Hacer plástico para una impresora 3D con tus propias manos. Extrusora para autoproducción de filamento.

Se ha fijado el objetivo de hacer que la tecnología de impresión 3D sea de dominio público y está haciendo todo lo posible para promover la distribución de impresoras 3D baratas y fáciles de usar y sus repuestos.

Una extrusora es un dispositivo para extruir plástico fundido, que se coloca capa por capa sobre una plataforma y se convierte gradualmente en un producto tridimensional. Cabe destacar que los desarrolladores han recopilado unas instrucciones muy sencillas y comprensibles para que cualquiera pueda montar su propia extrusora. El personal de ATOM 3D montó varios prototipos antes de quedar satisfecho con el resultado, cuyo montaje se describía en el manual.

Primero necesitas encontrar los materiales necesarios. Afortunadamente, la lista se compone principalmente de cosas simples como madera contrachapada, pernos, tuercas y restos de aluminio. Sin embargo, también contiene varios elementos bastante específicos (por ejemplo, un cartucho calefactor y un pequeño motor paso a paso).

Cuando tenga todos los materiales a mano, debe cortar la madera contrachapada y hacer una carcasa para la extrusora. Lo que sigue es un breve vídeo sobre cómo montar el extrusor. Muestra claramente cada paso del ensamblaje, por lo que es menos probable que se confunda. ¡Todo el proceso duró cuatro minutos! También puede ver fotos de la impresora y extrusora 3D ATOM 3D a continuación.

El coste bastante elevado de los consumibles para las impresoras 3D sigue siendo un problema grave tanto para los fabricantes como para los consumidores.

Cada vez hay más impresoras disponibles capaces de convertir dibujos 3D en objetos físicos hechos de otros materiales o de una variedad de ellos. Cada vez hay más modelos 3D prefabricados, pero sin acceso a consumibles realmente baratos, según los expertos, no debería esperarse un rápido desarrollo del mercado de la impresión 3D.

La empresa británica Noztek dio un paso hacia la reducción del coste en consumibles presentando su último desarrollo: el extrusor Noztek Pro para filamento ABS/PLA.
Como señala la empresa, la mayoría de las extrusoras producidas hoy en día existen sólo en forma de kits de montaje y sólo están disponibles para los entusiastas. A diferencia de ellos, Noztek Pro es una extrusora que está lista para usar dentro de los 15 minutos posteriores al desembalaje. Todo lo que se necesita es llenar los gránulos especiales y configurar los parámetros de extrusión necesarios en el panel de control.

El dispositivo permite producir 1 kg de hilo de plástico en 45 minutos utilizando gránulos para la producción de plásticos ABS y PLA. Dependiendo de la temperatura de extrusión y del tipo de plástico utilizado, la máquina produce hasta 1 m de hilo con un diámetro de 1,75 mm con una desviación permitida de no más de 0,04 mm.

Noztek cree que el ahorro para el consumidor final será de alrededor del 70%.

El dispositivo fue probado específicamente en gránulos de ABS y PLA, pero esto no significa que sus capacidades se limiten a esto. Según la empresa, algunos clientes utilizan con éxito materiales HDPE, HIPS y UPV. Además, la extrusora es capaz de procesar otro tipo de plásticos e incluso los propios modelos 3D.

Otra ventaja de utilizar una extrusora es una elección más libre de colores de hilo; al experimentar y mezclar gránulos de diferentes colores, se pueden lograr soluciones de color interesantes que no están disponibles para la venta.

El equipo de ingeniería de Noztek trabaja continuamente para mejorar las velocidades de extrusión y mayores niveles de tolerancia. El dispositivo está equipado con un motorreductor modernizado y la capacidad de cambiar la velocidad de extrusión, lo que permite configurarlo para la extrusión de varios tipos de plástico. La extrusora está diseñada para ser actualizable, lo que significa que los usuarios pronto podrán comprar una actualización para controlar todo el proceso a través de una interfaz USB. Además, la empresa planea equipar la próxima generación de Noztek Pro con un mecanismo para enrollar automáticamente el hilo en la bobina.

