Pat a Mat staví 3D tiskárnu IV: 2x vrtej, pak měř a pak tiskni znovu (Extruder)

V dosavadních dílech zatím nebylo nic zmíněno o nejdůležitější části tiskárny (ačkoliv sled blogů nekoresponduje úplně se stavbou a na některých fotkách už hotové dílo bylo vidět) – extruderem. Extruder je ta část tiskárny, do které se montuje tryska (hotend), která taví strunu s materiálem a nanáší ji na tiskovou plochu. Další nezbytnou součástí je motorek a nějaký mechanismus, který strunu tlačí do trysky. Také je to část, kterou se RebeliX nejvíce odlišuje od Rebela (extruder je použit z i3) a tedy všudydostupné stavebnice zrovna tuhle část nemají. A také je to část, kde jsem provedl za celou stavbu snad největší fail, co jsem mohl a zničil jednu plastovou součástku takovým způsobem, že to ani aceton nespravil. 

Extruder na Rebelixu je postaven wade's geared extruderu. Součástmi tedy jsou dvě plastová ozubená kolečka, krokový motorek, j-head a dvě plastové součástky – blok, který to celý drží pohromadě a extruder idler, který dělá přítlak na strunu s materiálem. Kolečka mají různé velikosti, jsou zde kvůli převodu – prakticky tedy motoru stačí vyvinout menší sílu na protlačení materiálu přes trysku, potencionálně tedy může stačit i slabší motor. Jedno kolečko je tedy přidělané přímo na motoru, druhým je prostrčen M5 šroub se šestihranem. Na šroubu jsou pak dvě ložiska, která se zapasují do plastového bloku a stěžejní, problematická pitomá součástka, kvůli které celá martýrium vzniklo – hnací kolečko (Bavíme se zde o extruderu pro 1,75mm strunu. Šroub pro 3mm strunu vypadá lehce jinak a možná má i dostupnější části. Ale kdo by dneska chtěl tisknout ze 3mm struny :-) ). Proti šroubu se pak chytne extruder idler, ve kterém je kousek hlazenky nebo závitovky a na něm další ložisko, které je přímo proti hnacímu kolečku a přimačkává strunu na hnací kolečko. Sem jsem také umístil 3 z 5 japonských ložisek (zbylá dvě jsou na druhé straně od motoru pro posun osy X a Y), která se stala jednou z nejdražších součástí tiskárny – protože po dobrých zkušenostech s čínskými lineárními jsem alespoň některé součástky nechtěl měnit :-) Na plastovém bloku pak může být ještě umístěn ventilátor, který se používá při tisku z PLA pro ochlazování výtisku. Celý tenhle smontovaný kus se potom nasadí na „x carriage“ – tedy ten posuvný vozíček na ose X.

Nyní tedy ještě k tomu jak to funguje – hnací kolečko je malé zubaté kolečko, které je chycené na šroubu, který se točí s velkým plastovým kolečkem. V plastovém boku nad a pod místem, kde mají být zuby kolečka, je malá díra (která je tam už vytištěna). Díra nahoře je normálně viditelná, hmatatelná, díra dole ústí do místa, kde je pak přimontována trysky. Funguje to tedy tak, že se nažhaví tryska, veme se struna s materiálem a strká se do díry nahoře. Zároveň při zastrkávání se rukou točí velkým kolečkem. Až strune doleze k hnacímu kolečku, skřípne se mezi hnací kolečko a ložisko naproti. Následně tedy točení velkým kolem by mělo mít za následek, že zoubky hnacího kolečka se zadrhnou o strunu a budou ji posouvat dále (rukou můžeme ověřovat, že točení kolečkem posouvá strunu dolu). Až struna projede nažhavenou tryskou, začne z trysky vycházet roztavený plast. V tu chvíli je struna zavedena a může se tisknout – tiskárna bude točit motorem, který přes převod bude točit velkým plastovým kolem a to bude tedy strunu tlačit do trysky.

