Сопло FDM 3D-принтера

Сопло 3D-принтера — небольшая, но крайне важная деталь, от которой зависит, как именно расплавленная пластиковая нить будет формировать печатные слои. Это часть экструдера — блока, ответственного за расплавление и нанесение пластика. Для того, чтобы 3D-печатные изделия имели стабильно высокое качество, необходимо следить за состоянием сопла.

А чтобы быть уверенным в физическом состоянии детали, следует понимать принцип её работы. Читайте статью, из которой вы узнаете, как правильно использовать сопло экструдера.

Содержание

Что такое сопло 3D-принтера

Источник: shopee.com.my

Сопло 3D-принтера — та часть экструдера, через которую расплавленный филамент поступает на печатный стол. От качества, материала и диаметра сопла зависит, какие материалы можно использовать в 3D-принтере и насколько качественной получится пластиковая модель.

На большинстве FDM 3D-принтеров существует возможность менять сопла в зависимости от цели печати. Хотя эти детали относительно универсальные, и не так часто возникает потребность в их замене, пользователю следует разбираться в различных системах и уметь устранять текущие сложности, чтобы избегать сложных проблем в работе экструдера.

Принцип действия сопла

Сопло в 3D-принтере — это небольшой элемент со сквозным отверстием, который ввинчен в нагревательный кубик и является частью хот-энда. Нить филамента поступает в экструдер и попадает в тепловую камеру, где за короткое время происходит плавление материала. К тепловой камере примыкает сопло, через которое жидкий филамент поступает на печатный стол. Когда обсуждают возможности сопла 3D-принтера, учитывают два основных параметра: диаметр отверстия и материал сопла.

Чаще всего используются сопла с диаметром отверстия 0,4 мм из латуни. Латунь — дешевый материал, отлично подходит для печати распространенными пластиками, такими как PLA и ABS. Однако следует учитывать, что при печати “экзотическими” материалами, например — светящимся в темноте PLA или металликами, мягкость латуни может привести к проблемам в печати.

Источник: all3dp.com

Из-за непрерывной экструзии филамента, содержащего твердые частицы, внутренние каналы сопла шлифуются, протачиваются, и постепенно сопло приходит в негодность. Это приводит к снижению однородности поступающего из сопла расплавленного пластика, что, в свою очередь, влияет на качество 3D-печати. Для печати материалами с повышенной абразивностью или высокой температурой плавления предпочтительны сопла из более твердых материалов.

Материалы сопла

Латунь

Источник: pinterest.ru

Дешевые и простые в изготовлении, латунные сопла — эффективные решения для настольных 3D-принтеров. Латунь — самый мягкий из всех используемых для изготовления этой детали материалов. Металл легко обрабатывать, это дешевый и доступный материал, что и обуславливает его распространение.

Источник: jakmachinery.com

Особенности латунного сопла:

Высокая теплопроводность;
Устойчивость к коррозии;
Низкая стойкость к истиранию;
Оптимальное применение: «мягкие» пластиковые нити, такие как PLA, ABS и PETG; нити, не содержащие добавок.

Сопло из нержавеющей стали

Источник: walmart.ca

На некоторых 3D-принтерах по умолчанию установлены сопла из нержавеющей стали. Этот материал тверже латуни. Использование сопла из нержавеющей стали позволяет печатать армированными филаментами, усиленными такими твердыми частицами, как углеродное волокно и металл. Даже на протяжении длительного периода времени не возникнет эрозия сопла и, соответственно, не ухудшится качество печати.

Недостатком стали, по сравнению с латунью, является её низкая теплопроводность. Это может привести к нестабильной скорости экструзии нити, особенно при больших размерах сопла.

Особенности нержавеющего сопла:

Низкая теплопроводность;
Устойчивость к коррозии;
Высокая стойкость к истиранию;
Оптимальное применение: печать пластиками, содержащими твердые добавки.

Сопло из рубина

На рынке 3D-принтеров появляются альтернативные разработки. Одной из них является сопло Olsson Ruby. Разработанный Андерсом Олссоном, инженером-исследователем из Уппсальского университета в Швеции, этот тип сопла был предназначен для эксперимента по 3D-печати содержащими карбид бора филаментами — после использования всего одного килограмма такого пластика стандартные латунные и стальные сопла приходили в негодность.

