Un nouvel extrudeur


Voici encore un nouvel extrudeur. J’ai décidé de créer un extrudeur à mon goût qui soit simple d’utilisation et fiable tout en étant plus épuré sans coûter une fortune. Pour ce faire, j’ai choisi un concept qui se referme autour du pignon d’entrainement ainsi que la base du mécanisme de tension. Le filament se retrouve entièrement encapsulé au niveau de l’extrudeur et le protège des éléments extérieurs.

 

*Cliquez ici pour voir la dernière version.

Extrudeur Solid Utopia à entrainement direct MK8 pour filament 1.75mm

Extrudeur Solid Utopia à entrainement direct MK8 pour filament 1.75mm vue fermée

Extrudeur Solid Utopia à entrainement direct MK8 pour filament 1.75mm
Vue fermée

 

Extrudeur Solid Utopia à entrainement direct MK8 pour filament 1.75mm vue ouverte

Vue ouverte

 Caractéristiques

Le pignon d’entrainement:

J’utilise un pignon d’entrainement MK8 depuis près d’un an et j’en suis très satisfait. Les seules occasions où j’ai eu des difficulté ont été causé par une tête d’impression bouché. Après un peu de nettoyage le problème était réglé. Mais on ne peut le blâmer pour ça. Ce pignon offre une bonne prise pour pousser le filament efficacement. Le MK8 a un diamètre effectif (7mm) au plus près de celui de l’arbre du moteur (5mm) ce qui lui permet d’utiliser au mieux le torque du moteur.

Pour plus d’information sur les pignons d’entrainement et les fournisseurs: http://reprap.org/wiki/Drive-gear

Entrainement direct:

L’entrainement direct offre plusieurs avantages en comparaison des engrenages. Contrairement aux systèmes d’engrenage, il n’y a pas de rattrapage de jeu pouvant affecter la précision. Moins de pièces mobiles pouvant briser. Mon avis étant aussi d’éviter les engrenages de plastique pour ce genre d’application.

Par contre un système d’entrainement direct demande un moteur assez puissant. Ici, un torque minimum recommandé de 45Ncm.

Résolution:

Les moteurs pas à pas généralement utilisés par les repraps (NEMA 17) ont généralement 200 pas par tour et ils sont utilisés avec des contrôleurs dotés de 16 micropas. Ce qui nous donne 3200 divisions par tour. Avec un diamètre effectif de 7mm (MK8) on obtient donc une avance par pas de 0.0069mm (ou 0.00027 pouce). Ce qui est assez précis pour ce genre d’application. Pour un même système d’entrainement, plus le diamètre de filament est petit et plus il sera précis. Dans ce cas il est recommandé d’utiliser un filament de 1.75mm de diamètre.

Accéder au filament sans modifier l’ajustement:

Il faut parfois relâcher la pression de l’extrudeur pour libérer le filament afin de le changer ou d’effectuer la maintenance de la tête d’impression. Si un problème survient du côté de la tête d’impression et qu’elle se bouche, il est possible que le pignon gruge le filament et qu’il se bourre de plastique. Il faut donc pouvoir y accéder pour le nettoyer.

Pour faciliter l’accès, le tenseur qui maintient la pression du roulement sur le filament peut être relâché en faisant glisser le clapet vers l’avant. Pour le replacer, il suffit de tirer légèrement sur le clapet en le ramenant au dessus du tenseur.

Mécanisme d'ouverture / fermeture

Mécanisme d’ouverture / fermeture

Avec un peu d’expérience, je me suis rendu compte que la tension affecte la profondeur de pénétration des dents du pignon d’entrainement. Ce qui fait varier le diamètre effectif du pignon et donc la quantité de plastique extrudé. En permettant de libérer le filament sans dévisser les vis de tensions, ce système permet donc de conserver l’ajustement de la pression.

Pour faciliter l’utilisation de ressorts, j’avais déjà utilisé deux morceaux de plastique pour les encadrer. Ceci assurait leur position à la base et offrait une meilleure répartition de la pression sur la surface. Cependant, une fois relâché, c’était le désordre. J’ai poussé l’idée un peu plus loin en plaçant les ressorts dans une boite qui conserve le tout en place. Sont utilisation est d’ailleurs plus agréable pour les doigts.

Un meilleur look tout en protégeant le filament:

J’ai utilisé l’excellent extrudeur AirTripper avec un pignon d’entrainement MK8 pendant près d’un an. J’ai remarqué qu’une fois bien ajusté on peut passer des rouleaux entiers sans toucher à l’extrudeur. En fait il est assez fiable pour cesser de se soucier de son fonctionnement pour commencer à se soucier de son utilisation et de son aspect. Sa forme fermée calquée sur les dimensions du moteur le rend discret et compact, les pièces mobiles apparentes sont réduites au minimum.

En cloisonnant le mécanisme, il y a moins de chance que des poussières ou débris puissent venir contaminer le filament en cour d’extrusion.