Vypadá to velice snadno, zádrhelem je samo hnací kolečko, protože člověk záhy zjistí, že v supermarketu neroste. Prve jsem to neřešil a při první koupi čínských věcí jsem objednal něco, co vypadalo podobně. Jenže v reálu se ukázalo, že to zas tak podobné není (a později se ukázalo, že tohle tam fakt namontovat nepůjde). Nastala tedy druhá fáze hledání jiného kolečka. Stejné jsem prostě nesehnal a dospěl jsem k závěru, že bylo patrně vyráběné na míru (ostatně na CNC fórum je nějaké vlákno o tom, jak tam přesně tohle vyrábějí). Na konci toho všeho jsem objednal tedy jediné jiné kolečko z Číny, které vypadalo alespoň jinak než to, které už jsem měl. S tím tiskárna aktuálně tiskne, ale zavádění struny je asi všechno, jenom ne komfortní. Ale to už předbíhám… :-)

Extruder ještě neví, co ho čeká :-)

První hnací kolečko vypadalo z fotek (viz foto níže) hodně podobně tomu, které bylo v originální tiskárně. Po doručení a vybalení bylo ale na první pohled zřejmé, že má o dost větší průměr. To by samo o sobě ještě tolik nevadilo, jako daleko horší se ukázala poloha vroubkové části vůči červíku, kterým se kolečko upevňuje na šroubu. Kolečko se totiž na šroub musí umístit tak, aby zoubkovaná část byla přesně na úrovni děr, kterými se prostrkává filament. A zároveň se musí na šroubu vejít do prostoru mezi dvě ložiska – ložiska jsou na šroubu umístěná na konkrétní pozici, protože přesně zapadají do vybrání v plastovém bloku. A tady přesně nastává ten problém – kolečko umístit zoubkama přesně na úroveň děr nejde, protože je moc vysoké a ložisko tam začně v tu chvíli překážet. Prostě ikdyž se kolečko nacpe co nejvíc na libovolné ložisko, jsou pořád zoubky o pár milimetrů posunuté proti dírám. A tady se zrodil naprosto nesmyslný a nefunkční, idiotský nápad, patrně z hladu a nedostatku IQ. Když ten filament strkám do díry zeshora a on se objeví pár milimetrů od zoubků upevněného kolečka, co takhle vyvrtat ještě jednu díru o pár milimetrů vedle? Že je to úplná kravina? Je, ale to mi došlo až o pár hodin a dvě zničené součástky později :-) Inu, vyvrtal jsem díru, prostrčil filament s radostí jak zapadá do zoubků, beru do ruky extruder idler a radost záhy přechází, když vidím, že přítlačné ložisko tlačí někam úplně jinam než na strunu. Bohužel ani v tomhle kroku mi nedošlo, že je to kravina a tak beru do ruky pilník a piluju extruder idler, aby ložisko šlo posunout vedle. To se po hodině pilování (a zanesení úplně všeho prachem z drceného ABS) povede, ložisko zafixuju pojistnou M5 matkou, přikládám celý díl k extruderu a dívám se, jak ložisko hezky přitlačuje strunu. Posouvám tedy strunu dále a… jejda. Neříkal jsem předtím, že ty díry byly dvě? Tady se už konečně začíná v kebuli rozednívat a dochází mi, že to fakt byla blbost. Jednu díru jsem sice hezky převrtal, ale ta druhá – výstupní – je pořád na stejně blbém místě, jako byla tamta. Tuhle díru už také prakticky převrtat nejde – z druhé strany díry je v plastu kruhový výřez, do kterého přesně zapadne j-head. Díru tedy nemá smysl převrtávat, protože j-head má jasně danou pozici kde skončí a předěláním díry stejně nedocílím toho, aby se filament dostal až do j-headu. Odkládám tedy stavbu extruderu stranou s tím, že bude doopravdy potřeba jiné kolečko. Extruder idler je nenávratně zlikvidován a je potřeba jej vytisknout znovu. Druhá díra na bloku funkci nijak zvlášť nevadí a tak tam je doteďka, aby mi stále připomínala, že se na to vrtání mám vykašlat, když nevím co dělám.

