今週の失敗: メタルホットエンドのアップグレード

息子のパトリックは、私が 3D プリントが好きではないことに何度も気づいていました。奇妙に聞こえるかもしれません。なぜなら、私は 2012 年にプリンターを構築し、それ以来たくさんのプリンターを構築し、現在研究室に少なくとも 3 台あるからです。しかし、パトリックは、私が必要なものを印刷するのが実際には好きではないことを正しく認識していました。私が楽しんでいるのは、プリンター自体を構築したり、修理したり、さらに重要なことに改良したりすることです。『Hackaday』を読んでいる人なら、おそらくそれがどのようなものかご存知でしょう。これはアップグレードが失敗に終わった物語ですが、結末は十分にハッピーです。従来のホットエンドから全金属製ホットエンドへの移行を検討している場合は、私の意見を聞いていただければ、トラブルを回避できるかもしれません。

数年前、私は Anet A8 を非常に安い価格で購入しました。プリンターとしては十分です。悪くはないけど、驚くほどでもない。しかし、アクリルフレームを固定したり、その他の欠点を修正したりするために実際に作業を行う必要があるため、これは楽しいプリンターです。私は比較的短期間でプリンタをかなり改良しました。また、Thingiverse で見つけられる AM8 プランに合わせてフレームを再構築するために、大量のアルミニウム押し出し材も購入しました。

しかし、人生には何が起こるかというと、その押出成形品の箱は数年間棚に放置されていました。パンデミックに対応するプロジェクトを探していたので、思い切って取り組む時期が来たと判断し、結果は素晴らしかったです。プリンターに堅牢な金属フレームを搭載することで、まさに世界クラスのプリンターになりました。一つのことを除いて。

A8 のエクストルーダー (実際には X アセンブリ全体) は、AM8 ビルドでもほとんど変わりません。エクストルーダーに非常に簡単な変更をいくつか加えましたが、ほとんどストックのままだったので、面倒でした。押出機は、U 字型の金属フレームに入った NEMA17 ステッパーで、従来の押出機がボルトで固定されています。ファンが押出機を完全に覆い、ヒートブレークが底部に直接ねじ込まれ、続いてヒートブロックとノズルが続きます。

私はすでにアクセスのためにファンを移動していました。A8 を使用しているほとんどの人がそうしていることです。しかし、ロードするのは面倒で、ヒートブレイクでは冷房があまり効かなかったため、予想ほどではないにしても、ジャムはかなり頻繁に発生しました。ジャムを取り除くのはかなり苦痛でした。

もっと良いものを導入したいとずっと前から思っていて、模造品の E3D V6 ホットエンドをいくつか持っていました。押し出し成形品と同様に、これらも数年間保管されていました。台紙を印刷したところ、うまくいきました。それが機能したら、マウントを再設計し、クローン Titan エクストルーダーを装着し、ボーデンチューブで供給しました。

よかった！積み込みが簡単で、詰まりがほとんどなく、詰まりがあれば簡単に直すことができました。もう終わりにしましょう。もちろん違います。あと 1 つだけ変更する必要がありました。

これまでにホットエンドを分解したことがない場合は、一般的な流れとして、プラスチックがヒートシンクに入ります。その後、ヒートブレイクまたはスロートと呼ばれる小さな管を通って移動します。このチューブは、ホットエンドの高温部分をノズルに向かうフィラメントから隔離しようとします。ヒートブレークの遠端は、発熱体とサーミスターを保持する金属ブロックであるヒートブロック内のノズルに突き当たります。理想的には、フィラメントはヒートブレークを出てノズルに入る直前に溶けます。

通常のヒートブレークは内側に PTFE が入っており、多少柔らかくなってもフィラメントを軌道に乗せます。ただし、250℃を超える温度では PTFE チューブが破損する可能性があるため、金属のみでヒートブレークを作成することもできます。通常の金属製ヒートブレークは非常に薄いステンレス鋼ですが、チタン製のものや、2つの異なる金属を使用したものもあります。以下のビデオは、2 つの一般的なタイプのホットエンドの優れた組み立てガイドを示しています。

