Как бороться с заклиниванием филамента в экструдере

В этой публикации Infinum3d хочет обсудить одну из наиболее важных тем 3D-печати, вернее проблему, с которой сталкиваются не только самодельщики, но и те, кто купил полностью готовый (и вроде бы даже рабочий) вариант. Это проблема застревания филамента во время печати.

Внешнее проявление этого самого застревания выглядит так, как-будто горячий конец внезапно становится холодным, шаговик начинает упорно постукивать на месте, пропуская шаги, либо намертво вгрызается в застрявший на месте пруток. При этом, чаще всего, если тормознуть процесс печати, выдернуть филамент назад, отрезать увеличенную по объему часть пластика и заправить его обратно, то некоторое время выход расплавленной нити будет очень даже бодрым и печать можно будет продолжить. Но, через некоторое время опять начнутся пропуски и застревания.

Кажется вообще удивительным, что пластик очень легко подается в горячую зону от руки, иногда даже вылетает из сопла горячими струями, но, в то же время, только самое начало печати проходит идеально, а дальше пропуски шагов, уменьшение подачи, а потом вообще движение вхолостую.

Итак, разберем по пунктам причины возникновения этого неприятного явления, попутно рассматривая возможные варианты решения.

1. Инерционность.

Инерционностью назовем способность горячего конца оперативно реагировать на внешние воздействия, такие как внешнее охлаждение (обдув), а также движение филамента внутри. Чем выше этот параметр, тем хотэнд сложнее охладить, но, соответственно, он дольше и нагревается. При низкой инерционности хотэнд быстро нагревается, но также быстро и остывает.

Как этот параметр влияет на застревание филамента? Все очень просто. Пруток во время подачи охлаждает хотэнд, причем, чем быстрее подача, тем сильнее охлаждает. Если горячий конец не справляется с поддержанием необходимой температуры из-за своей инерционности, пруток рано или поздно остынет и застрянет.

Решение проблемы зависит от ее правильной диагностики. Для начала необходимо замерить падение напряжения на контактах нагревательного элемента в режиме нагрева. Очень может быть, что выбрано слишком маленькое сечение идущих к нему проводов (от полевого транзистора), либо источник питания "не тянет". Либо в качестве силового элемента выбран транзистор на маленький ток и в итоге греется больше он, чем нагревательный элемент.

Если с напряжением все нормально, можно проверить правильность показаний температуры (при значениях близких к температуре печати). Для этого надо взять мультиметр с термопарой и его показания взять за эталон):

Также необходимо убедиться в том, что нагревательный элемент имеет надежный тепловой контакт с той частью, куда он вставлен - не должно быть лишних щелей. Через воздух сопло будет нагреваться ооочень долго. Это особенно актуально при использовании в качестве нагревательного элемента обычного мощного резистора.

В качестве теплопередающей пасты ни в коем случае нельзя использовать обычную кремний-органическую термопасту (типа КПТ-8 или Алсил), которую мажут на радиаторы кулеров. У нее рабочая температура ДО 180°С, а выше она обугливается и теряет свои свойства. В качестве альтернативы используются керамико-полимерные материалы (КПТД):

Продается в Чип-Дипе по не очень дешевой цене, зато ее на очень долго хватит. Это двухкомпонентный состав, который при застывании становится похожим на резину. При этом является абсолютный диэлектриком и просто чудесным теплопроводником. Работает при температуре до 250°С (а на практике даже больше), не теряя своей пластичности.

В общем, замешиваем чудесный состав, затыкаем все лишние дыры на улицу и радуемся.

Еще советую весь горячий конец теплоизолировать при помощи стеклоткани (если вы еще этого не сделали):

Инерционность в этом случае должна снизиться. Если прогрев все еще слишком долгий - советую поменять нагревательный элемент на более мощный. В случае использования нихромового нагревателя можно попробовать взять нихром меньшего диаметра, либо уменьшить количество витков. Это увеличит количество потребляемого им тока, но зато увеличит мощность и ускорит нагрев.

Еще один момент. В прошлых статьях я советовал использовать прошивку Marlin. Дело в том, что там есть возможность регулировки температуры по PID-алгоритмам. Причем, есть возможность эти самые коэффициенты подобрать по ваше конкретное оборудование автоматически (команда M301 - Set PID parameters P I and D).