První hnací kolečko. Na fotce mu to sice sluší, ale ty zoubky jsou kousek jinde, než mají být… Dejte kutilovi do ruky pilník a nestačíte se divit…

Následuje tedy další, tentokrát již výrazně pečlivější výběr hnacího kolečka. Bohužel není moc z čeho vybírat. Jednak Číňani značně šetří popisem, takže jenom u minima koleček jsou rozepsané rozměry kolečka. A za druhé taky žádný extra výběr tak či tak není, takže kromě toho blbého co už doma mám je na výběr asi tak ještě jedno kolečko (které jsem tedy objednal). Tohle druhé kolečko má stejně blbě velký průměr, ale na druhou stranu má menší výšku, ale hlavně nemá vyfrézované zoubky – ono je zoubkované po celé výšce, vypadá jak kolo vodního mlýnu. Minimálně se tedy dá na šroub namontovat tak, aby zoubkovaná část byla umístěna na úrovni děr s filamentem.

Umisťuji tedy toto správné kolečko a skládám extruder dohromady. Úplně bez potíží to ale také není (byť tentokrát je výsledkem podávající extruder) – a to hlavně kvůli průměru kolečka. Samotné zoubky zdá se fungují dobře (tiskárna nyní už tiskne a podává spolehlivě, možná i spolehlivěji, než jak jsem viděl u originálního kolečka). První problém je dostat filament do druhé výstupní díry. Tím jak je kolečko velké, tak filament při zastrkávání míří někam úplně ven. Pro správné zavedení si tedy nevystačíme s tím, že budeme strunu strkat dovnitř. Je potřeba úplně oddělat extruder idler a strunu při zavádění silou přimáčknout pod hnací kolečko, aby se ohla a zalezla do díry. Následně nastává hned druhý problém a to přišroubování extruder idleru zpět. Tím, že hnací kolečko má moc velký průměr, tak i samotný extruder idler nejde přiklopit tak moc jako se správným kolečkem. To že trochu odstává samo o sobě problém není – problém je, že díry na šrouby, kterým se idler připevní k bloku, míří lehce výše, tím pádem nezapadnou do díry v bloku a tím pádem do něj také nejdou zašroubovat (a tím pádem idler nevyvíjí žádný přítlak, když zde chybí ta síla, která ho má tlačit proti struně).

Vzal jsem tedy do ruky další destrukční nástroj (tentokráte vrtačku) a začal jsem tunit druhý, nový, extruder idler. Šrouby do děr nedosáhly opravdu jen o kousek, takže stačí vzít 4mm vrták a díru v idleru s lehkým přítlakem protáhnout. Je potřeba to udělat opravdu opatrně neb okolo děr na idleru je hodně málo materiálu (kupodivu projet to skrz se mi nepovedlo). Nicméně ne jenom hnací kolečko je silně nedostatkové zboží – dle návodu by se idler měl zašroubovat 45mm M3 šrouby (s navlečenou pružinkou) a stejné šrouby se pak i použijí k přidělání celého extruderu na vozík na ose X. Ovšem M3 45mm je tak specifický šroub, že prakticky nejde sehnat (někde dokonce tvrdí, že se ani nevyrábí, ale na té sestavené jsem ho viděl, takže kdo ví jak to je :-) ). Jako dostupnější varianty se pak jeví 40mm nebo 50mm. Po bitvě je každý generál, takže vřele doporučuji těch 50mm (jo, mám tam 40mm). 40mm verze se totiž musí na idleru dost silně přimáčknout (pravda, nemůžu si stěžovat, že by přítlak na strunu byl nedostatečný – mám pocit, že by motor dokázal tu strunu protlačit i přes studený hotend :-) ) a na přidělání k vozíku je potřeba matky ve vozíku zatavit opravdu hluboko – čímž se samozřejmě tavený plast dostane do závitu matky, takže je pak potřeba to z matky něčím vyšťourat :-) Prostě, rozhodně je jednodušší si těch 5mm upilovat pilníkem na nehty.

Alespoň nacpat to ozubené kolečko na motor nebylo nijak složité Takhle vypadá skoro hotový, až na těch pár drobností okolo (kupodivu ten zbytek jde doopravdy rychle). Jenom mu chybí ta jedna plastová součástka, která se musí znovu vyrobit :-)

Ostatní části extruderu jsou již poměrně snadné. Motor se normálně přišroubuje, nacpat na něj to kolečko také jde celkem snadno, j-head se chytí do další plastové součástky a pak se zašroubuje, větráček se přidělá samořeznými šrouby. Pak to jenom celé přidět na vozík a tradá – vypadá to jako tiskárna.