3D-utskriftsutrymmet finns i två parallella universum: det professionella som är låst bakom patent, där skrivare fungerar magiskt men kostar några hundra tusen dollar per pop, och det som bebos av oss konsumenter som måste vänta årtionden på att löjliga patent ska löpa ut bara för att skriva ut allt annat än den enklaste av plast.
Detta händer inte särskilt ofta, men konsumenternas 3D-utskriftsutrymme har en anledning att vara upphetsad tack vare det brittiska 3D-utskriftsföretaget E3D:s nya Revo hot end. Låt oss fördjupa oss i strängsprutningssystem för 3D-utskrift för att förstå vad väsen handlar om.
Vad är en Hot End?
Det är lättare att förstå konceptet med 3D-utskrift om du tänker på det som en bagare som sprider glasyr på en tårta. Precis som en bagare manövrerar en spritspåse för att skriva ut namn på födelsedagstårtor, flyttar en 3D-skrivare munstyckena runt för att lägga ner plast på byggytan.
Faktum är att 3D-skrivarens extruderingssystem är ganska likt en bagares spritspåse.
Att använda handen för att pressa frosting på en kaka skiljer sig inte från en extruder som trycker ut filament genom munstycket. 3D-skrivaren är dock lite mer komplicerad. Eftersom plast inte flyter som glasyr vid rumstemperatur måste varje 3D-skrivare utrustas med ett uppvärmt munstycke.
Detta är i huvudsak en högteknologisk spridningspåse som består av en extruder som trycker filament genom en uppvärmd munstycksenhet, samtidigt som den kontrollerar munstyckets temperatur och tryck för att styra flödet av filament.
Problemet med befintliga hot ends
Eftersom 3D-utskriftsindustrin för konsumenter piggybackade på det banbrytande arbetet som utförts av RepRap-projektet med öppen källkod, använder 3D-skrivare av konsumentkvalitet samma gör-det-själv-liknande tillvägagångssätt som att använda hyllplansdelar.
Den moderna heta designen är ett bra exempel på detta fenomen.
En traditionell varm ände består av ett munstycke som skruvas in i värmeblocket, som i sin tur värms upp av en separat cylindrisk värmepatron. Blocket innehåller även en löstagbar termistor för temperaturmätning. Slutligen isolerar ett separat värmeavbrott den heta änden från filamentmatningsbanan, och förhindrar därigenom att den smälter på vägen till den heta änden.
Tyvärr är detta ett mycket ineffektivt system.
Närvaron av ett luftgap mellan värmeblocket och termistorn samt värmepatroner omöjliggör effektiv värmeöverföring och exakt temperaturkontroll. Det ökade avståndet mellan dessa element och munstycket spelar ingen roll heller.
Detta resulterar i extruderingssystem som är oförmögna att kontrollera munstyckstemperaturen med någon märkbar hastighet eller noggrannhet.
Det är ett stort handikapp eftersom 3D-utskrift med varierande hastigheter och extruderingsvolymer inte är möjliga utan snabba förändringar i munstyckstemperaturen som krävs för att hålla jämna steg med den fluktuerande filamentflödeshastigheten.
Detta i sin tur manifesterar sig som en 3D-utskriftsgremlin som visas av alla konsumentklassade 3D-skrivare och förblir olöst till denna dag.
Inspirerad av moderna lödkolvar
Lödindustrin löste just detta problem för många decennier sedan genom att eliminera luftgapet mellan spetsen, värmeelementet och temperatursensorn genom att kombinera dessa tre element till en enda kompositdel. Sådana lödkolvar kunde värmas upp snabbare och löda fogar med hög termisk massa med stor lätthet.
Revo heta änden tar samma tillvägagångssätt genom att integrera värmaren och termistorn i en mindre kompositvärmarkärna. Detta löser ett antal problem med befintliga heta ändar.
Och att fixa långsam uppvärmning av munstycket är bara början, vilket framgår av en E3D Revo-prototyp som når driftstemperaturer inom en bråkdel av den tid det tar för en konkurrerande varma ände med högre watt.
Den högre termiska effektiviteten hos Revo-värmarkärnan har gjort det möjligt för E3D att skapa en betydligt mindre hot-end. Dess lilla fotavtryck minskar hinder för luftflödet från delens kylfläkt. Detta förbättrar följaktligen utskriftskvaliteten för komplicerade delar som kräver överbryggning och branta överhäng.
Även om vissa kanske hävdar att den lägre termiska massan på Revo-varmändens lilla värmekärna skulle göra temperaturregleringen svårare, väljer moderna lödkolvar som använder samma tillvägagångssätt också konstruktioner med reducerad termisk massa.
E3D kanske är inne på något här.
En högeffektiv värmare behöver inte lagra en stor mängd värme. Faktum är att Revo hot ends lägre termiska massa också gör att den svalnar snabbare.
Det finns en bra anledning till varför du vill att den här varma delen ska svalna snabbare. Anledningen är E3D Revos verktygslösa munstyckesbyte. Detta är en skänk från gud till ett utrymme där frekvensen av munstycken bara överträffas av den efterföljande störningen de släpper lös.
Hittills har byte av ett munstycke varit en herkulisk strävan som involverar många uppvärmnings- och nedkylningscykler som avbryts av munstycket som kräver varm åtdragning vid högsta tillåtna temperatur. Underlåtenhet att göra det skulle resultera i fler träskor.
Löddra, skölj, upprepa.
E3D Revo-munstyckena kan däremot enkelt skruvas på och av med bara fingrarna. När den varma delen svalnar, förstås. Eftersom munstycket och värmebrytaren är en enhet behöver du inte oroa dig för varmåtdragning och tillhörande risk för igensättning eller plastläckage.
