Улучшение бюджетного FDM-принтера: проверенные советы для лучших печатей

До нескольких лет назад единственными альтернативами для входа в мир 3D-печати были покупка коммерческого домашнего принтера, стоимость которого во многих случаях была недоступной, или покупка деталей и компонентов для сборки 3D-принтера проекта RepRap, либо в наборе, либо по отдельности. Последний вариант был действительно доступным, но требовал высоких знаний и опыта как в сборке, так и в программировании и калибровке для получения хороших результатов. Это было значительным барьером для многих пользователей, чья цель — только начать 3D-печать, а не строительство и калибровку принтера.

Изображение 1: Принтер RepRap Mendel. Источник: reprap.org

Однако это изменилось. Сейчас можно купить предсобранные и предварительно настроенные FDM-принтеры по действительно низким ценам. Бренды вроде Creality, Tevo, Anycubic, Artillery или Geeetech производят простые готовые к использованию принтеры по цене ниже 500 €, а в некоторых случаях даже ниже 300 €.

Большая часть таких 3D-принтеров обычно оборудования очень низкого качества, с частыми дефектами и во многих случаях практически непригодными для использования, однако есть несколько моделей, добившихся отличного соотношения цена/качество и монополизирующих хорошие отзывы в соцсетях.

Изображение 2: Принтер Ender 3. Источник: creality3dofficial.com

Модели вроде Ender 3 и CR-10s от Creality или Sidewinder X1 от Artillery стали входной дверью в мир 3D-печати для многих пользователей, и хотя они могут быть идеальными для старта, вскоре многие пользователи начинают осознавать ограничения такого типа принтеров.

Экономия и ограничения

Несмотря на хорошее соотношение цена/качество некоторых принтеров, неизбежно, что для достижения таких низких цен необходимо жертвовать качеством определенных компонентов.

В общем, главные слабые точки этих принтеров:

• Качество и стабильность рамы (фрейма).
• Качество столов печати.
• Хотэнд.
• Экструдер.

Некоторые владельцы таких принтеров, желающие перейти к более сложным печатям или продвинутым материалам, обнаруживают, что их 3D-принтер не способен достичь нужных температур или их экструдер не может правильно подавать гибкий материал. Возникает вопрос: перейти на более качественный принтер с высокими инвестициями или отказаться от других материалов и мириться с текущим качеством.

Изображение 3: Оригинальное сопло E3D и клон. Источник: Hackaday.com

Однако существует промежуточное решение: попытаться улучшить слабые места и обновить ключевые компоненты принтера на качественные, как те, что используются в более дорогих принтерах. Так качество печати можно существенно улучшить и расширить ассортимент доступных материалов.

Качество и стабильность рамы/конструкции

В общем, рамы этих принтеров обычно легкие и в некоторых случаях не очень надежные. Это особенно проявляется в самых дешевых, где во многих случаях злоупотребляют пластиковыми структурными компонентами.

Изображение 4: Geeetech i3. Источник: geeetech.com

Это означает, что невозможно достичь высоких скоростей и ускорений без вибраций, влияющих на качество печати. Возможно, это менее важная слабость, так как, зная предел скорости каждого принтера и держа скорость ниже, вибрации будут почти отсутствовать, а качество печати хорошим. Также можно улучшить жесткость принтера напечатанными деталями или улучшить стабильность, закрепив принтер на твердой базе, минимизирующей вибрации.

Качество стола печати

Не всегда больше — лучше. Чем больше объем печати, тем важнее использовать качественные компоненты. Особенно это видно на столе печати. Сейчас многие такие принтеры включают стол из алюминиевого листа 2–3 мм с пластиковым покрытием. Пока на столе менее 25 см ровность алюминиево листа обычно довольно хороша, на крупноформатных 3D-принтерах со столами 40–50 см столы обычно показывают плоскую ровность, особенно при толщине менее 4–5 мм. В этом случае, даже если они идеально откалиброваны, обычно появляются проблемы с адгезией или невозможность печати на всем столе.

Наиболее разумно быть реалистичным о размере печати, который нам понадобится, перед покупкой принтера и выбрать наименьший размер, удовлетворяющий потребности. В большинстве случаев стол 20×20 см или 25×25 см более чем достаточно.

Однако бывают случаи, когда крупноформатный принтер действительно необходим или даже находим маленький стол с плохой ровностью. В этих ситуациях решение довольно простое и недорогое. Чтобы улучшить низкокачественный стол, можно купить стекло размером со стол и положить его прямо на стол. Стекла обычно имеют почти идеальную ровность, далеко превосходя алюминиевые столы. Кроме того, для идеального стола можно положить на него оригинальный или PEI-лист BuildTak, гарантирующий лучшую адгезию деталей.

