カテゴリー: 3Dプリンティング

私の使っている3Dプリンタは、中華の激安デルタ型プリンターのキット(Rostock mini pro)を組み立て、自分で改良を施してなんとか印刷できるようになっているものですが、やはり元の出身が中華激安なので、いろいろと問題も出てきます。

トラブルの一つに、ホットエンドから樹脂が射出されなくて詰まってしまうというものがあります。

私のプリンタのホットエンドは「J-head」というものですが、中華なので（？）オリジナルのJ-headではなく、コピー（というか、類似品というか・・・）です。そのためか、ホットエンドの構造と作りに問題があり、樹脂が詰まりやすいです。

今回、とうとう何をプリントしようとしてもすぐ詰まってしまうようになったので、意を決して修理しようと、ホットエンドをばらしてみました。

写真は、トラぶったホットエンドをばらしたところです。（シールテープは後から巻いたものでもともとは巻かれていませんでした）。

問題はいくつかあり、

1. 先端のアルミ部品とPEEK樹脂の部材の間の接続のところから、溶けた樹脂が漏れてくる。

これは特にABSを使ってhotend の温度を230℃にしているときになりやすいです。たぶん、このJ-headのつくりが、内部に挿入されいるPTFE管と差し込んでいるアルミのネジとの間がシールされるような構造になっていないのだと思います。また、アルミのネジの部分が樹脂が溶けるほど温度が上がってしまうのも問題の原因でしょう。

この問題は、アルミのネジにシールテープを巻くことで漏れを防げないかな？と思っています。

2. フィラメントが楽にアルミの溶かす部分まで差し込めず引っかかってしまう。

これはPTFE管に開いている2mmの孔とアルミネジ部分にあけられた2mmの孔の心がずれているためつなぎ目で段差ができていて、フィラメントが引っかかってしまうようです。加工精度があまりよくないのですね。

これは、アルミのネジをPEEK材にねじ込むときにPTFE管の中心との関係をフィラメントを差し込みながらチェックして、芯を出した状態に組み立てることにしました。

3. 溶けた樹脂が先端部品にまとわりつきやすい。

これは、まあ、しょうがないのかもしれませんが、修理に際して、テフロンコーティングをしてみることにしました。

monotaroで売ってる低温焼き付け可能なフッ素コーティング剤。

ノズル部分にスプレーして乾かした後オーブンで220℃程度にして25分程度ベーキングしてみました。

パンを焼いたりしているオーブンでフッ素加工は嫌なので、実験室用にアイリスオーヤマのオーブンを購入。。。

直火だとテフロンの耐熱を超えちゃうとやだなと思ったので、ホイル焼きにしてみました。

ベーキング完了。汚れの除去が十分じゃなかったかも。

シールテープを巻いて

PEEK部材にねじ込んで

ヒーターとサーミスターをもとに戻して、カプトンテープを巻いて修理完了？

実は、ホットエンドがない状態ではプリントできないので、ほとんど同じ内容のJ-head ホットエンド（これも模造品）をサインスマートから買って付け直しているので、このなおしたホットエンドはまだ試していません。サインスマートから買ったホットエンドも全く同じ症状を示しているので、こちらもそのうち詰まって射出できなくなりそう。

そうこうしているうちに、ホットエンド詰まり不安症を発症して、いろいろなホットエンドを買いあさってしまいました。

これだけ中華で苦しんでいるのになぜかまた中華の謎ホットエンドを購入（ビョーキだ。。。）。

E3DホットエンドとJ-headの合いの子みたいな謎の中華ホットエンド。２個セットで４０ドル弱の安さ。

中華三昧じゃあ、ダメだ。男たるもの、いいものも知っておかなければということで、エゲレス製のE3Dのホットエンドも買いました。こちらは、これまで買った中華のホットエンドを全部合わせてもお釣りが来そうなほど高価です。きっと、素晴らしいに違いない。。。

今のホットエンドがまた詰まったら順番に試してみようと思います。配線やり直すのがめんどくさいので。。。

3Dプリンター作ってから、いろいろ便利に使っているか？というと、そうでもないです。

部品を設計してものを作るのにはエネルギーが要るんですが、最近ちょっと疲れ気味なのか、ものを作るエネルギーがスパークするところまでいかない感じです。

3Dプリンターは、ネットにモノのデータがたくさん「落ちていて」それをいろいろプリントするのは楽しいのですが、それはそれで、単に人が作ったものを「消費」する感じになっちゃいますね。