Esperamos que la gente pueda imprimir tantos modelos, ropa, herramientas, juegos, etc. como quiera sin preocuparse por el coste de los materiales.
Esteban Forster

Presupuesto

• Convierte una variedad de gránulos de plástico:(probado solo en ABS y PLA) en filamento de 1,75 mm o 3 mm de espesor (ambos cabezales incluidos)
• Temperatura de extrusión: 180-220 grados centígrados
• Tolerancias de rosca: 1,75 mm (+ 0,04 / - 0,04)
• Completamente ensamblado y listo para salir de la caja (no es un kit de montaje)
• produce hasta 1 metro de hilo por minuto (dependiendo de la temperatura de extrusión y el tipo de plástico)
• Actuación: 1 kg en 45 minutos

Precio del extrusor Noztek Pro: £595 ($992, €723)

Opinión del editor:
Hoy en día, en el mercado el coste de 1 kg de filamento ABS para impresoras 3D es de 30 a 60 dólares (fabricado en China, Rusia), el precio de un filamento fabricado en EE. UU. puede superar los 100 dólares. El coste de los gránulos de colores para la producción de plástico ABS varía entre 3 y 4 dólares. Al utilizar materiales reciclados, el precio puede ser incluso menor. Por tanto, los ahorros derivados del uso de extrusoras son obvios; la única cuestión que queda es la calidad del filamento producido.
sitio web

Vídeo del flujo de trabajo de Noztek Pro

Conocido con el sobrenombre de 'RichRap', ha puesto a disposición del público dibujos de piezas e instrucciones para montar una extrusora de plástico granulado. Comenzó a desarrollar el extrusor de pasta universal en 2011. Ahora espera que la comunidad mundial aprecie su desarrollo y ayude a mejorarlo. Si tiene éxito, la nueva extrusora podría convertirse en una excelente alternativa para los usuarios que no pueden permitirse materiales de impresión innecesariamente caros.

Richard Horne “RichRap”

"Realmente disfruto ver a la gente idear diferentes dispositivos para imprimir con tinta", escribe Horne en su blog. "El uso de materiales granulares para la impresión 3D es el siguiente paso para hacer que esta apasionante tecnología sea más fácil y más extendida".

Horn experimentó inicialmente con el alcohol de azúcar isomaltitol, que se utiliza en la cocina. Dado que se disuelve en agua, el inventor decidió que sería un excelente material de soporte si hubiera una manera de convertirlo en filamento. Luego pasó a los plásticos PLA y experimentó con diferentes materiales granulares, incluidos los producidos por ColorFabb.

La extrusora, ensamblada a partir de componentes y piezas impresas en 3D que se pueden encontrar en cualquier tienda, es la encarnación de la ideología de RepRap y el propio Horn. El hecho es que en su trabajo el inventor siempre intenta prescindir del procesamiento de fábrica o de equipos costosos. Si bien la extrusora de Horn está lejos de ser perfecta, funciona, por lo que es un excelente punto de partida para la comunidad de desarrollo global.

Horn publicó planes para fabricar dos modelos de extrusoras diferentes. Uno se basa en un motor paso a paso NEMA17 con un eje de 5 mm, el otro se basa en un motor paso a paso NEMA17 con una caja de cambios planetaria y un eje de salida de 8 mm. Todas las instrucciones se pueden encontrar en YouMagine.com. Horn imprimió todas las piezas en ABS e incluso intentó recubrir algunas de ellas con metal para ayudarlas a soportar mejor el calor. Puede encontrar una descripción completa del proyecto.

Sigamos con el tema de cómo se introduce el filamento en la zona de fusión (HotEnd).

En la foto, la clásica extrusora Reprap es el antepasado de todos los mecanismos de impresión 3D caseros.

Vale la pena señalar el hecho de que la caja de cambios (con una relación de al menos 1:5) Necesariamente necesaria para impulsar un filamento con un diámetro de 3,0 mm. El propósito de la caja de cambios es aumentar el par sobre el eje reduciendo la velocidad de rotación. En otras palabras, girará más fuerte, pero más lento, y realmente no necesitamos una velocidad de rotación alta: el plástico debería tener tiempo de derretirse.
Si se trata de una varilla de 1,75 mm o un diámetro aún menor, entonces no necesitamos hacer una caja de cambios. Aunque, si se usa un motor muy débil (por ejemplo, de una vieja impresora Epson, que usé al principio), aún será necesario hacer la caja de cambios.

La foto muestra un motor de este tipo y una extrusora hecha a partir de piezas de impresoras antiguas.

En las impresoras 3D industriales, la extrusora tiene un aspecto muy similar:

La foto muestra el corazón de una impresora de Stratasys: los mismos camaradas que inventaron (y patentaron) la tecnología de impresión con plástico fundido.

Por supuesto, existen opciones más sofisticadas, pero son bastante complicadas de implementar y, por lo tanto, no son adecuadas para la producción independiente (artesanal):

Dado que el plástico de 3 mm es significativamente (!) más barato que las opciones más delgadas (y también más comunes), fabricaremos la unidad con un filamento más grueso. Y es que podremos “empujar” plástico 1.75 (y similares) con este extrusor sin ningún problema. En este caso, sólo serán necesarias modificaciones menores en el hotend (más sobre esto más adelante).