Un autre avantage non négligeable d’un extrudeur fermé est aussi de protéger le PVA de l’humidité de l’air ambiant, mais cette question demande un peu plus d’expérimentation et sera le sujet d’un article futur.

Utilisation à double sens:

Il a été prévu que le filament puisse être utilisé dans les deux directions pour laisser le choix de placer l’ouverture vers le haut ou vers le bas.

Il est possible de visser un raccord vers un tube de guidage de chaque côté (cherchez « Pneumatic 4mm Tube Push In M5 Fitting ») . Ce tube en PTFE (teflon) de préférence guidera le filament et maintiendra la pression jusqu’à la tête d’impression.

Installation:

Des œillets sont disposés de chaque côté de l’extrudeur afin de l’assembler facilement sur les murs de l’imprimante ou sur les rainures des tiges d’aluminium extrudé.

Les trous sont distants de 68mm et ont un diamètre de 6.5mm, pour des vis M6 ou 1/4″.

Utilisation Multiple

Utilisation Multiple

Utilisation multiple:

Sa forme compacte permet d’en installer plusieurs côtes à côtes ou face à face afin d’extruder plusieurs couleurs ou plusieurs matériaux à la fois.

 

Liste de matériel:

Pour ce qui est des pièces métalliques à acheter, j’ai essayé d’utiliser les pièces les plus standard possible et faciles à trouver. Pour utiliser des pièces différentes il m’est possible d’effectuer des modifications mineures au concept sur demande.

Pièces de plastique:

Liste de matériel plastique

Liste de matériel plastique

 

A- 1x Appui pied de ressorts

B- 1x Clamp

C- 1x Pivot

D- 1x Corps principal

E- 1x Arbre de roulement 8mm

F- 1x Tenseur

Pièces métalliques:

Liste de materiel métalique

Liste de pièces standard en vente à la quicaillerie

 

G- 1x Pignon d’entrainement Mk8

H- 2x Ressorts, diamètre de filament : 1mm, diamètre extérieur : 9mm, longueur libre : 12mm

I- 1x Roulement à bille (skateboard) 8x16x5mm 688-2RS

J- 1x Raccord (chercher « Pneumatic 4mm Tube Push In M5 Fitting »)

K- 3x Vis M3x30mm

L- 2x Écrou hexagonaux M3

M- 2x Vis M3x50mm

N- 1x Tube PTFE (Teflon) dia externe: 4mm, dia interne: 2mm, longueur au besoin (non représenté)

O- 1x Moteur pas-à-pas NEMA 17 (non représenté)

P- Vis d’attache M6 ou 1/4″ de la longueur nécessaire (non représenté)

*Moteur recommandé:

Vous pouvez consulter la page reprap.org/wiki/NEMA_17_Stepper_motor pour choisir un bon moteur pas à pas . Il est recommandé de choisir un moteur assez fort pour l’extrusion, je dirais 45Ncm au minimum. Par exemple j’utilise personnellement le SY42STH47-1504A qui peut fournir 55Ncm, mais que j’utilise à 66% de l’ampérage maximum. À noter qu’au-delà d’un ampère, il faut penser à un système de refroidissement pour les contrôleurs Pololu sans quoi ils peuvent chauffer et se couper.

 

Ebay

J’aime bien l’idée derrière les reprap, c’est à dire d’utiliser une imprimante pour fabriquer les pièces d’une autre. Mais lorsque j’ai commencé, je n’avais pas d’imprimante à ma disposition pour me fabriquer des pièces. J’ai donc acheté des morceaux tout faits afin d’obtenir une imprimante fonctionnelle que je pourrais améliorer ensuite.

Les pièces de plastique seront disponibles sur ebay à un prix raisonnable pour ceux qui voudraient s’en construire une.

Pièces de plastique seulement

Instructions d’assemblage:

  1. Positionner les ressorts sur l’appui pied (A) et insérer le tout dans la clamp (B).Étape 1 Step 01.1 Step 01.2
  2. Insérer les vis M3x50 (M) dans la clamp. La tête des vis devrait entrer du coté des trous larges de la clamp et s’appuyer sur l’appui (A).Étape 2
  1. Insérer les écrous hexagonaux M3 (L) à chaque extrémité du pivot (C).Étape 3
  2. Insérer le pivot (C) dans le corps principal (D) avec les trous de vis du pivot (C) alignés avec les rainures du corps principal (D).Étape 4
  1. Passer les vis M3x50 (K) dans la clamp (B) et visser dans le pivot (C) en passant par les rainures de la base (D).Step 05
  1. Visser les raccords (J) sur le corps principal (D). Il faut s’assurer de bien les aligner et de garder une pression tout en tournant. Il est possible de visser les raccords (J) directement dans le plastique, mais il est préférable de tarauder les filets d’abord avec un taraud M5 x 0.8.Étape 6
  1. Passer l’arbre de roulement (E) dans le roulement (I) et l’insérer dans le tenseur (F) en pressant un peu si nécessaire.Étape 7Étape 7
  1. Passer le pignon d’entrainement MK8 (G) sur l’axe du moteur (O) en prenant soin d’orienter la vis de serrage du côté du moteur. Serrer légèrement la vis de serrage avec une clef Allen pour maintenir le pignon (G) en place orientée vers le haut.Étape 8
  1. Utiliser les trois vis M3x30 (L) pour visser la base (D) sur le moteur (O) sans oublier de placer le tenseur (F).Étape 9Étape 9
  1. Ouvrir l’extrudeur et passer un filament pour aligner le pignon (G) sur le filament, fixer avec la vis de serrage.Étape 10
  1. Installer l’extrudeur sur l’imprimante en utilisant les deux œillets.
  2. Insérer les tubes de guidage en PTFE (teflon) dans les raccords.