簡単にデータをアレンジしてオリジナルにすればいいのですが、それもやはりエネルギーが必要。

ということで、今のところそんな感じなのです。

道具を使って何かを生産するというより、むしろいろいろな道具を手にする方が楽しくて、非生産的な感じに陥ってしまっています。。。。

とはいえ、この週末は、少しでも創造的になろう、と思い、この夏に購入だけしていた卓上フライス盤をCNC化するべく部品を加工したり、家庭菜園の種まきをしたり、子供と一緒に3Dプリンターでいろいろなものを印刷したりしていました。

その一つを、ここで紹介します。

「身近な山をいろいろ3Dプリントして比べて見る」

国土地理院のサイトで、地形図を３Dデータでダウンロードできるサービスがあるのをご存知の方もあるとおもいます。

ダウンロードできるファイルフォーマットの一つに、３Dプリンターで印刷するのに広く使われているSTLフォーマットがあり、これを利用して、山のデータを３Dプリンターで印刷することができます。

今回、わが家からも見える「大山」と火山島である「伊豆大島」と日本一の「富士山」をプリントしてみました。

大きさはダウンロードデータを1/2に縮小して7.5cm角程度で、３種類の山のデータは縮尺を同じに揃えました。高さも水平方向と同じ縮尺にしています。

 

印刷中。上は、ABSフィラメントの黒色で印刷しているところです。

ここで３Dプリンターの話。

３DプリンターでABS樹脂を使ってプリントしている方は悩まれていることと思いますが、ABS樹脂でプリントすると、樹脂が冷えた時の収縮の影響で、プリントがベッドから反ってはがれてしまったりすることが多く、難しいです。

いろいろと工夫をしているつもりなのですが、なかなかうまくできていません。

Rostock mini pro にヒーテッドベッドを取り付け 、約110℃に加熱してプリントしています。ベッドには、耐熱ガラスを置き、ガラスにはシワなしPit を塗り、樹脂がしっかりと張り付くようにしてみましたが、やっぱり隅っこが反りかえってしまいました。あとは、Brimをつける とか、プリンターの周囲の空気の温度を少し高めにするとかやるしかないかな。Brim をつけてもBrim と本体の間が外れてしまうぐらい反り返りの力が強いこともデータの種類によってはあり、大変な感じです。

ABS樹脂自体は、プリントした後やすりがけもできますし、ノズルに詰まることも少なめでやりやすいんですが、寸法安定性に難ありですねえ。

さて、出来上がりはこんな感じ。

手前が伊豆大島。黒いのが富士山。奥が大山です。

こうやって同じ縮尺で複数の山をプリントしながら眺めてみると意外に面白かったです。

たとえば、伊豆大島が丸くないのは南東-北西に噴火口が点在しているからというのはよく知られている話ですが、富士山もプリントしながら見てみると、等高線がひしゃげているのが印象的です。決して対称的な山じゃないんですねえ。。。そして、富士山、伊豆大島は、火山ですが、大山は、そうではないので、山の形やなだらかさがずいぶん違います。大山に限らず後ろの丹沢の山々の険しさ加減が印象的。

伊豆大島は海底の地形も含めてプリントしてみたいところですが、地理院のサイトでは海のデータが取れないので残念なところ。

3D プリンタ　Rostock miniのキットを作って遊んでいますが、キットには、ヒーテッドベッドがついていませんでしたので、別途ヒーテッドベッド、耐熱ガラス円板を購入してつけたことは先にレポートした通りです。

現在、プリンターはPLA樹脂でプリントしているので、ヒーテッドベッドは50℃～70℃で運転していて、他の要因によると思われるプリント品質の問題の他には気になるところもないのですが、ぼつぼつABS樹脂でもプリントをしてみたいなということで、ヒーテッドベッドをより高温で運転できるかしらべてみました。

RAMPS1.4でヒーターを動かすと、ドライバーのMOSFETの放熱が十分になされていないので壊れてしまう可能性がありますので、試験は別に作成した温度コントローラーを使います。ヒーテッドベッドを取り付けているアクリル板フレームの耐熱が気になりますので、別途サーミスターをガラス板の上とアクリル板の上（断熱材のコルク板との間）に取り付けて、テスターで温度計測を平行して行いました。データはテスターに表示される抵抗値を目で読んでExcelに入力計算してデータのまとめをします・・・・

ヒーテッドベッドを最高120℃の設定に温度を変化させながら運転をしました。

そうすると、ガラス板の上は、

• 70℃の設定で60℃

• 100℃の設定で92℃

• 120℃の設定で、111℃

になることがわかりました。かなり温度差が出ていて驚きましたがまあこんなもの？室温にも大きな影響を受けるようで、後で室温が５℃ほど高い時にテストをすると120℃の設定で114℃になりましたので、余りシビアに考えてもしょうがない？