Изображение 5: Прилипающая основа BuildTak. Источник: Buildtak.com

Еще один очень интересный вариант улучшения столов до 310 мм — установка качественного магнитного стола, такого как BuildTak FlexPlate или Ziflex. Эти столы не только улучшают ровность и адгезию оригинального стола, но и облегчают снятие напечатанных деталей.

Изображение 6: Гибкий стол Ziflex. Источник: Zimple3D.com

Хотэнд

Большинство этих принтеров используют низкокачественные клоны брендовых хотэндов, таких как E3D V6 и E3D Volcano. Хотя эстетически они могут казаться одинаковыми, внутренне они совершенно другие. В отличие от оригинальных V6, эти клоновые хотэнды не All-Metal, а нить ведется через низкокачественную PTFE-трубку. Это, вместе с тем, что охлаждение хотэндов во многих случаях не идеально, означает, что эти принтеры ограничены печатью материалов с температурами ниже 260 °C. Кроме того, вероятность заторов и Heat Creep многократно выше по сравнению с качественным хотэндом.

Изображение 7: Оригинальный V6 vs клон. Источник: spiritdude.wordpress.com

Другие принтеры вроде Creality используют свой хотэнд, и хотя это качественный компонент, он все равно базовая модель, ограниченная материалами с температурами печати ниже 255 °C.

Изображение 8: Оригинальный хотэнд Creality. Источник: creality.com

Обновление хотэнда дешевого принтера может быть одним из самых важных улучшений, но также одним из самых сложных. Когда серийный хотэнд — клон известного бренда вроде E3D или Slice Engineering, лучший вариант прост: заменить на оригинальный эквивалент. Это не только улучшает качество хотэнда, но и открывает доступ ко всем запчастям и аксессуарам каждой экосистемы, что очень важно в долгосрочной перспективе для развития в 3D-печати. Единственная сложность — необходимость модификации прошивки при замене термистора. Важно знать, позволяет ли принтер модификации прошивки, иначе придется оставить серийный термистор.

В случаях, когда хотэнд собственной разработки, процесс может быть сложным. В отсутствие качественного эквивалента для легкой замены, может потребоваться перепроектирование и производство новых деталей для размещения хотэнда E3D или Slice Engineering. Этот процесс может быть очень сложным для многих пользователей.

Изображение 9: Адаптация Mosquito к Ender 3. Источник: thingiverse.com/brotherchris

Однако это упрощается для пользователей принтеров Creality и других принтеров с тем же хотэндом, таких как Tevo Tornado, TronXY X5S, Alfawise U20 или Lotmaxx SC-10.

Американский бренд MicroSwiss разработал качественный All-Metal хотэнд, полностью совместимый с хотэндом Creality. Этот хотэнд позволяет легко печатать нити с температурами до 285 °C, состоит из теплозаградителя титана 5-й класса, качественного радиатора и никелированного латунного сопла. Кроме того, предлагает широкий ассортимент совместимых сопл из множества материалов и диаметров.

Изображение 10: All-Metal хотэнд MicroSwiss для принтеров Creality. Источник: Microswiss.com

Экструдер

Многие из этих принтеров используют клоны качественных экструдеров, однако, как и в предыдущем случае, хотя внешность похожа, производительность гораздо ниже. Обновление экструдера, вероятно, самое важное улучшение вместе с хотэндом, и то, которое больше всего может повлиять на итоговое качество печати. С другой стороны, во многих случаях это может быть самым сложным и требующим наибольших вложений.

Здесь могут произойти три ситуации:

• Принтеры с прямым экструдером
• Принтеры с боуденовским экструдером
• Принтеры с боуденовским экструдером, конвертированные в прямой

Принтеры с прямым экструдером

Этот случай похож на хотэнды. Если принтер имеет клон известного бренда вроде Titan Aero или Bondtech BMG, лучший вариант — оригинальный эквивалент. Однако здесь нужно быть осторожнее и убедиться в совместимости. В отличие от хотэндов, где в большинстве случаев размеры совпадают с оригиналом, экструдеры могут иметь конструктивные различия, делающие прямую замену невозможной. Большинство брендов вроде E3D или Bondtech предоставляют планы и размеры своих экструдеров на сайтах, и также легко найти точные модели в основных репозиториях 3D-файлов. Рекомендуется измерить экструдер 3D-принтера и сравнить с оригиналом, чтобы убедиться в легкой замене.

Изображение 11: Клон Titan Aero. Источник: Aliexpress.com

Когда экструдер собственной разработки, придется адаптировать каретку принтера. В основных репозиториях 3D-файлов можно найти дизайны для адаптации качественных экструдеров вроде Titan Aero к самым распространенным принтерам вроде некоторых Creality. Если нужно спроектировать новую каретку, хорошим вариантом может быть замена оригинального экструдера на новый E3D Hemera, его интегрированная система монтажа T-Slot упрощает интеграцию в любой принтер.