Entonces.

Primero necesitamos un motor. Además, es paso a paso y muy preferiblemente bipolar, de lo contrario tendrás que retocar los controles. Puedes distinguirlo del unipolar (otro tipo de paso a paso) por el número de pines. Debería haber 4 de ellos. En este caso, puede utilizar un controlador de control estándar (Pololu). Diagrama de dicho motor:

El color de los cables puede ser absolutamente cualquiera, por eso verificamos dónde están los devanados con un probador. En cuanto al inicio/final del devanado, lo determinaremos experimentalmente al conectar el motor.

En principio, también puede conectar un motor que tenga 6 terminales; lo principal es determinar correctamente dónde están los devanados, después de lo cual simplemente quedarán 2 cables innecesarios que simplemente se pueden cortar.

En este caso nos quedarán los cables “amarillo” y “blanco” sin conectar.

Se pueden extraer muchas cosas útiles de las impresoras antiguas, pero los motores son muy débiles, especialmente en las impresoras de inyección de tinta nuevas, por lo que solo son adecuadas para usar con cajas de cambios con una relación de transmisión muy alta. A continuación se muestra un ejemplo de dichos motores:

De toda esta variedad, sólo el Epson EM-257 es adecuado para su uso como motor de filamento: simplemente tiene el número necesario de pines (4), así como un par de torsión más o menos bueno en el eje. Aquí hay algunos motores más similares:

Por supuesto, son bastante débiles para nuestro propósito e, idealmente, sería mejor usar un análogo de Nema17 (el que se usó en el rap original), pero se pueden comprar por unos centavos en cualquier mercado de radio o seleccionarse de hardware antiguo. . Por cierto, como base para la extrusora no debe tomar el DSHI-200 soviético, que es muy popular entre los fabricantes de máquinas herramienta, porque son demasiado pesados ​​para moverlos como cabezal de impresión.

Entre los disponibles en Rusia, se puede destacar el sitio web de la tienda Elektroprivod, que vende un análogo de Nema17 - FL42STH. Elegí motores FL42STH47-1684A para la impresora, que son perfectos no sólo para la extrusora, sino también para accionar todos los ejes.

Ahora necesitamos una caja de cambios.

Está claro que cuanto más pequeñas sean sus dimensiones, mejor para nosotros: la masa total del cabezal de impresión será menor y, en consecuencia, la velocidad de posicionamiento (así como la velocidad de impresión en general) será mayor.

Inicialmente, se planeó utilizar un motor paso a paso con una caja de cambios planetaria de fabricación industrial, como este:

Pero encontrarlo en Rusia a un precio normal es simplemente irreal, y en China no se venden a precios asequibles, por lo que, como siempre, hacemos todo nosotros mismos.

Para mí, (finalmente) determiné la opción ideal: una caja de cambios planetaria, extraída de un destornillador viejo y convertida para usar con un motor paso a paso.

El donante se parece a este en la foto. Y en forma desmontada algo como:

La foto no es mía, pero fundamentalmente estos reductores planetarios no son muy diferentes entre sí. Por lo tanto, buscamos un destornillador muerto y seguimos adelante y lo desmontamos.

Como antes, necesitaremos un tornero inteligente que nos ayude a montar el engranaje impulsor del motor del destornillador original en nuestro paso a paso. También será necesario mecanizar la tapa de la carcasa del cojinete del eje de salida. Publicaré fotos de mi versión más tarde (tendré que desmontar la extrusora terminada). En principio, es posible hacer un dibujo de una cubierta mecanizada en aluminio, aunque al tornero suele bastarle con una sencilla explicación “con los dedos” de qué es exactamente lo que queremos obtener de él.

Parece que es hora de tomar la cámara y comenzar una sesión de fotos detallada de todas las complejidades del proceso; de lo contrario, Internet se ha quedado sin imágenes que se ajusten idealmente a mi descripción.

En el artículo Ensamblaje de una impresora 3D con sus propias manos se describe cómo ensamblar una impresora Mosaic a partir de un conjunto de piezas de MakerGear. Probablemente hayas notado que se analiza en detalle el dispositivo de una impresora 3D, pero no se habla del cabezal de impresión. Este es el tema de la conversación de hoy.

Consideraremos los tipos de extrusoras y los métodos de fabricación de piezas individuales de este complejo mecanismo para comprender cómo hacer una extrusora con sus propias manos (video sobre cómo perforar una boquilla al final del artículo).