まあ、こちらはよいのですが、アクリル板の方は、コルク板で断熱されているので、ゆっくりと上昇を続け120℃の設定で62℃以上になってしまった（実験を途中で中止）ので、アクリル板の温度をもう少し押さえる対応が必要ということがわかりました。

そこで、アクリル板とコルク板の間にコルクシートや紙のスペーサーを入れて隙間を2.5mm程度とり、またアクリル板の中央部に25mm径の穴（手持ちのホールソーの関係）をあけてそこに50mm角のファン（これも手持ちの関係）を取り付けて強制空冷ができるようにしてみました。

アクリル板の温度を見るために、ヒーテッドベッド（径200mm）の端から40mmと68mmの位置にサーミスターをはりつけて温度の状況を調べます。

こんな感じで、中心からファンで押し込んだ冷気でコルク板の下面に風を流して冷やします。

ファンを回しているところです。１０年以上前に使っていたPCのグラフィックボードに付いていた空冷ファンなので、ベアリングが死に掛けのような音を出していますが気にしない・・・・

再度ヒーテッドベッドを運転して温度データを取りました。

ファンを回していなくても穴から冷気が自然に流入して冷やされないかな？と淡い期待を抱いていたのですが、ちょっと無理のようで、多少温度の上昇の速さは遅くなっているようですが、ファンを回さないと前と同様に60℃以上になってしまうようです。ファンを回すと効果抜群で、ヒーテッドベッドを120℃に設定しても、51℃（外側の測定点）、44℃（内側の測定点）で安定に維持できているようで、これで、ABS樹脂をプリントしても安心です。外側の測定点は、コルクのスペーサーが当たっているところで、空気が流れていないところなので条件としては厳しいポイントなのですが、それでも十分低温になりましたのでOKでしょう。

プリントを繰り返していく中で、紆余曲折あったファンの取り付け位置は、結局最初のような形に戻しました。ただし、キットに付いてきた取り付け部品だと、ファンの端がプリントベッドを留めているクリップなどにぶつかりそうなので、少し取り付け角度を変えた部品をプリントしてそちらに交換。

射出された樹脂は、速やかにファンで風を当てて冷却して固めないと、きれいな造形ができないようなのでこうなりました。冷却しないとノズルの先の温度ですでに固まった樹脂がまた柔らかくなってめくれあがったりしてしまうので、十分に冷却することが重要のようです。現在も、このめくれあがりの問題があってきれいにプリントができないデータがあるので、思案中。

エクストルーダーの手前にちょこっと見えている部品は今テストをしようと考えているZ probe ですが、きちんと調整しておけば、そうそうプリンタのジオメトリが狂ったりしないようなので、要らないかも。

 

前に、「この項終わり」って書いたんですが、往生際悪くまだやってます。

前回以降こんなことやってました。

1) フレームの強化・調整

前回実施した、２面の強化ではやはり中途半端感がイナメナイ・・・ということで、追加の材料をホームセンターに買いに走り、３面を均等にアルミフレームで強化しました。

その際、組み付けの精度をちょっと気にして組んでみました。というのは、前にキットをそのまま組み立てた時に縦に長いものをプリントしてみたところ、縦のものが少し傾いていたのです。deltaタイプのプリンタは、３軸合わせての動作なので、寸法の狂いの影響が大きく出がちと思います。アルミフレームを締めこむ前に、軸を決めている直径8mmのロッド６本がプリントベッドに対して垂直に立ち上がっているか、スコヤを当てて確認しました。一部少しですが垂直になっていないロッドがありましたので、上のアクリルプレートへの取り付けを調整して垂直になるようにしました。ほんの１ｍｍちょっとのずれでしたが、十分に確認をしておくことが重要と思います。

それから、前は、フレームの下部のLアングルの取り付け方向がよろしくなく、プリントベッドの隅のほうをプリントするときに、ファンがフレームに干渉したりしてよろしくなかったので、Lアングルの取り付け方を変更して干渉しないように変更しました。穴をあけ直したり結構辛気臭い作業が必要でした。

2) ヒーテッドベッドをつける。

これまで、キットについてきたアクリル製のプリントベッドにマスキングテープを張り付けてプリントしていましたが、結構めんどくさいのと、ABS樹脂のプリントもボチボチ始めてみたいなということで、前から買ってあったヒーテッドベッドと耐熱ガラス製の円形プリントベッド（今見たらどっちも売り切れ…）を取り付けました。

ヒーテッドベッドは、１０ｍｍのスペーサーを使ってアクリルのフレームに取り付けましたが、アクリルフレームには、穴が開いていませんでしたので、現物合わせで4.2mmの取り付け穴をあけました。スペーサーは4mmねじ用を使いました。また、ヒーテッドベッドの取り付け穴は4mmより小さなネジ用だったので、ドリルで拡げて取り付けました。