Видео 1: Система монтажа E3D Hemera. Источник: e3d.com

В любом случае, замена экструдера во многих случаях подразумевает модификацию шагов на мм в прошивке, поэтому нужно убедиться, что можем это сделать. В случае невозможности постоянной модификации прошивки, команду M92 нужно добавить в G-код печати с соответствующей конфигурацией шагов.

Принтеры с боуденовским экструдером

Это, вероятно, самый простой случай. Будучи зафиксированным в одной точке, создание крепления, адаптированного к конкретному экструдеру, действительно просто. В этом случае лучший вариант — заменить стандартный экструдер на оригинальный Bondtech BMG.

Для большинства владельцев принтеров Creality и Tevo Tornado процесс еще намного проще. Bondtech имеет версию своего знаменитого BMG, специально адаптированную для этих принтеров.

Изображение 12: Экструдер Bondtech для принтеров Creality. Источник: Bondtech.com

Как и в предыдущем случае, может потребоваться модификация конфигурации шагов на мм экструдера в прошивке.

В любом случае, заменяется экструдер или нет, что всегда должно обновляться — это боуденовская трубка. Замена стандартной PTFE-трубки на Capricorn XS — простое, недорогое и гораздо более важное улучшение, чем кажется. Наличие боуденовской трубки с узким внутренним диаметром и низким трением значительно улучшает точность и последовательность экструзии. Если объединить экструдер Bondtech BMG с боуденовской трубкой Capricorn XS, получим одну из лучших боуденовских систем, существующих сейчас на рынке.

Изображение 13: Текущая PTFE-трубка vs Capricorn XS. Источник: Captubes.com

Принтеры с боуденовским экструдером, конвертированные в прямой

В большинстве случаев это самый сложный вариант. Помимо необходимости полностью перепроектировать каретку для размещения прямого экструдера и модификации прошивки для адаптации шагов на мм, при смене позиции экструдера нужно удлинить кабель мотора.

Для пользователей боуденовских принтеров, это лучшее возможное обновление, хотя это может быть очень сложный процесс, зарезервированный только для самых опытных пользователей.

Однако, как и в предыдущих случаях, пользователи принтеров Creality имеют несколько вариантов для быстрой и легкой конвертации благодаря Bondtech и Microswiss. Сейчас есть три прямых экструдера, совместимых с принтерами Creality:

MicroSwiss

MicroSwiss помимо своего All-Metal хотэнда для Creality, также предлагает качественный экструдер DDG. Это легкий экструдер изготовленный полностью из обрабатываемого алюминия. Совместим с оригинальным хотэндом Creality, однако лучший вариант для максимального использования принтера — комбинировать его с известным All-Metal хотэндом MicroSwiss. Установка этого экструдера действительно проста и требует несколько шагов, кроме того, это самый дешевый вариант.

Изображение 14: Экструдер MicroSwiss для Creality. Источник: Microswiss.com

Bondtech DDS

Один из самых профессиональных и полных вариантов. Состоит из полной головки, включающей экструдер Bondtech BMG и оригинальный хотэнд V6. Всё полностью собранное и подключенное. Это обновление позволяет иметь прямой экструдер с некоторыми из лучших компонентов на рынке, с преимуществом легкой и быстрой установки. Кроме того, позволяет использовать все компоненты системы V6, более полные, чем стандартный Mk8. В этом случае также нужно модифицировать шаги на мм мотора экструдера в прошивке и параметры термистора.

Изображение 15: Экструдер DDS для принтеров Creality. Источник: bondtech.com

Bondtech DDX

Это новый прямой экструдер для принтеров Creality. Самый универсальный из трех вариантов. Как и предыдущий, основан на адаптированном экструдере Bondtech DDX, но в этом случае не включает хотэнд, а прямо совместим с родным Creality. Кроме того, позволяет использовать известные хотэнды Slice Mosquito и Copperhead через комплект адаптации. В комбинации с любым из этих двух хотэндов, вероятно, одна из самых передовых систем прямой экструзии, существующих сегодня, на уровне многих профессиональных принтеров.

Изображение 16: Экструдер Bondtech DDX. Источник: Bondtech.com

Для многих пользователей дешевых принтеров, желающих прогрессировать, исследуя новые материалы или улучшая качество печатей, обновление определенных компонентов своего принтера может быть лучшим вариантом без инвестиций в полупрофессиональный или профессиональный 3D-принтер. Просто обновление комплекта экструдер+хотэнд может значительно улучшить качество, а также экспериментировать с материалами, ранее неосуществимыми, или использовать новые сопла с диаметрами от 0,25 мм до 1,5 мм.

Эти варианты особенно интересны для владельцев принтеров бренда Creality, так как у них самый широкий ассортимент вариантов и лучшая совместимость.