Nowy hotend w drukarce Prime3D

Firma Monkeyfab, producent drukarki Prime3D, wprowadziła niedawno do swoich urządzeń nową konstrukcję hotendu – czyli fragmentu ekstrudera, odpowiedzialnego za przetapianie filamentu. Modernizacja ta ma na celu przede wszystkim poprawienie jakości wydruków oraz usprawnienie montażu i serwisowania. Niedawno otrzymałem zestaw elementów potrzebnych do upgrade’u swojej drukarki i miałem okazję sam się przekonać, jak wygląda praca z nowym hotendem.

Temat wymiany Budaschnozzle (czyli wykorzystywanego do tej pory hotendu) na Bullet (bo tak się nazywa jego następca) jest dość obszerny. W tym artykule, poza podzieleniem się podstawowymi informacjami o tym elemencie, opiszę sam proces jego wymiany. W kolejnych wpisach pokażę wydruki testowe wykonane przed i po modernizacji w celu sprawdzenia, czy i w jakim stopniu poprawiła się jakość druku. Oprócz tego będzie mnie czekało przerobienie moich dodatków do Prime’a – uchwytu do czujnika zegarowego do kalibracji stołu oraz systemu chłodzenia. Ale po kolei :)

O hotendzie Bullet

W oficjalnej ulotce do hotendu można przeczytać, że pracuje on z najróżniejszymi rodzajami filamentów (PLA, ABS, Polyester, Nylon, PHA, PCL, Ninjaflex, eksperymentalnie Polycarbonate) w temperaturze do 270°C. Jest wykonany w całości z metalu (jeśli nie liczyć teflonowej rurki, znajdującej się poza strefą grzejną) – co daje bardzo dużą wytrzymałość termiczną. Jest sporo mniejszy od Budaschnozzle i lżejszy od niego o 30 g. Może pracować z dyszami o różnej średnicy – od 0.2 mm do 1.2 mm (będzie z czym eksperymentować w przyszłości :)).

Istotną cechą Bullet’a jest mniejszy blok grzewczy oraz malutka dysza – co przekłada się na szybsze nagrzewanie oraz mniejsze promieniowanie cieplne na drukowany obiekt. Efektem tego ma być większa precyzja, oraz związana z tym lepsza jakość wydruków. Samo rozkręcanie hotendu – w celu np. jego wyczyszczenia czy wymiany dyszy – jest dużo prostsze niż w starej konstrukcji.

Budowa hotendu

Nowy hotend, podobnie jak stary, jest dostarczany od razu w stanie złożonym. Jednak swój egzemplarz, przed zamontowaniem w drukarce rozkręciłem na czynniki pierwsze, chcąc przekonać się jak wygląda jego konstrukcja. Głównym elementem Bulleta (od którego zresztą wziął swoją nazwę) jest stalowy rdzeń, z umieszczoną w środku teflonową rurką. Na rdzeń nakręcony jest blok grzewczy, który z drugiej strony ma wkręconą mosiężną dyszę. Całość wsunięta jest w aluminiowe mocowanie, pełniące funkcję radiatora, i dokręcona do niego za pomocą pojedynczej śruby. W porównaniu z Budaschnozzlem, z którym kiedyś dość intensywnie walczyłem, skręcanie i rozkręcanie Bulleta okazało się rzeczywiście banalne. Nie są potrzebne do tego żadne dodatkowe elementy – w stylu taśmy teflonowej do uszczelnienia ani jakiś nakrętek, koniecznych do trzymania części w trakcie ich dokręcania.

Wymiana Budaschnozzle na Bullet

Sama wymiana starego hotendu na nowy nie jest bardzo trudna, jednak warto zarezerwować sobie na to nieco czasu. Mi zajęło to ok. 3 godzin (razem z robieniem zdjęć). Nowy hotend przyszedł do mnie z kilkoma dodatkowymi elementami: kominem do chłodzenia wydruku, wymiennymi dyszami 0.2 i 0.3 mm oraz 30 mm wentylatorem. Dysze są oczywiście wyposażeniem opcjonalnym, podobnie jak wentylator – jeśli drukarka miała przy starym hotendzie zamontowany 24V wiatraczek, można go bez problemu użyć ponownie.

Na początku całej akcji trzeba się oczywiście pozbyć starego hotendu:

Wentylator znajdujący się w dolnej części ekstrudera też trzeba usunąć. Jeśli jego przewody są zablokowane elementami wózka osi X, trzeba na chwilę rozmontować jego fragment. W zasadzie wystarczy odkręcić i przesunąć w bok jeden element – dokładnie przeciwny do tego, który na poniższym zdjęciu odkręcam :)

Stary wentylator może być połączony kablami z modułem oświetlenia LED – nie jestem pewien jak to wygląda w nowych egzemplarzach Prime’a, jednak osobiście polecam rozdzielenie tych elementów i puszczenie przewodów osobno.

