3D печать глиной, самодельная система подачи глины, печатная голова и прошивка принтера. Часть 1.

Система подачи глины для 3D принтера.

Существующие на сегодня системы подачи глины, обладают своими достоинствами и недостатками. В силу ряда обстоятельств, мне довелось собрать с нуля практически все существующие open source решения для 3D печати глиной, а так же внимательно изучить коммерческие системы в данной сфере.

В процессе сборки и эксплуатации различных вариантов я выявил как сильные, так и слабые стороны различных решений и пришел к некоторым заключениям, относительно систем подачи глины, которыми делюсь ниже:

• система должна быть максимально простой в обслуживании (сборка, разборка, чистка, ремонт), без резьбовых соединений в деталях, которые подлежат демонтажу в процессе обслуживания
• стенки бака для глины должны быть гладкими
• материал бака должен быть износоустойчивым
• материалы бака и соединений не должны окисляться во влажной среде
• система должна быть легко повторяемой, а детали должны быть доступны без предварительного заказа или изготовления на производстве
• шланг для подачи глины должен быть с внутренним диаметром от 10 мм и не создавать дополнительного трения
• стоимость системы не должна превышать 10 000 рублей
• герметичность системы должна обеспечиваться без использования излишнего количества прокладок и колец
• должна сохраняться возможность увеличения объема бака без необходимости замены большей части деталей

Далее я расскажу о том, как собрать систему с учетом данных заключений, которую можно будет подключить практически к любому FDM принтеру с небольшими доработками. Сразу отмечу, что речь пойдет о системе на пневматической основе, где воздух под давлением толкает глинянную массу. Я собирал и работал с решениями на основе шаговых двигателей с редукторами, и могу сказать, что те преимущества которые они дают (а по сути их два: возможность работы с более густыми массами и синхронизация подачи с мотором печатной головы), не компенсируют их недостатки в виде излишней громоздкости, сложности в сборке и отладке, скорости перезаправки и очистки. В любом случае и те и другие системы имеют право на существование, просто в моем случае предпочтение отдано варианту с пневматикой.

В качестве основы для системы я буду использовать царгу из нержавеющей стали на кламповых соединениях. Такие царги применяются в области самогоноварения и широко доступны для приобретения, по крайней мере в странах, где любительское приготовление крепких напитков не является экзотикой. Диаметр царги может быть любым, 2 или 3 дюйма вполне подойдут для задач 3D печати.

Почему царга? Просто потому что нержавейка обладает высокой износоустойчивостью, не создает лишнего трения и не окисляется во влажной среде. Кроме всего прочего царга с кламповым соединением отлично держит высокое давление и ее просто и удобно разбирать и очищать.

Кроме «самогонных» комплектующих понадобятся сантехнические соединения, которые присутствуют в любых хозяйственных магазинах, а так же пара пневматических фитингов и силиконовый уплотнитель для резьбы. Естественно, подразумевается, что у вас уже есть компрессор (любой, с максимальным давлением 8-10 бар).

Полный список покупок:
- царга 2 дюйма, длина 30-50 см, 1 шт
- хомут кламп 2 дюйма, 2 шт
- силиконовая прокладка под кламп 2 дюйма, 2 шт
- переход кламп 2 дюйма на резьбу 3/4 (идеальным мог бы быть переход на резьбу 1/2 (что исключило бы необходимость в дополнительной муфте из следующего пункта), но такие переходы очень редко встречаются в продаже), 2 шт
- переходная муфта 3/4 на 1/2, внутренняя резьба, 2 шт
- переходная муфта 1/4 на 1/2, наружная резьба, 1 шт
- угловой цанговый пневматический фитинг Camozzi, наружная резьба 1/2, цанга 12 мм, 1 шт
- пневматический фитинг с внутренней резьбой 1/4 и цангой 10 мм (Camozzi или Festo), 1 шт
- пневматический фитинг с наружной резьбой 1/4 и цангой 10 мм (Camozzi или Festo), 1 шт
- переходник соединение Rapid на наружную резьбу 1/4, 1 шт
- гелевый уплотнитель для резьбы Сантехмастер синий, или аналог, 1 шт
- фторопластовая пневматическая трубка с внутренним диаметром 10 мм и наружным 12 мм, длина ~50 см, 1 шт
- полиуретановая пневматическая трубка с наружным диаметром 10 мм, длина ~50 см, 1 шт
- фильтр-лубрикатор с регулятором давления, внутренняя резьба 1/4, 1 шт