Och det här handlar inte heller om att förhindra igensatta munstycken.
Varierande munstyckesstorlekar gör att du också kan hitta en fin balans mellan utskriftshastighet och kvalitet. Vill du skriva ut ett litet föremål med snävare toleranser? Bryt ut 0,2 mm munstycket. Behöver du lägga ner mycket plast på kort tid? Använd 0,8 mm munstycket istället.
Om Revo-ekosystemets snabbväxlingsmunstycken verkligen fungerar som annonserat, kommer detta äntligen att göra verktygsändringar i 3D-utskriftsutrymmet nästan i nivå med de hos dess avancerade subtraktiva CNC-tillverkningsmotsvarigheter.
Integrerad säkerhet och snabb acceleration
Brandrisker är ett verkligt problem med 3D-skrivare när temperaturregleringsfel leder till en termisk bana, som sedan får värmeelementet att smälta genom värmeblocket och starta bränder.
Revo-värmedelen har ett värmeelement med positiv temperaturkoefficient (PTC) som ökar sitt inre motstånd när det blir varmare. Detta minskar automatiskt den tillförda effekten (värmarens effekt) när munstycket värms upp gradvis. På pappret borde detta avsevärt minska risken för att din 3D-skrivare bränner ner huset.
En design med heta ändar med reducerad termisk massa har en trevlig bieffekt av att vara anmärkningsvärt lätt. Revo heta änden väger bara 30 gram, vilket gör det möjligt att ställa in stegmotorns accelerationsvärden utan att behöva oroa sig för vibrationer.
Detta bör göra det möjligt för skrivare att nå sina maximala hastigheter under en längre varaktighet av de faktiska utskriftsrörelserna, samtidigt som de minskar ringsignaler och andra kvalitetsförsämrande 3D-utskriftsartefakter förknippade med att slänga runt tyngre varma ändar i höga hastigheter.
På hållbarhetsfronten är värmar- och termistorkablarna förstärkta med en stålbepansrad dragavlastning. Detta bör vara praktiskt när man kämpar med stora utskriftsfel som gör att smält plast måste bändas bort från den varma änden. Bara den här gången är det mindre sannolikt att du oavsiktligt sliter av kablarna.
E3D-patent: De goda nyheterna…
Det brittiska företaget har engagerat sig i filosofin med öppen källkod och har frigjort tekniska resurser som krävs för att 3D-utskriftsgemenskapen ska kunna modifiera och integrera sina erbjudanden i andra gör-det-själv- och öppen källkodsprojekt.
Medan Revo Micro är den nya heta designen, är Revo Six en drop-in ersättning för allestädes närvarande E3D V6 hot ends som finns i ett stort antal konsument- och gör-det-själv 3D-skrivare. Det betyder att praktiskt taget alla som kör E3D-hårdvara har en uppgraderingsväg till det nya Revo-extruderingsekosystemet.
Denna tradition kommer att fortsätta med Revo, eftersom E3D har valt att göra den kalla sidans gränssnitt öppen källkod. Det borde hjälpa 3D-utskriftsentusiaster att designa sina egna kylflänsar och fästen för Revo-munstyckena och värmeelementen.
Med andra ord kan 3D-skrivare med öppen källkod som Rat Rig, HevORT, HyperCube, Voron-serien och andra enkelt uppdateras för att integrera dessa potentiellt spelförändrande heta ändar inom en snar framtid.
…Och de dåliga nyheterna
Å andra sidan hävdar E3D att den skenande IP-stölden har tvingat den att ansöka om och (i framtiden) genomdriva patent på ospecificerade aspekter av Revo-extruderingssystemet. Men det lovar också att avstå från att rättstvista mot individer, forskare, akademi och ideella organisationer som använder dess design för att främja 3D-utskriftsteknologi.
Eftersom E3D:s patent inte har publicerats när detta skrivs, kan man bara gissa om det kommer att hänföra sig till den förenade värmarkärnan eller den sammansatta skruvade munstyckets design som bär en integrerad värmebrytare.
Tyvärr skulle båda hypotetiska patenten strida mot företagets löfte att undvika att lämna in “de bredaste, bredaste patenten som blockerar människor från att också bidra till tekniska framsteg”.
Den enhetliga värmarkärnan som kombinerar värmaren och temperatursensorn i en enda enhet har använts i lödindustrin i flera decennier nu. Samtidigt finns det redan ett 3D-utskriftspatent för en ganska liknande skruvmunstycksdesign som har en integrerad värmebrytning.
Vi har kontaktat E3D för förtydligande i ämnet och kommer att uppdatera den här artikeln när och när vi hör från dem. I vilket fall som helst förtjänar ett potentiellt revolutionerande extruderingssystem fullt med fyra munstycksstorlekar för $120 definitivt hypen inför lanseringen.
Om författaren
Nachiket Mhatre (15 publicerade artiklar)
Nachiket har täckt olika teknikbeats, allt från videospel och PC-hårdvara till smartphones och gör-det-själv under en karriär som sträcker sig över 15 år. Vissa säger att hans gör-det-själv-artiklar fungerar som en ursäkt för att lämna ut hans 3D-skrivare, anpassade tangentbord och RC-beroende som “affärsutgifter” till hustrun.
Mer från Nachiket Mhatre
Prenumerera på vårt nyhetsbrev
Gå med i vårt nyhetsbrev för tekniska tips, recensioner, free e-böcker och exklusiva erbjudanden!
Klicka här för att prenumerera