Источник: olssonruby.com

Олссон создал Olsson Ruby. Это сопло из латуни с рубиновым наконечником — оно сохраняет теплопроводность латуни и обладает исключительной стойкостью к истиранию. Пока такое решение чрезвычайно дорого, поэтому рубиновое сопло не нашло широкого распространения, существует мало данных относительно производительности детали при длительном использовании.

Источник: olssonruby.com

Особенности рубинового сопла:

Высокая теплопроводность;
Устойчивость к коррозии;
Исключительная стойкость к истиранию;
Оптимальное применение: печать высокоабразивными материалами.

Сопло из карбида вольфрама

Источник: dyzedesign.com

Еще одна новинка на рынке — сопло для 3D-принтера из карбида вольфрама. Эту деталь производит канадская компания DyzeDesign. Идея была заимствована из тяжелой горнодобывающей промышленности, где керамика из соединений вольфрама используется для резки металлов и бурения горных пород. Карбид вольфрама сочетает в себе твердость, стойкость к истиранию и высокую теплопроводность. Изначально проект был представлен на Kickstarter, а теперь приобрести такое сопло можно на сайте производителя. Сопло из карбида вольфрама стоит дешевле, чем Olsson Ruby, но всё равно существенно дороже латунных и стальных. Соответственно, рекомендовать покупку можно только для случаев, где доказана неэффективность стандартных сопел.

Источник: dyzedesign.com

Особенности сопла из карбида вольфрама:

Высокая теплопроводность;

Высокая стойкость к истиранию;

Устойчивость к коррозии;

Оптимальное применение: печать высокоабразивными материалами.

Размеры сопла

Источник: walmart.ca

Диаметр сопла влияет на степень детализации напечатанных объектов, определяя не только ширину линий, но и рекомендуемую высоту слоя. При печати с использованием сопла для 3D-принтера с диаметром отверстия 0,15 мм можно достичь более высокого разрешения по осям X и Y (по сравнению со стандартным соплом 0,4 мм). В теории, более тонкие линии позволяют точнее создать острые углы, однако такой результат будет получен только на хорошо откалиброванном 3D-принтере, так как зависит от работы его механики.

Для оптимального качества печати следует установить высоту слоя на уровне 25-50% диаметра сопла. Это обеспечивает лучшее сцепление между напечатанными слоями. Например, со стандартным соплом для 3D-принтера в 0,4 мм рекомендуется печатать с высотой слоя 0,1–0,2 мм. Для получения качественного результата при печати сверхтонких слоев, высотой менее 0,05 мм, потребуется сопло 3D-принтера диаметром 0,2 мм.

К недостаткам использования сопла меньшего диаметра можно отнести:

высокую вероятность засорения,
существенное увеличение времени печати, т.к. печатающей головке требуется большее количество проходов, чтобы покрыть такое же расстояние, которое большее сопло выполняет за меньшее количество ходов.

Сопла увеличенного диаметра также имеют свои достоинства и недостатки. Применение сопла с диаметром отверстия 0,8 мм может даже улучшить результат печати, если печатаемая модель не подразумевает высокой детализации. Более широкая экструзия сокращает время печати: например, на печать стенки толщиной 0,8 мм потребуется половина времени, необходимого для печати стенки в две линии с 0,4 мм.

При экструзии увеличенного диаметра слои лучше склеиваются, что повышает прочность напечатанных изделий. Указанные преимущества позволяют использовать большие сопла для быстрого прототипирования, когда точность мелких деталей не имеет большого значения.

Обратная сторона использования сопел с большим диаметром отверстия — снижение разрешения. Более толстые линии экструдированного пластика не способны передать мелкие детали в точности.

Итого

От правильного выбора сопла для 3D-принтера зависит качество и скорость 3D-печати, и тут под качеством мы подразумеваем как детализацию и точность пластиковой модели, так и ее структурную прочность. Практически 99% 3D-принтеров оснащены латунными или стальными соплами, но в последние годы исследовательские компании выпускают детали из альтернативных материалов, увеличивающие возможности 3D-печати.