El cabezal de impresión de una impresora 3D tira de una varilla de plástico, la calienta y empuja la masa caliente a través de las boquillas.

extrusora wade

La imagen muestra un diagrama simplificado de una extrusora tipo Wade. El dispositivo consta de dos partes. En la parte superior hay un extremo frío (extremo frío), un mecanismo que alimenta el plástico, en la parte inferior, un extremo caliente (extremo caliente), donde el material se calienta y se exprime a través de la boquilla.

extrusora bowden

Hay otro diseño del dispositivo, donde las partes frías y calientes están separadas y el plástico ingresa al hot-end a través de un tubo de teflón. Este modelo, donde el extremo frío está fijado rígidamente al marco de la impresora, se llama extrusora Bowden.

Entre sus indudables ventajas se encuentran las siguientes:

• el material no se derrite prematuramente y no obstruye el mecanismo;
• El cabezal de impresión es significativamente más ligero, lo que permite una mayor velocidad de impresión.

Sin embargo, también existen desventajas. Un hilo de plástico a una distancia tan larga puede retorcerse e incluso enredarse. La solución a este problema puede ser aumentar la potencia del motor frío.

extremo frío

E3D-v6 ensamblado

La varilla del filamento es empujada hacia abajo mediante un engranaje accionado por un motor eléctrico con caja de cambios. La rueda de avance está montada rígidamente en el eje del motor, mientras que el rodillo de presión no está fijo, sino que se encuentra en posición flotante y, gracias a un resorte, puede moverse. Este diseño permite que las roscas de plástico no se atasquen si el diámetro de la varilla en determinadas zonas se desvía del tamaño especificado.

extremo caliente

El plástico ingresa por el fondo del extrusor a través de un tubo metálico. Aquí es donde el material se calienta y sale en forma líquida a través de la boquilla. El calentador es una espiral de alambre de nicrom, o una placa y una o dos resistencias, la temperatura se controla mediante un sensor. La parte superior del mecanismo debe evitar que el filamento se caliente prematuramente y no permitir que el calor se escape hacia arriba. Como aislamiento se utiliza plástico resistente al calor o un radiador.

Alimentador

En primer lugar, debes elegir un motor paso a paso. Es mejor comprar un análogo de Nema17, pero también son bastante adecuados los motores de impresoras o escáneres antiguos, que se venden a muy bajo precio en los mercados de radio. Para nuestro propósito, necesitamos un motor bipolar con 4 terminales. En realidad, también puedes utilizar unipolar, su diagrama se muestra en la figura. En este caso, los cables amarillo y blanco simplemente quedarán sin usar y podrán cortarse.

Como regla general, los motores de las impresoras son débiles, pero el EM-257 (Epson), como en la figura siguiente, con un par de eje de 3,2 kg/cm, es bastante adecuado si vas a utilizar filamento de Ø 1,75 mm.

Para una varilla de Ø 3 mm o con un motor más débil, también necesitará una caja de cambios. También se puede seleccionar entre herramientas viejas desmontadas, por ejemplo, una caja de cambios planetaria con un destornillador.

Será necesario volver a trabajar para colocar el engranaje del motor del destornillador en el paso a paso y alinear el eje de rotación del motor con la caja de cambios. Y también es necesario hacer la tapa para el cojinete del eje de salida. Se instala un engranaje en el eje de salida, que alimentará la varilla de plástico a la zona de calentamiento.

La carcasa del extrusor sirve para montar el motor, el rodillo de presión y el hotend. Una de las opciones se muestra en la figura, donde la varilla de filamento rojo es claramente visible a través de la pared transparente.

Puede hacer una carcasa con diferentes materiales, crear su propio diseño o, utilizando un kit ya preparado como muestra, solicitar la impresión en una impresora 3D.

Lo principal es que el rodillo de presión se ajusta mediante un resorte, ya que el grosor de la varilla no siempre es el ideal. La adherencia del material al mecanismo de alimentación no debe ser demasiado fuerte para evitar que se rompan trozos de plástico, pero sí suficiente para empujar el filamento hacia el hot-end.

Cabe señalar que al imprimir con nailon, es mejor utilizar un engranaje de alimentación con dientes afilados; de lo contrario, simplemente no podrá enganchar la varilla y se deslizará.

Hotend totalmente metálico

Los hotends de E3D están muy extendidos y son populares. Puedes comprarlo en ebay.com por $92 (sin entrega) o descargar los dibujos, que están disponibles gratuitamente en el sitio web oficial de la compañía (http://e3d-online.com/), según los cuales puedes hacerlo, ahorrando mucho.