Przy okazji warto wymienić tunel tunel do chłodzenia wydruku. Nowy wygląda bardzo podobnie, jednak po zamontowaniu znajduje się kilka milimetrów wyżej. Te kilka milimetrów jest niestety dosyć istotne :)

Wentylator chłodzący nowy hotend wystarczy przykręcić do niego dwoma górnymi śrubami. Dokręcenie pozostałych śrub może wywołać naprężenia w obudowie wiatraczka i utrudnić jego działanie.

Cały hotend przykręcamy do ekstrudera i przechodzimy do najbardziej żmudnej części, czyli prowadzenia kabli i podłączania ich do elektroniki drukarki. U siebie wszystkie przewody puściłem przez środek ekstrudera, ale można je też poprowadzić po jego prawej stronie.

Dokładny sposób podłączenia końcówek kabli zależy od wielu rzeczy – jaką mamy elektronikę w drukarce (Rumbę czy Sunbeam), z jakim napięciem pracuje wentylator hotendu oraz jak mamy podłączone oświetlenie LED i chłodzenie samej elektroniki. U mnie to wszystko jest zrobione dość niestandardowo. Generalnie ma działać :)

Po podłączeniu i uporządkowaniu kabli można włączyć drukarkę i sprawdzić, czy nowy hotend się grzeje, czy jest widoczna wartość jego temperatury i czy niczego przy okazji nie popsuliśmy. Przed puszczeniem jakiegokolwiek wydruku będzie jeszcze konieczne obniżenie wyłącznika krańcowego osi Z. Ponieważ Bullet jest nieco krótszy od starego hotendu, bez odpowiedniej regulacji nie będzie sięgał stołu.

Kalibracja PID

Po upewnieniu się, że grzałka w hotendzie działa poprawnie, należy skalibrować układ regulacji temperatury przez wykonanie tzw. procedury tuningu (strojenia) PID. Dzięki temu drukarka będzie bardziej precyzyjnie kontrolować temperaturę dyszy podczas jej rozgrzewania i w trakcie samego druku. O samym tuningu PID można napisać osobny artykuł. Jeśli posiadamy drukarkę z elektroniką Rumba, w dużym skrócie będzie konieczne wykonanie następujących kroków:

1. Zdobyć kod źródłowy firmware’u drukarki (najlepiej napisać w tej sprawie do Monkeyfab)
2. Zainstalować Arduino i wykonać testowy upgrade firmware’u
3. Z poziomu programu hosta wysłać do drukarki polecenie M303 E0 S200 C8 (grzałka hotendu musi być wyłączona i zimna)
4. Uzyskane wartości Kp, Ki oraz Kd wprowadzić do pliku Configuration.h
5. Wgrać zmodyfikowany firmware do drukarki

Użytkownicy Sumbeama mają sporo łatwiej, bo wartości PID konfiguruje się w specjalnym pliku tekstowym na karcie SD, bez konieczności dotykania firmware’u.

Jeśli korzystamy z programu Repetier Host, w trakcie wykonywania polecenia M303 można obserwować, w jaki sposób aktualna temperatura oscyluje wokół docelowej wartości (w moim przypadku 180ºC):

Wymiana dyszy

Na koniec: jeśli chcielibyśmy wymienić dyszę na inną, lub wyjąć ją w celu wyczyszczenia / odetkania, w nowym hotendzie jest to niezmiernie łatwe. Należy wziąć dwa płaskie klucze – 6-kę i 16-kę (ew. klucz francuski), i chwytając blok grzewczy oraz dyszę, po prostu ją odkręcić. Nie trzeba w tym celu zdejmować całego hotendu z drukarki. Nie wiąże się to też z ryzykiem poluzowania innych części, tak jak to było w przypadku starej konstrukcji.

Podsumowanie

Jak widać z modernizacją hotendu jest trochę zabawy. Na razie niewiele mogę powiedzieć na temat samej jakości wydruków wykonanych z zamontowanym Bulletem – gdy skończę wszystkie testy poświęcę im osobny artykuł. Sama jego konstrukcja sprawia wrażenie bardzo solidnej i łatwej w utrzymaniu oraz serwisowaniu. Gdyby ktoś z obecnych użytkowników Prime’a chciał wymienić Budaschnozzle na nowy hotend, wszystkie potrzebne części kosztują u producenta 250 zł brutto (stan na moment publikacji tekstu).