Осталось лишь собрать все это вместе. Для начала нужно соединить фитинги и кламповые переходы. Соединение входной группы выглядит следующим образом:

К резьбе клампового перехода присоединяется муфта 3/4 на 1/2, далее к этой муфте присоединяется муфта 1/4 на 1/2, на которую присоединяется цанговый фитинг 1/4 (цанга 10мм, внутр. резьба). Перед соединением на каждую резьбу наносится гелевый уплотнитель. После соединения группа гарантированно готова к использованию через сутки, после того как уплотнитель окончательно затвердеет.

Далее собираю выходную группу:

К резьбе клампового перехода присоединяется муфта 3/4 на 1/2, далее к этой муфте присоединяется угловой цанговый фитинг 1/2 (цанга 12 мм). Как и в предыдущем шаге на каждую резьбу наносится гелевый уплотнитель. Все резьбовые соединения удобно закручивать переставным сантехническим ключем, без излишних усилий.

После готовности входной и выходной группы можно приступить к сборке фильтра с регулятором давления. К входной резьбе фильтра, используя гелевый уплотнитель, присоединяется переходник Rapid (быстросъемное соединение, используемое в большинстве бытовых компрессорах и шлангах), к выходной резьбе присоединяется пневматический фитинг с наружной резьбой 1/4 и цангой 10 мм.

Цанговые соединения использованы в данной системе для удобства и повышения скорости сборки-разборки системы для очистки. Конечно, существуют аналогичные решения на хомутах и штуцерах, но на мой взгляд, цанговое соединение значительно проще в работе и надежней, чем другие варианты.

Относительно длины фторопластовой и полиуретановой трубок: ее стоит подбирать согласно особенностям монтажа конструкции в каждом индивидуальном случае. Полиуретановая трубка должна быть предназначенной для использования в пневматических системах и выдерживать давление до 10 бар, садовые, бытовые и пищевые трубки для этого не подходят. Рекомендую трубки Camozzi, Festo и другие из отдела с пневматикой в магазине. Тоже самое касается и фторопластовой трубки. И еще две важные вещи, которые следует учитывать на тему фторопластовой трубки: фторопластовая трубка должна быть по возможности максимально короткой и я не рекомендую заменять ее на трубку из другого материала, так как это может значительно увеличить трение и ухудшить качество потока глины к печатной голове. Тем более не так уж легко будет найти пневматическую трубку 12 мм с толщиной стенки в 1 мм.

Далее можно полностью собрать систему и подключить к компрессору. Поэтапно это выглядит так:

1. Шланг, идущий от компрессора, с быстросъемным соединением подключается на вход фильтра с регулятором давления

2. К цанге выхода фильтра присоединяется полиуретановая трубка диаметром 10 мм. Так это выглядит в собранном состоянии:

3. Входные и выходные группы присоединяются кламповым хомутом через силиконовые прокладки к царге:

3. Винты хомутов затягиваются до плотонго сжатия хомутов вокруг воротника царги и клампового перехода.

4. Фторопластовая трубка подключается к цанговому фитингу выходной группы через данную трубку к печатной голове принтера будет поступать глина.

Собранная конструкция должна выглядеть примерно следующим образом (на фото первая сборка данной конструкции, где вместо гелевого уплотнителя используется фторопластовая лента, чего я делать не рекомендую):

Для своего принтера я так же предусмотрел крепеж царги на алюминиевый конструкционный профиль 20x20.

Для очистки выходной группы и царги после печати я рекомендую использовать ершики разных размеров. Если внутри фторопластовой трубки осталась глина, то можно продуть ее компрессором после полного опустошения бака-царги. В качестве альтернативного варианта из дополнительных фитингов можно собрать такую конструкцию для продувки:

На этом сборка системы подачи глины окончена. В следующей части будет рассказано как собрать печатную голову с шнековым механизмом и смонтировать ее на принтере.

Перевод на иностранный: https://teletype.in/@octal/diy-clay-3d-printing-part-1-en