Étapes 11 et 12

Ajustement

Il faut d’abord s’assurer que la tête d’impression fonctionne parfaitement et ne retient pas excessivement le filament.

  1. Insérer le filament dans l’extrudeur
  2. Refermer le tenseur en utilisant la boite à ressort.
  3. Serrer les vis d’ajustement de façon à les enfoncer de 2 à 3 mm.
  4. Démarrer l’imprimante et mettre l’extrudeur à l’essai au-dessus du vide. Chauffer et envoyer la commande pour extruder quelques centimètres. Si le moteur tourne, mais que le filament n’avance pas, resserrer les vis. Si au contraire le moteur ne tourne pas ou fait des tocs (rate des pas), vous pouvez relâcher de la pression. Si vous n’obtenez pas de résultats satisfaisants, il faudrait inspecter la tête d’impression.

 

Calibration

Imprimer cette pièce de calibration (http://www.thingiverse.com/thing:24238) pour ajuster finement le nombre de steps par mm. Utiliser un remplissage de 95% et l’épaisseur de couche la plus mince que vous êtes à l’aise. Vous pouvez commencer large et le refaire plus précisément. Lors de l’impression, il devrait être possible de distinguer un espace entre les filaments de remplissages (remplissage à 95%). Lorsqu’il s’agit d’une surface extérieure au sommet, les filaments devraient se toucher pour fermer la surface à 100%. Si vous disposez d’un écran LCD et de boutons, vous pouvez ajuster le débit en steps/mm de l’extrudeur pendant l’impression, il faut tout de même laisser un délai de quelques couches pour apprécier le changement.

Lorsque cette calibration est terminée, vous serez en mesure d’imprimer de façon très précise.

Pour plus de détails sur la calibration vous pouvez consulter cette page: http://reprap.org/wiki/Triffid_Hunter%27s_Calibration_Guide


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2 commentaires sur “Un nouvel extrudeur

  • Darmon

    Bonjour,

    Tout d abord un grand bravo pour votre travail.

    L extrudeur a l air très efficace.
    Je possède une ord bot hadron. Et je voudrais la modifier pour imprimer du ninjaflex et du pla .
    En effet la ord bot est livrée pour imprimer exclusivement avec de l ABS.et cela fonctionne bien.
    Pensez vous que votre extrudeur pourrai convenir à ce genre de matériau.
    Aussi que me conseillez vous comme hot end. ( j ai une magma et cela ne marche même pas pour le pla)
    Merci.

    • SolidUtopia

      Merci bien.
      Je vais commencer par la bonne nouvelle: l’extrudeur fonctionne très bien pour ces matériaux testés jusqu’à maintenant: pla, abs, nylon, pva.
      Par contre il n’est pas recommandé d’extruder des matériaux flexibles avec un tube bowden à cause de la distance séparant la buse du moteur. À priori, la compression du filament requiert une grande distance de rétraction, la friction du filament flexible augmente dans le tube et il doit être guidé de façon assez serré.

      Pour ce qui est du hotend, le J-head est largement répandu et abordable. Il est compact et c’est un avantage pour sauver de l’espace sur la tête d’impression doté de plusieurs extrudeurs. Il en existe une multitude de clones et pour s’assurer que ça fonctionne du premier coup il est probablement préférable de se fier à l’original.
      Comparing real j-head and clones

      Quelques défauts du J-Head classique me porte tout de même à considérer les clones. Je n’aime pas trop me fier à des thermistor maintenu par du papier collant de kapton ou bien une résistance chauffante maintenue par des enroulement serré de papier aluminium… Je préfère encore un thermistor vissé et une cartouche maintenue par une vis de serrage.

      Par contre le baril de PEEK utilisé comme barrière thermique se dégrade autour de 248°C et je n’irais pas trop au dessus de 240°C. Ceci limite l’utilisation de plusieurs matériaux exotiques. Je n’ai pas encore trouvé le hotend parfait…