне текстолита при помощи каптона змейкой приклеивается нихромовая проволока толщиной 1мм и длинной около 2м.7 В отличие от нихромовых резисторов, сопротивление нихромовой проволоки сильно меняется с повышением температуры, и у такого стола есть предел температуры, выше которого его на некоем данном напряжении не нагреть — поэтому мы просто закрепляли текстолитину в тисках, подавали ток и ждали пока температура не упрется, и если получалось менее 110 градусов, то отрезали от змейки еще кусок и повторяли процедуру.

С фольгированной стороны, в текстолите делается углубление и в него вклеивается термодатчик, а проводки для него выведены с нижней стороны. Все это укрепляется на каретке на четырех винтах с пружинками, чтобы предохранить печатающую головку от повреждений, если она, паче чаяния, упрется в стол, и обеспечить регулировку углов стола по высоте. Снизу, оно точно так же плавает на подушке из каменной ваты, замотанной в пакет зеленым термоскотчем. Поверх горячего стола закреплен прищепками поднос из еще одного листа одностороннего текстолита, фольгированной стороной вниз, пущей теплопроводности ради — а верхняя поверхность уже обклеена каптоном.

Эта конструкция стола показала себя заметно лучше — она быстрее прогревается до рабочей температуры, потребляет меньше энергии на рабочей температуре и не так сильно теряет параметры по мере использования как резисторы, но она по прежнему нас не очень устраивает, если уж клеить нихром, то я предпочел бы клеить его к алюминиевому листу. Теоретически, наиболее перспективными являются варианты протравливания нагревателя непосредственно на текстолите, с подносом из алюминиевого листа, но лазерно-утюжным методом нам протравить такую плату не удалось — просто не хватает квалификации.

  1. Свой собственный экструдер он напечатал именно таким манером.
  2. Безнаказанно выдерживает до 300 градусов!
  3. Не перепутайте со всем остальным что так называется.
  4. Можно купить цельный лист — его даже порежут — но переть 150 кило не очень прельщает, а бегать в поисках обрезков поднадоело.
  5. Что на питании в 12 вольт дает около 72 ватт.
  6. Каменная вата славна тем, что вообще не горит, и что здоровенный ее баул стоит всего 500 рублей на любом строительном рынке.
  7. Изначально мы пробовали более тонкий нихром, но попытки соединять параллельно куски нихромовой проволоки приводили к тому что некоторые участки стола не догревались.