El disipador de calor está hecho de aluminio y sirve para eliminar el calor del cilindro del hotend y evitar el calentamiento prematuro del material de impresión. Un radiador LED es bastante adecuado; para mejorar el efecto de enfriamiento, también puede dirigirle un pequeño ventilador.

El cilindro del hotend es un tubo metálico hueco que conecta el radiador y el elemento calefactor. Fabricado en acero inoxidable debido a su baja conductividad térmica.

Así es como se ve la pieza en sección transversal y con dimensiones para una varilla de Ø 1,75 mm.

La parte delgada del tubo actúa como barrera térmica y evita que el calor se propague a la parte superior del extrusor. Es importante que el filamento no empiece a derretirse prematuramente, porque en este caso la varilla tendrá que empujar demasiada masa viscosa. Como resultado, la fuerza de fricción aumenta y el tubo y la boquilla se obstruyen.

Si taladró la pieza usted mismo, deberá pulir el orificio del cañón. Para el pulido grueso, es adecuado el papel de lija fino "cero", fijado con cinta adhesiva a un taladro de menor diámetro.

Es necesario terminar de pulir hasta obtener un brillo de espejo (con hilo y pasta GOI No. 1), luego es útil freír el agujero con aceite de girasol para reducir la fuerza de fricción. Para evitar que el plástico se caliente demasiado pronto, puedes recubrir el fondo del tubo situado en el radiador con una fina capa de pasta térmica.

Otro posible problema: el plástico fundido bajo la presión de la varilla entrante puede filtrarse y enfriarse en la zona de enfriamiento, provocando que el cilindro se obstruya y deje de imprimir. Puedes combatir esto con la ayuda de un tubo aislante de teflón, que se inserta en el cilindro del fusor antes de que el filamento comience a calentarse.

Calentador

Placa calefactora

Se utiliza una placa de aluminio como elemento calefactor. Si no puede encontrar un bloque grueso del tamaño adecuado, una tira de aluminio de 4 mm de espesor, que se puede comprar en tiendas de materiales de construcción, es muy adecuada. En este caso, el elemento calefactor constará de dos partes. Es necesario perforar un orificio central para el cilindro del hotend, apretarlo con un perno y sujetar toda la estructura con un tornillo de banco. Luego taladre la cantidad requerida de orificios para los elementos que componen el calentador:

• perno de fijación,
• dos resistencias,
• termistor.

Para calentar la placa, puedes utilizar un calentador cerámico de 12v o una resistencia de 5 Ohm. Pero para nuestro bloque, dos resistencias de 10 ohmios son más adecuadas, ya que son mucho más pequeñas y una conexión en paralelo proporcionará la resistencia requerida de 5 a 6 ohmios.

La temperatura será controlada mediante un termistor NTS de 100 kOhm marca B57560G104F, con una temperatura máxima de funcionamiento de 300 °C. No se pueden utilizar termistores con menor resistencia; por regla general, tienen un gran error a altas temperaturas.

Es necesario asegurar una conexión firme de las resistencias a la placa, ya que el entrehierro inhibe el calentamiento. Aquí es importante elegir el sellador adecuado. Lo mejor es utilizar pastas de polímeros cerámicos (CPPT), cuya temperatura de funcionamiento sea de al menos 250 °C. Para un aislamiento térmico adicional, es una buena idea envolver todo el hot-end con fibra de vidrio.

Boquilla

Una tuerca ciega con extremo redondeado es ideal para hacer una boquilla. Es mejor optar por piezas de cobre o latón, ya que estos metales son relativamente fáciles de procesar. Debe fijar el perno en un tornillo de banco, atornillarle la tuerca y perforar un orificio del diámetro requerido en el centro del redondeo.

Esto se puede hacer de esta manera: conecte un portabrocas con una broca del diámetro requerido a un taladro sujeto en un taladro normal. Resulta ser un diseño interesante.

Un orificio de 0,4 mm se considera el más exitoso, ya que a menor diámetro la velocidad se ralentiza y a mayor diámetro la calidad de impresión se ve afectada.

Aquí tienes otra forma de perforar una boquilla (vídeo en inglés).

Como puede ver, hacer una extrusora para una impresora 3D con sus propias manos es bastante difícil. Pero si sabes que no podrás fabricar una pieza tú mismo debido a la falta de materiales o herramientas necesarios, no tienes que comprar un kit completo ya hecho, puedes comprar cualquier pieza del extrusor por separado; seguir trabajando.

Diviértete escribiendo.