Если все правильно сделано, получим плавное и достаточно точное поддержание температуры.

2. Шероховатость термобарьера.

В предыдущих статьях я рекомендовал использовать в качестве термобарьера шпильку М6 из нержавеющей стали с проточкой:

Суть в том, что внутренняя поверхность термобарьера должна быть не просто гладкой, а зеркальной! Разогретый пластик действует как поршень, который выдавливает еще более разогретый пластик. Так вот, если на пути этого поршня встречаются неровности, то они заметно задерживают и затрудняют процесс выдавливания. Достигается это полировкой при помощи нити и пасты ГОИ.

Желательно, перед тем, как заняться полировкой, придать внутренней полости конусность:

Делается это при помощи вот такой конусной развертки:

На инерционность это никак не влияет, зато помогает решить другую проблему, связанную с застреванием пластика - образование пробки там, где ее быть не должно. Этим действием мы просто не дадим подняться расплавленному пластику в холодную зону, там остыть и заклинить.

В качестве альтернативы этому предлагается сделать вставку из тефлоновой трубки:

Вот вид сбоку:

Сам я такую конструкцию еще не пробовал, но в сети пишут, что очень даже помогает бороться с застреваниями. Надо будет попробовать.

3. Некачественный филамент.

Во время печати сопло периодически забивается примесями, находящимися в филаменте. Количество грязи напрямую зависит от производителя и вида пластика. Например, PLA-пластик - органического происхождения, биологически разлагаемый и экологически чистый. Его производство, по-видимому, находится под особым контролем качества (не зря же он почти в 2 раза дороже). Этот вид практически никогда не забивает сопло (у меня не было ни разу).

Другое дело ABS. С ним, а вернее, с его примесями, приходится бороться периодической чисткой сопла. Делается это при помощи сверла, подобранного по диаметру выходного отверстия.

Также полезно избавлять филамент от пыли, которая на нем оседает:

Делается это просто. Где-нибудь рядом с бухтой филамента закрепляют ватный тампон, пропитанный маслом. Пластик, проходя через этот тампон, очень даже равномерно смазывается, а заодно и очищается. Но, тут же появляется еще одна проблема - если неправильно подобрать масло, оно не будет выгорать (испаряться) в экструдере и при печати слои будут отделяться друг от друга. Тут надо экспериментировать.

4. Неправильные размеры.

Допустим, мы сделали в термобарьере отверстие диаметром 2 мм. С ним стыкуется сопло, у когорого диаметр тоже 2 мм. Если есть хоть небольшая несоосность - пластик будет упираться в выступающую кромку сопла. Проходить-то он будет, но усилие возрастет в разы.

Чтобы этого избежать, советую увеличить внутренний диаметр сопла на пару десятых долей миллиметра. Обязательно надо снять фаску сверлом большего диаметра.

Также необходимо понимать, что печатать филаментом 3 мм через сопло 0,25 мм не совсем правильно. Чем меньше диаметр выходного отверстия, тем с большим усилием надо воздействовать на филамент, а настолько резкое изменение диаметра может оказаться непосильной нагрузкой для вашего экструдера. Понятное дело, что хочется качественных деталей и все стараются выбрать сопла с наименьшим отверстием. Но эта палка о двух концах.

Мне, например, вполне хватает для любых печатей сопла 0,4 мм:

5. Стеклование пластика.

Это даже не проблема, а то, что приводит к проблеме. Есть одна замечательная картинка с одного не менее замечательного сайта:

Здесь очень хорошо видно как пруток переходит из твердой фазы в жидкую. Переход совсем не мгновенный (к сожалению), а постепенный. Сначала пластик становится чем-то средним между твердым и жидким и только потом окончательно превращается в жидкость и выдавливается. Основная задача состоит в том, чтобы наш филамент как можно меньше пребывал в этой непонятной фазе стеклования, т.к. при этом он пытается зацепится и приклеиться ко всему, с чем соприкасается. Делается это при помощи дополнительного охлаждения.

В своей конструкции я накрутил на термобарьер алюминиевый радиатор, на который дует маленький вентилятор (40х40 мм).

На этом пока все. Удачных экспериментов!

Содержание

Составитель. Патлах В.В.
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2014 гг.