したがって、明らかに全金属製のホットエンドの方が優れていますよね? そうでないかもしれない。それは何をしようとしているかによって異なります。全金属製のホットエンドを使用すると温度を上げることができますが、独自の問題があります。まず、一部のプラスチックは金属にくっつきたがります。これは、撤回を行う場合に特に問題になります。第二に、熱がヒートブレークに忍び寄ると、ヒートブレークが早期に溶けて、詰まりや押し出し不足が発生する可能性があります。

250℃を超える温度が必要ない場合は、全金属製に変更しないことを検討してもよいでしょう。しかし、もちろん、私はその温度範囲が欲しかったので、それを実現しました。それが謎につながり、多くのミステリー小説と同様に、犯人は一瞬垣間見えたマイナープレイヤーであることが判明します。

まずは汎用のステンレス製ヒートブレークを新しいノズルに装着してみました。ヒートコンパウンドの小さな封筒が付属していたので、ヒートブレイクの涼しい終わりにそれを使用しました。プリンタはほぼ同時に紙詰まりを起こします。古いノズルとヒートブレイクを使用しても、すべて問題なかったことに留意してください。

ヒートブレークは、フィラメントがヒートブロックに到達するまで溶けないように、熱伝導率をできるだけ低くする必要があります。通常、チューブは熱の伝導が少ないため非常に薄くなります。何らかの理由で、PTFE が入っていない新しいヒートブレークはひどく詰まりました。

後退時に詰まりが発生したようです。格納をオフにすると機能しましたが、非常に糸引くプリントが残りました。リトラクションを下げてみましたが、いくら下げてもホットエンドが詰まってしまいます。フィラメントを引き抜くと、キノコのような頭がヒートブレイクに再び入るのを妨げます。

3D プリンター上のすべてのものは相互に関連しているように見えます。そこで私は 30 mm 冷却ファンを取り外し (結局のところ、それは安物のクローンでした)、より多くの流量を持つはずの 40 mm ファンと交換しました。プリントアダプターを使って組み立てました。役に立たなかったようです。

チタンヒートブレークも注文しました。チタンは熱伝導率がさらに悪いため、理論的にはホットエンドの冷たい部分をさらに冷たく保つはずです。それもあまりうまく機能しなかったようで、放熱グリスが不足していました。

サーマルペーストがほとんどなかったので、CPU コンパウンドを使用することを考えました。ただ、手持ちのものを調べてみると、最高温度が少し低めでした。しかし、よく考えてみると、いずれにしてもヒートブレークの低温側はノズルほど熱くないはずなので、機能するはずであることがわかりました。

上ねじにのみコンパウンドを塗布するというアイデアは、ホットブロックからヒートブレークへの熱伝達を意図的に止めたいということです。しかし、どのような熱がブレイクに入るとしても、最大限の熱量でヒートシンクに伝える必要があります。

新しい放熱ペースト (Ice Mountain #1 と呼ばれるもの) がうまくいきました。一般的な白いペーストが古かったのか、単に品質が悪かったのかはわかりません。 Ice Mountain はカーボンとシリコンの化合物で、非常に効果があるようです。詰まりや熱の侵入はもうありません。

これは、3D プリントのほぼすべての設定とコンポーネントがどのように相互に関連しているかを示す好例です。新しいホットエンドでは、ベッドの高さ、流れの温度、およびリトラクション設定の調整が必要でした。また、ホットエンドコンポーネント間の適切な熱伝達も必要でした。

結局それだけの価値がありましたか？ PLA だけではおそらくそうではありません。ただし、現在はさまざまなフィラメントを実験する準備ができており、PLA プリントは問題なく動作しているようです。

次は何ですか？たぶんマルチ押出？ホットエンドの知識を本当にテストしたい場合は、虐待されたマシンを復活させてみてください。