В FDM-печати есть две устоявшиеся схемы подачи прутка: экструдер стоит прямо на печатающей голове (direct drive, прямой привод) либо вынесен на корпус и толкает пруток через трубку PTFE (боуден). Каждая имеет свои сильные стороны, и обычно производитель выбирает одну. Но в двухматериальных машинах появляется третий вариант — совместить обе схемы в одном принтере, отдав каждой ту работу, для которой она подходит. Разбираем, как это устроено и что меняется в настройках.
Зачем принтеру второй экструдер
Второй материал в FDM решает главную проблему сложных моделей — поддержки. Растворимый или легкоотделяемый материал поддержки позволяет печатать нависания и внутренние полости без следов отрыва и ручной зачистки. Но за это приходится платить конструкцией: два независимых тракта подачи нужно куда-то поместить.
Прямой путь — поставить два экструдера рядом на одной голове. Так делают в ряде двухсопловых машин, но у решения есть цена: либо заметно уменьшается область построения, либо растут габариты самого принтера. Для парка одинаковых машин (печатных ферм) это неудобно — новая модель перестаёт быть взаимозаменяемой со старыми по размеру стола.
Гибридная схема: один экструдер на голове, второй на корпусе
Альтернатива — развести схемы. Левая голова остаётся классическим прямым приводом: экструдер стоит вплотную к соплу, пруток проходит очень короткий путь и почти сразу попадает в зону плавления. Отсюда высокая точность дозирования, короткие ретракты и хорошее управление потоком — то, что нужно для основного материала, где важны поверхность и геометрическая точность.
Второй, вспомогательный экструдер выносится на верхнюю панель корпуса, а пруток идёт к соплу через длинную трубку PTFE. На первый взгляд это шаг назад, но у решения есть конкретные преимущества.
Что даёт вынос экструдера на корпус
- Лёгкая голова. Меньше подвижной массы — выше манёвренность, меньше вибраций на сменах направления, стабильнее поведение на динамичных траекториях. Принтер сохраняет качество печати, имея при этом две активные системы подачи.
- Сохранённая область построения. Габариты принтера и стол остаются теми же, что у одноголовых моделей серии — в примере, который мы разбираем, это 256 × 256 × 260 мм. Машину можно поставить в существующую ферму без пересчёта посадочных мест и профилей.
- Запас по усилию. Мотор вспомогательного экструдера — обычный шаговый, но с увеличенным толкающим усилием: ему нужно преодолевать трение по всей длине трубки и держать стабильное давление на входе в хотэнд. При корректной сборке риск закусывания прутка при этом остаётся низким.
Отдельного внимания заслуживает механика стыков: гайка, фиксирующая трубку PTFE на выходе вспомогательного экструдера, рассчитана на высокие усилия и заметно надёжнее обычных пневмофитингов. Над выходом прутка ставится небольшая шайба, которая при правильной затяжке даёт лёгкий щелчок — простая тактильная индикация того, что соединение затянуто как надо.
Что происходит с прутком в длинной трубке
Ограничения выносной схемы вытекают прямо из физики. Пруток, проходящий длинный путь по трубке, ведёт себя иначе, чем в коротком тракте прямого привода:
- Упругий гистерезис. Под давлением пруток немного растягивается, а при откате не возвращается в исходное положение мгновенно. Между командой мотора и реакцией сопла появляется задержка.
- Трение по длине. Часть усилия мотора уходит на преодоление трения в трубке, а не на выдавливание материала.
- Запаздывание давления. При смене скорости или направления давление в сопле меняется с отставанием — расплав реагирует не сразу.
Вывод из всех трёх эффектов один: параметры калибровки для выносного экструдера обязаны отличаться от параметров прямого привода. Переносить профиль с одной головы на другую нельзя.
Ретракт
Самое заметное отличие — длина отката. Прямому приводу хватает нескольких миллиметров, чтобы убрать давление и исключить сопли на переходах. Выносной схеме требуется существенно больший откат: прежде чем усилие дойдёт до сопла, оно должно сначала натянуть и распрямить пруток внутри трубки, и только после этого начинается фактический ретракт на сопле.
Коэффициент компенсации давления
Второй параметр — коэффициент динамики потока (в прошивках он известен как K-фактор, pressure advance). Для выносной подачи он значительно выше, чем для прямого привода. Это не дефект, а свойство схемы: высокий коэффициент означает, что прошивка учитывает большую задержку между командой мотора и реальным движением прутка в сопле. Без этой поправки качество печати заметно просядет именно на разгонах, торможениях и сменах направления.
Ограничения по динамике и области печати
Из-за необходимости аккуратно управлять давлением и регулярно поднимать и опускать вспомогательную голову у неё ниже предельная динамика: максимальная скорость печати — 200 мм/с, ускорение — не выше 1000 мм/с². Для прямого привода эти цифры выше. На практике ограничение малозаметно, потому что вспомогательная голова печатает поддержки, а не видимые поверхности, и её доля в общем времени печати невелика.
Есть и геометрическая плата. При активации второй головы заслонка потока опускается ниже левого сопла, а правый хотэнд выдвигается вниз, из-за чего максимальная высота печати уменьшается на 4 мм. Итоговые области построения выглядят так:
- Штатная область принтера — 256 × 256 × 260 мм.
- Только левое сопло — 256 × 256 × 260 мм.
- Только правое сопло — 235,5 × 256 × 256 мм.
- Оба сопла — 235,5 × 256 × 256 мм.
Ограничение небольшое, но его нужно закладывать заранее: модель, которая «впритык» помещалась по высоте в одноматериальном режиме, в двухматериальном уже не встанет.
Какой материал в какую голову
Логика распределения простая: левая голова с прямым приводом — под основной конструкционный материал, где нужны точность и качество поверхности; правая, вспомогательная — под материалы поддержек, к которым требования по поверхности минимальны.
Рекомендованный список для такой схемы включает PLA (кроме вспененных марок вроде PLA Aero), PETG, ABS, ASA, TPU для системы подачи, специализированные материалы поддержки под PLA, под PLA/PETG, под ABS, под PA/PET, а также PET, PA, PC, PVA и армированные PLA-CF, PLA-GF, PAG, PAHT. С осторожностью печатаются PLA Silk, PETG-CF, ASA-CF, PAG-CF — то есть шелковистые и наполненные волокном марки, чувствительные к длинному тракту подачи и абразивности.
Практические выводы
Гибридная схема — это не «одна голова хорошая, вторая похуже», а осознанное разделение задач: прямой привод отвечает за точность и динамику, выносной — за стабильную подачу второго материала при лёгкой печатающей голове. При работе с такой машиной стоит держать в голове несколько общих правил:
- Калибруйте головы по отдельности. Ретракт и коэффициент компенсации давления снимаются для каждой отдельно, тестовыми башенками — значения основного профиля во вспомогательный тракт не переносятся.
- Гигроскопичные материалы (PVA, полиамиды) сушите перед печатью. В длинном тракте влажный пруток даёт нестабильную подачу заметнее, чем в коротком.
- Следите за состоянием трубки PTFE и её фитингов: со временем трение растёт, и первые симптомы — недоэкструзия и «пропуски» на поддержках, а не отказ подачи.
- Планируя высокие модели, учитывайте потерю 4 мм по Z при работе двумя соплами.
- Если требования к поддержкам невысоки, печать одной головой остаётся быстрее: вторая голова добавляет переключения, а вместе с ними — время и потенциальные дефекты на стыках.