3d-printer - Deel 4 - Hot-end en Extruder

Door Milosonator op vrijdag 08 februari 2013 23:40 - Reacties (2)
Categorie: 3d Printen, Views: 5.739

Dit is het vierde deel in een reeks blogs over het bouwen van mijn 3d-printer. Als je hier komt binnenvallen, raad ik je aan om bij het begin te beginnen. Hier zijn links naar de andere delen:
Deel 1
Deel 2
Deel 3
Deel 5
Deel 6

Deze keer laat ik zien hoe de extruder en hot-end in elkaar gestoken zijn.

Extruder

Een zeer belangrijk onderdeel van de printer is de zogeheten 'extruder'. Dit is een stuk mechaniek dat ervoor zorgt dat er een juiste hoeveelheid plastic naar de hot-end wordt vervoerd. Dit gebeurd met behulp van een stappenmotor. Deze drijft via twee tandwielen de zogeheten 'hobbed bolt' aan.
Deze hobbed bolt is een een M8 bout waar halverwege een inkeping met tandjes is gemaakt.

http://blog.stygia.nl/wp-content/uploads/IMG_20120630_1413411.jpg

Door het plastic tegen de tandjes aan de drukken kan door de draaiing van de bolt het plastic naar beneden worden geduwd. Hiermee wordt het plastic de 'hot-end' in geduwd, waarna het gesmolten wordt en de printer door een minuscuul gaatje verlaat.

http://blog.stygia.nl/wp-content/uploads/P1020447-annotated.jpg

De extruder bestaat uit 4 onderdelen: het blok, de idler en twee tandwielen. In het blok bevinden zich twee 608 lagers die de hobbed-bolt zullen huisvesten. De idler zit met een scharnier aan het blok vast en zal door middel van twee stelschroeven met veren kracht uitoefenen op het plastic filament. Aan het blok zit ook de stappenmotor bevestigd welke met een klein tandwiel het grote tandwiel aan de hobbed-bolt aandrijft. Zo kan de extruder maximale kracht uitoefenen op het filament. De extruder wordt besvestigd in een sandwich van 3 dingen: Extruder, X-carriage (karretje wat over de x-as rijdt) en een houten plaatje waar de hot-end weer aan bevestigd is. Dit biedt ook termische bescherming aangezien de hot-end makkelijk 200 graden celsius bereikt. Bij het printen van ABS plastic zelfs 230 graden.

Hot-end

De hot-end is het onderdeel van de printer dat het plastic verwarmt en naar de mond van de printer geleidt. Het bestaat (in mijn geval) uit 4 onderdelen. De thermische barrière, spuitstuk, houder en het verwarmingselement. De thermische barrière is een van PTFE gemaakt stuk plastic wat in het spuitstuk wordt gestoken. Het doel van dit onderdeel is een soepele doorvoer naar het spuitstuk voor het plastic te vormen. Dit PTFE kunststof is goed bestand tegen de hitte en isoleert ook de extruder tegen de warmte van het spuitstuk. Het spuitstuk zelf is een van messing gevreesde buis, met aan de ene kant een opening van 3 mm voor het nog koude plastic. Aan de andere kant een opening van 0.5 of 0.35 mm.

http://blog.stygia.nl/wp-content/uploads/IMG_20120622_225554-annotated.jpg

De eerste versie van mijn printer had een opening van 0,5 mm maar deze heb ik later vervangen door een van 0,35 mm voor verbeterde precisie. Er bestaan uiteraard ook nog andere maten. Ook bestaat er een andere maat filament dan 3 mm namelijk 1,75 mm. Dit heeft onder andere als voordeel dat je minder kracht nodig hebt om het uit te printen, wat potentieel een hogere snelheid kan opleveren, maar het is ook duurder en iets minder gebruikelijk. Het aluminium verwarmingselement is om het spuitstuk heen geschroefd. In dit element zit een weerstand die elektriciteit verstookt en een thermistor om de temperatuur te meten. Ten slotte is er nog de houder, een blok gemaakt van een hard en hittebestendig kunststof PEEK. Met dit blok wordt de hot-end op zijn plek gehouden.

Constructie van de hot-end

Om de hot-end te maken beginnen we met het voorbereiden van het verwarmingselement. Hier dient de weerstand in gestopt te worden. Om ervoor te zorgen dat deze comfortabel in het blokje vastzit, is deze ingewikkeld met wat aluminiumfolie om te zorgen dat hij precies op maat is. De draden worden geïsoleerd met Kapton tape. Een magisch soort tape, overblijfsel van de ruimtevaartindustrie en ontzettend warmte (en koude) bestendig. Met dit tape isoleer ik ook de draden van de thermistor voordat ik deze in zijn holletje stop. Met Kapton tape isoleer ik het aluminium blokje ook een beetje. Eerst schuiven we de houder over het spuitstuk. Vervolgens, met wat loodgieterstape (voor betere warmtegeleiding) schroef je het verwarmingselement over het spuitstuk. Sommige hot-ends hebben nog een extra sluitring die moet voorkomen dat het verwarmingselement los trilt. Aan de andere kant schroeven we de termische barrière erin en hoppa: één hot-end.

http://blog.stygia.nl/wp-content/uploads/IMG_20120622_234257.jpg

Deze delen dienen natuurlijk gecombineerd te worden. Hiervoor moeten we een stevige sandwich gaan maken. Bovenop, de extuder, gevolgd door de carriage, dan een houten bevestigingsplaatje en tot slot de hot-end.

De extruder heeft onderaan een gaatje waar het filament met kracht er uit komt. Ook zit er een uitsparing waar de geleider van de hot-end precies in past (dat witte buis-ding). Er is alleen één probleem: de gaatjes in het PEEK blok van de hot-end staan niet even ver uit elkaar als de gaatjes in de carriage en extruder (die overigens wel mooi uitlijnen). Om in detail te treden: de gaatjes van de hot-end staan 5cm uit elkaar en die van de carriage en extruder 8cm.
Ik los dit op door een plaatje hout wat precies onder de carriage past te maken met gaatjes en uitsparingen. Dit dient ook meteen als isolatie opdat de carriage niet smelt door de hitte van de hot-end.
Dan is het slechts nog een kwestie van boutjes en moertjes om het geheel te vormen. Belangrijk is dat je alles heel strak aandraait want dit gaat behoorlijk trillen.

http://blog.stygia.nl/wp-content/uploads/P1020497.jpg

In het volgende deel van deze reeks ga ik het hebben over de elektronica die er nodig is om deze printer aan te sturen. Dit vervolg vindt je hier.

Volgende: 3d-printer - Deel 5 - Elektronica 02-'13 3d-printer - Deel 5 - Elektronica
Volgende: 3d-printer - Deel 3 - XYZ 02-'13 3d-printer - Deel 3 - XYZ

Reacties


Door Tweakers user Zerfox, zaterdag 09 februari 2013 10:52

Ben jaloers! Kan niet wachten tot het volgende deel :)

Door Tweakers user NvO_91, woensdag 20 februari 2013 17:06

mooie printer en duidelijk uitgelegd hier kan ik wat mee!:)
Ik ben benieuwd naar de volgende delen.;)

Reageren is niet meer mogelijk