Идея экструдера

 

Первоначальная идея была найти способ изготовления элементов мебельной фурнитуры, декора, из металла. Всякие такие штучки с возможностью имитации под старую бронзу. Заниматься отливкой, восковыми моделями и прочими радостями, было как то не очень радостно и "оглядевшись вокруг" взор упал на 3D печать.

Это был 2016 год, информационный шум вокруг 3D печати уже спадал, на рынках уже были разные типы принтеров, с разной технологией печати, но с металлом все было как то дороговато и для маленькой мастерской недоступно. Единственная доступная для дома технология печати была FDM. Значит надо было найти способ делать это металлом.

Казалось бы все просто. Берёшь проволоку, вставляешь в экструдер и главное нагреть до плавления, но

взято с 3Dwiki

с металлами так не получится, исходя из их физических свойств, (таким способом печатать можно только, "металлическим стеклом", аморфными сплавами), нагреваясь металл быстро переходит из твердой фазы в жидкую, вытекает, и ни о какой управляемой печати речи быть не может. Пластик же в зоне нагрева переходит в вязкое состояние и выталкивается через сопло не расплавленной частью филамента, которая выполняет роль поршня (поэтому важны одинаковый  диаметр нити по всей длине и термобарьер. Иначе будут постоянные закупорки) .

Из стартапов, которые развили тему печати проволокой я знаю только Digital Alloys, которые печатают нержавейкой и другими сталями, но как мне кажется у них проблемы с печатью поддержек, для сложных изделий, которые должны проводить ток и от которых можно было бы избавиться нагревом изделия. Думаю им надо ставить второй экструдер, печатающий медью, алюминием но такого еще нет, а их способ с этими материалами не работает.

На тот момент были известны еще два типа экструдеров для печати экструзией, шнековый и шприцевой. У каждого из них были свои проблемы печати "жидкими  материалами", но шприцевой, с его герметичностью казался более подходящим если бы не одно но, чем больше объём и температура тем сложнее контролировать экструзию, а с малым объёмом - неудобство заправки. Тут и пришла идея использования поршневой системы с малым объёмом с возможностью одновременной печати и забора рабочего материала. Дальше пошли трудодни технической реализации идеи приведшие к роторно-поршневому варианту. В таком исполнении экструдер способен работать с разными по вязкости, наполнению, температуре материалами. Главное обеспечить подачу материала в приемную камеру.  NASA и Made In Space возила на МКС экструдер для производства прутка для своего принтера, хотя наверно удобнее совместить переработку пластика и печать одновременно. Я думаю состыковать это можно, но я там не был и всех требований не знаю.

В процессе испытаний я видел что расплав металла наносившийся на предыдущий слой сливался с ним в целое, выглядело не так как при печати полимерами. Уже потом, где то через год, были опубликованы исследования совпавшие с моими выводами. 

Постепенно стали вырисовываться новые варианты использования экструдера. На одном форуме человек искал возможность замены шприца при экструзии. Он занимался, что то связанное с гибкой электроникой, вообщем ему необходим был экструдер для работы с галлием и еще с чем то. В принципе я готов был ему сделать но в начале года заболел и не мог ничем заниматься больше полугодья. Так же были идеи использования фотополимерных смол как связующего вещества с различными наполнителями и послойной засветкой-отверждением или клеевыми составами с быстрой фиксацией испарением. В качестве наполнителя могут выступать металлические порошки, керамика, графит и прочее.  

в разборе

Съёмная рабочая камера (которую можно изготовить из различных материалов, я предпочитаю графит) и грамотное уплотнение позволяют работать с различными материалами и температурами не меняя весь экструдер. Если к экструдеру дополнительно пристроить вспомогательные механизмы то пользователь получает возможность свободу применения различного сырья. Если речь о полимерах то это гранулы или вторсырьё, что существенно снижает стоимость печати. Кампания Sratasys выпускает прекрасные принтеры печатающие конструкционным пластиком с довольно высокой температурой печати и не каждый принтер (экструдер) способен на это. Но стоимость принтера и расходных материалов высока в "нашей реальности", думаю не только для домашнего пользователя. В нашем случае появляется возможность реализовать это, причем из более доступного сырья.

Главной проблемой было обеспечение герметичности рабочей камеры. Поэтому была применена посадка, эксцентрикового вала, на конус, что дополнительно обеспечивало его центровку. На выходе вала, за пределами корпуса, был установлен дополнительный сальник. Траектория движения ротора довольно сложная и что бы это работало требует определённой точности в изготовлении и проектировании деталей. Но все было сделано в домашних условиях.

Так же показалось интересным изменить способ печати. Исходя из того, что ротор-поршень, не плохо давит на выходе в уме возник и вариант гибридной-литьевой печати, печать стенок и заливки нужных участков. Но тут нужно переделывать ПО, пробовать материалы и так далее.

Подводя итог. Наверное дальнейшим развитием, этого варианта, должны заниматься профессиональные команды инженеров соответствующей индустрии, в одиночку здесь уже не вытянуть. Мне тяжело сказать насколько это необходимо, или наоборот. Судя по роликам в интернете, обсуждениях на форумах тема печати "жидким металлом" зашла, но пока на уровень компаний еще не вышла. Но кто знает, кто что готовит.