プリントヘッドはエクストルーダー、ヒートシンク、ヒートシンクファン、ホットエンド、ノズル、ヒーター、サーミスター、フィラメント冷却用ファン、高さ検知用センサー、等の多くの部品で構成されています。
こんなのも、タッチスクリーンになっているみたいです。
3Dプリンター 樹脂 FDM Mini タップレベルセンサーとタッチスクリーンを備えた 3D プリンターキット 自動整準高速印字ダブルZ軸 (Color : No printed part, Size : 350x350x350mm)
ひとつずつどのような役割なのか説明していきます。
エクストルーダー
フィラメントをリールから引き込みフィラメントの供給を制御してフィラメントをホットエンドに供給します。
ヒートシンクに直接フィラメントを供給する場合はダイレクトエクストルーダーと言い、柔らかい材料でも応答性の良い制御がやりやすく逆にホットエンドからの距離がある場合は制御がルーズになったり柔らかい材料の場合はフィラメントが制御できず糸引きが多くなる傾向が強く出たりします。
多くのダイレクトエクストルーダーはその制御用のステッピングモーターがプリントヘッドに含まれ重くなるため高速プリントに不利になります。
そのため小型のモーターや薄いパンケーキモーターを採用して軽量化を図ったりギアを利用して小型のモーターのトルクを補ったりして工夫されているプリンターもあります。
基本的に動く部分が重くなるとその分高速で動かすためには強力なモーターが必要になり制御を行うためにはそのモーターの制御された位置への保持する力が必要です。
その保持力には限界があるので動く部分の重さが軽くなればモーターへの負荷が少なくて済み、その分ヘッドの位置の制御に余裕が出来てプリント品質が向上する方向に働きます。
ヘッドの位置の制御に余裕が出来ればその分スピードも上げられる場合もあるのでそこはプリント品質とのバランスだと思います。
プリントヘッドの軽量化を行いプリントスピードを向上させるためにモーターのみ別置きにしたりするキットが有ったりします。
写真はデルタ型のプリンターに採用されているエクストルーダーでプリントヘッドではなくフレームに固定されておりチューブでプリントヘッドへフィラメントを供給しています。
プリントヘッドが軽く高速プリント時でもイナーシャが少なく有利ですが柔らかい材料はフィラメントがチューブの中で伸びるので引き戻し量を多く設定する必要がありフィラメントも詰まりやすいです。
ヒートシンク
ホットエンドの熱を逃がしホットエンドの熱を他の部分に伝えるのを防ぎます。
ホットエンドが高温タイプの場合はヒートシンクが小さい傾向になります。
ヒートシンクファン
ヒートシンクを冷やすためのファンです。
ホットエンド
フィラメントを熱してフィラメントを溶かします。
ヒーターとサーミスターが固定されておりヒーターによってホットエンドが過熱され下部に固定されたノズルから溶けたフィラメントを吐出します。
ノズル
フィラメントをノズルの内径の太さで押し出します。（適切な調整がされている場合。）
カーボン繊維が入っているような研磨性の高い材料を使う場合は耐摩耗性の高いノズルを利用します。
内径がいびつになると仕上がりに影響する場合があるので品質の良い物を選んでください。
一般的には真鍮製のノズルが多いと思いますが熱の伝わりを良くするために銅にしたり工具鋼製、ルビー製等の耐摩耗性を向上させたノズルやその表面へのフィラメントのカスが付きにくくするための表面処理のバリエーション、安定したフィラメントの吐出のためにフィラメントの流路の形状を考慮した物やその加工品質を向上させた物等、様々なノズルがあります。
ノズルの内径が小さいほど細かい形の再現が可能になりますが積層する高さもその径に応じて少なくする必要がありプリントするための時間が多くなる傾向があります。
また径を大きくすると多くのフィラメントを吐出する必要があるためにホットエンドがフィラメントを安定して溶かす能力の限界まで早くプリントが出来るようになります。
ヒーター
ホットエンドを熱します。
サーミスター
熱せられたホットエンドの温度を測るセンサーです。ホットエンドの温度を制御基板に伝えてヒーターの出力を調整してホットエンドの温度を制御します。
サーミスターは型番によって計測できる温度域が違うので間違えて購入しないよう注意してください。
フィラメント冷却用ファン
溶けて押し出されたフィラメントを冷やして固めます。
フィラメントによっては回転数を落として利用したり利用しない場合があります。
高さ検知用センサー
プリンターによって様々な方式のセンサーが採用されています。
物理的にベッドに計測子を接触させて計測するタイプ、磁気を利用して非接触で計測するタイプ、等があります。
磁気を利用するタイプは非磁性の物は検出されないのでガラスや磁性の弱いアルミニウムなどには反応しないので鋼板のセット忘れには気を付けてください。
プリンターによっては移動用モーターの移動量だけで制御する場合もありセンサーを利用しない場合もあります。
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