ヒーテッドベッドと下のアクリル板の間の断熱はみなさん苦労しているところかと思いますが、私は、100円ショップで売っているコルク製の鍋敷きを使ってみました。ヒーテッドベッド=鍋、アクリル=机と考えると、これはきっとベストマッチに違いない！ということでやってみましたが結果は良好で、上のガラス板の温度上昇もよいようですし、ヒーターを切った後の温度の冷え方もかなり小さいです。良好な結果が出ている一つの理由としては、コルクがぴったりヒーテッドベッドにくっついているので対流が起こらないことがあると思っています。

こんな感じで、コルクも厚さ１０ｍｍなので、アクリルとベッド両方に接触していますが問題ないです。

印刷をしてみましたが、温まったガラス板は、樹脂の着きもよいし、プリント後少し力を入れてプリント物をずらせば簡単に外せるので便利。

ヒーテッドベッドは、RAMPS1.4の端子に接続しました。電源は、別に前に実験で使ったアマチュア無線機用の電源につなぎました。電圧を調整できるし、電流容量も十分にあり、電流の流れもメーターで見られるのでこれでよいという感じ。RAMPS1.4ボードのMOSFETの発熱は、それなりにあり、放熱を考えた方が良いのですが、今のところ70℃に調節するぐらいなら、一度温まった後の電流が小さいためまあいいかという程度にはなっています。MOSFETの放熱改善はABS樹脂でプリントするときの課題です。

3)　ファンの取り付け方法変更

 

これまで、キットに付属してきたファンのブラケットを使って、ホットエンドの横にファンがついていましたが、余りにホットエンドの高さに近いのでいろいろなものとの干渉が怖いので、Thingiverseを眺めてファンのブラケット兼ダクトを見つけて、作ったプリンタで印刷、ファンの取り付け方を変えてみました。

こんな感じで、ファンがホットエンドの上にダクト兼用のブラケットでとりつきました。ファンの風の向きはどっちがいいんだろう？と悩んだのですが、とりあえず印刷物の冷却が目的？と思って風が下向きになるようにつけてみました。

ところが、このファンの取り付け方法あまりよろしくないようです。

まず第一に、ダクトの中に配線やらホットエンドやらが収納されてしまうため、メンテナンス性が悪いです。

それから、第二、こちらの方が深刻なのですが、ホットエンドの冷やす必要があるところを覆う形になるため、熱が籠りやすく、長時間のプリントをしていた時に、ホットエンドの熱の影響のためか、フィラメントが途中で詰まってしまいました。２時間ほども印刷した後に詰まって止まっているのを見るとかなりショックでした。ファンの風の向きを対流に逆らわないよう上向きにしたらましかもしれませんが、いずれにせよファンが回っていない時は問題なので、ダメかな。

そもそも、ここについているファンはいったい何のためにあるのでしょう？トラブルを通じて考えた、今の私の理解は、ホットエンドの冷やすところを十分に冷やしておくため。ということなので、もう少しそれに向いた方法を考える必要がありそうです。とりあえずは、このダクトは取り外しておこうかなと思っているところ。

4) カーボンロッドの取り付け改善

６本のカーボンロッドがTRAXXASのジョイントに取り付けられていますが、キットの説明書ではネジに何かを巻き付けて差し込んで固定。みたいな超アバウトなアドバイスが書いてあって素直に真似したのですが、場所によってはプリントしているうちにロッドの取り付けが緩んだりして問題が出ました。というわけで、ロッドのジョイントとの取り付けは差し込むだけではなくて接着をしようと思いました。接着をどうやるか少し悩みましたが、元の、テープを巻き付けて差し込むやり方は、軸の芯がきちんと出るのはメリットと思いましたので、テープはそのままに、きっちり差し込んだ状態でアロンアルファを隙間にしみこませて固定する方法を採用しました。アロンアルファがあったはずと思って道具箱漁ったら案の定全部使えない状態になっていたのでダイソーに買いに走りました。

これに関しては、今のところしっかり留まっているので成功？

5) 総評

まさかキットの組み立てでこれだけ楽しめるとは思っていませんでしたが、まだまだ直すところがてんこ盛りという感じのこのプリンタ。個人的には、送料込みで５万円を切った価格で一応プリントが始められるのはOK牧場と思いますし、コアなところで問題が出るので、それを直すことでプリンタの仕組みをより深く理解できるのが逆に優れている？と思っています。が、印刷したものを楽しみたいと思ってこのキットを買うとストレスが溜まるに違いないです。まさに素人には勧められないブツと言えましょう（と、素人の私が言ってみる）。やはり初心者の人は普通にatomとか作るのがよいと思うのですが、私は天邪鬼なので。ごめんなさい。