Многоцветная FDM-печать: обзор технических решений
От разветвителя трубки и смешивающих хотэндов до Tool Changer, IDEX и внешних систем подачи: как принтеры работают с несколькими нитями.
Что дают несколько нитей
Печать несколькими филаментами — это не только цвет. Вторая нить позволяет делать легко отделяемые поддержки, упрощает постобработку, улучшает механические свойства детали за счёт сочетания материалов и иногда снижает расход дорогого пластика. Решений много: одни ставятся на почти любой принтер, другие закладываются ещё при его проектировании, и далеко не каждое даёт все перечисленные преимущества сразу.
Разветвитель трубки
Самый простой способ — Y-образный разветвитель тефлоновой трубки. Нужны два механизма подачи с двигателями и плата со свободным разъёмом под второй из них. Нити по очереди заходят в обычный хотэнд. При смене цвета задают длинные ретракты, чтобы прутки не сталкивались, а остатки предыдущего пластика сбрасывают на вспомогательную башню. Из-за этого двухцветная печать длится примерно в два-три раза дольше одноцветной.
Смешивающие хотэнды
В миксере несколько нитей входят в общий радиатор, а сопло одно. Обычно такие хотэнды работают в боуден-схеме, чтобы не утяжелять каретку. Они различаются формой и числом входов; существует, например, проект на шесть нитей.
Каждой нити нужен свой механизм подачи, а значит, и отдельный порт на плате управления. Главная ценность миксера — градиенты, получаемые одновременной подачей нескольких цветов, но эту функцию поддерживают не все слайсеры: большинство умеет только переключать цвета с черновой башней. Полная смена цвета идёт медленно, поскольку общий канал должен очиститься от прежнего пластика.
Независимые каналы и качающиеся головы
Если у каждой нити свой канал, пластики не смешиваются и переключение ускоряется. А когда каналы имеют ещё и отдельные нагревательные блоки, можно сочетать материалы с разной температурой плавления. Важно лишь не перегрузить каретку: лишняя масса ухудшает качество.
Самый известный готовый вариант — хотэнд Chimera: два параллельных канала в общем радиаторе, каждый со своим блоком. Он может работать и в директ-схеме со сдвоенным механизмом подачи BMG. Такая голова позволяет печатать поддержки из отдельного материала, выполнять нагруженные участки из более прочного пластика, заполнять крупную модель дешёвым филаментом или совмещать жёсткие и гибкие части — например, добавить прорезиненную ручку.
Слабое место двойного хотэнда — оба сопла постоянно горячие. Из неактивного может капать пластик, к тому же оно способно задеть модель и сорвать её со стола. Качающийся хотэнд решает это сервоприводом: рабочее сопло стоит перпендикулярно столу, а второе отклонено и упирается в заглушку. Конструкция встречается в боуден- и директ-исполнении, но сложна в сборке, и готовые наборы найти трудно. В коммерческих принтерах применяют родственную схему, где один хотэнд поднимается и опускается относительно другого, а неактивное сопло также закрывается заглушкой.
Tool Changer
В системе со сменой инструмента хотэнды стоят в парковочных гнёздах у стенки принтера, сопла закрыты заглушками. На каретке находятся вентиляторы и крепление, например магнитное. Каретка подъезжает к нужному хотэнду, забирает его, а при смене материала возвращает на место и берёт следующий. Количество инструментов ограничено только размерами принтера, а масса головы не растёт, поэтому скорость печати сохраняется.
IDEX
IDEX — независимый двойной экструдер: на оси X работают две печатающие головы, каждая со своим ремнём и двигателем. Плате нужны дополнительные разъёмы и под вторую подачу, и под второй мотор оси X, поэтому схему лучше предусматривать при проектировании. Возможности самые широкие: два цвета, два материала, а также одновременная печать двух одинаковых или зеркальных деталей. Неактивная голова ждёт в зоне парковки с заглушенным соплом. Это самое дорогое и технически сложное решение, и самостоятельная переделка принтера под IDEX требует серьёзной подготовки и времени.
Внешние системы подачи
MultiMaterial Upgrade разработан для принтеров Prusa. Версия 2.0 позволяет одному директ-экструдеру использовать до пяти катушек: подвижная каретка внутри устройства выбирает нужную нить. Поддерживаются разные цвета и разные материалы, а также автоматический переход на следующую катушку, когда пластик на текущей закончился. Существуют клоны, но совпадает ли их функциональность с оригиналом — неясно.
Palette от Mosaic решает ту же задачу, но подходит к любому принтеру и стоит дороже. В третьей версии устройство имеет собственную электронику, Wi-Fi, сенсорный экран и программу для нарезки; оно включается между компьютером и принтером. Обычная модель работает с четырьмя нитями, версия Pro — с восемью. Оба устройства ориентированы скорее на коммерческую печать, чем на хобби.
Что в итоге
Однозначно лучшего варианта нет. Сложные хотэнды открывают цвет и комбинирование материалов, но заметно удлиняют печать и добавляют проблем — подтёки, трудности сборки и настройки. Готовые системы дороги, а самодельные сложны, поэтому сегодня такие решения оправданы прежде всего там, где 3D-печать используется на производстве или как услуга.