В статье: о системах автоматической смены головок или хотэндов в FDM-принтерах.
Введение
В прошлой статье (здесь) я описывал системы автоматической смены филамента для FDM-принтеров, позволяющих печатать различными цветами или материалами при использовании одноголовочного FDM-принтера.
Такие системы известны с 2016 года, но популярность они получили после выпуска системы AMS фирмой BambyLab в 2022 году, и к настоящему времени практически все производители имеют в своих линейках принтеры с аналогичными системами.
При всех достоинствах такой системы – возможность печати в несколько цветов или различными материалами (например, основной материал и материал растворимых поддержек) у них есть существенный недостаток – для смены цвета необходимо «продуть» весь материал, который находится в головке. Как минимум. А большинстве случаев настраивается продувка «с запасом», т.к. самое ничтожное количество черного пластика может сделать белый пластик серым, а ничтожное количество желтого пластика – сделать синий цвет зеленоватым. В результате количество отходов от такой продувки может составлять значительную величину, и при печати разноцветных игрушек – количество отходов вполне могут весить больше разноцветной детали. Количество отходов – это еще не все, для «продувки» головка должна быть отведена в место, где отходы не испортят деталь, а сама продувка занимает время – в результате время печати увеличивается в несколько раз при частой смене цвета.
Чтобы избежать этого – необходимо печатать печать несколькими головками, отдельная «голова» для своего материала и цвета. Однако практика показала, что несколько головок сильно утяжеляют каретку, требуют больше жесткости направляющих, больше мощности шаговых двигателей, снижают скорости и ускорения перемещения. Практика показала, что разумный максимум – две головки или одна двухсопельная головка под два материала.
Решение этой проблемы –ToolChanger (варианты написания по-русски: «тулчанджер»,«тулченджер», «тулчанжер»,«тулченжер»). В ЧПУ станках этот термин используется для автоматической смены инструмента при обработки детали. Ну, а в FDM-принтеростроении – система автоматической смены хотэнда (головки, экструдера). У нас на каретке ездит одна (или две) головки, а остальные – стоят на специальной стойке и ждут своего часа. И да, термин неофициальный, в словари не включен, поэтому единства в русском написании и произношении нет, официально это называется "система автоматической смены инструмента"
История возникновения тулченжера для FDM 3D-принтера
Когда появились первые идеи – неизвестно, но первая удачная, работоспособная конструкция появилась в 2019 году – разработка фирмы E3D. Тулченжер был разработан для популярных у самодельщиков проектов Voron и Z-Bolt, но мог быть адаптирован и к другим 3D-принтерам с кареткой, подвижной в плоскости XY (т.е. на «другостолы» и аналогичные принтеры не мог быть установлен).
В каждую голову заправлялся свой филамент, сменные головы устанавливались на верхней балке принтера. Для смены головы каретка подъезжала к «голове», «нанизывала» ее на ось с поворотным узлом запирания, и снимала с крепления. Т.е. вначале нужно было вернуть на место уже установленную голову, а потом – захватить новую. Такая конструкция стала классической и все остальные до не давнего времени в той или иной степени её повторяли. Было немало самодельных конструкций, аналогичных E3D:
Следующим, в 2021 году был знаменитый Прюша, предложивший тулчеленжер на 5 головок для своего принтера Prusa XL. Конструкция захвата и фиксации головки отличалась от E3D.
В 2023 году британская компания Makertech 3D разработала тулчеленжер для своего 3D-принтера Proforge 4 на 4 головы, конструкция так же аналогична тулченжеру от E3D:
В 2025 году фирма Snapmaker выпустила свой принтера U1 с тулченжером на 4 головки, с заявленной скоростью смены головки 5 секунд.
Ну и в текущем, 2026 году Flashforge выпустил 3D-принтеры Creator 5 и Creator 5 Pro с четырьмя сменными головками, скорость замены головки заявлена в 7 секунд.
Индукционный нагрев и новые идеи.
Замена головки целиком – достаточно просто реализуется, но имеет несколько недостатков:
- головка стоит достаточно дорого, принтеры с тулченджерами получаются недешевыми в первую очередь из-за стоимости головок
- нагрев хотэнда занимает достаточно долгое время, поэтому «холостые» хотэнды стоят в горячем или полугорячем состоянии, что приводит к деградации материала и поддтеканию расплавленного материала из сопла.
А что если менять не головку целиком, а только цельнометаллический хотэнд с соплом? Увы – это невозможно, резистивный нагрев подразумевает плотный контакт сопла с нагревателем, а термобарьер – плотный контакт трубки металического хотэнда с радиатором. Но вот если ввести бесконтактный индукционный нагрев – то возможна смена металлического хотэнда с напресованным на него радиатором.
Первым такое решение предложила компания Bondtech в 2024 году, назвав систему INDX («индукционных нагрев и адаптивное натяжение»). Но рынок заинтересовался идеей чуть позже, когда Prusa Research анонсировал выпуск своего нового принтера линейки CORE One с системами автоматической смены инструмента INDX.
В 2025 году компания BambyLab анонсировала систему автоматической смены рабочего инструмента под названием Vortek, которая будет штатно устанавливаться на принтер H2C, а в порядке апгрейда – на 3D-принтерыH2D и H2S.
Между системой BambyLab Vortek и Bondtech INDX есть существенное различие – в «вортексе» хотэнды хранятся без филамента – филамент отрезается при смене хотэнда и перезагружается при помощи системы AMS, то у INDX хотенды меняются с заправленным филаментом. Это связано с тем, что BambyLab «не осилило» боковой ввод филамента в зазор между подающими зубчатыми колесами (то, что Bondtech называет «DX» - «адаптивное натяжение») и филамент в головку подается традиционным способом – «сверху». И если в системе INDX требуется только сменить хотэнд, что занимает несколько секунд, в Vortek нужно обрезать филамент у хотэнда, выгрузить филамент, сменить хотэнд, загрузить филамент, сделать небольшую «прочистку» сопла, что куда менее «интересно» - общий цикл смены хотэнда у "бамбулаб" занимает 40 секунд вместо нескольких у INDX. И времени больше, и есть немного отходов, и, самый главный недостаток - требуется наличие системы автоматической смены филамента AMS, что удорожает конструкцию. Система рассчитана на шесть сменных хотэндов, но комплектуется устройством AMS на 4 материала. Хотя возможно подключение нескольких систем AMS.
Ну а в 2026 году на выставке потребительской электроники CES 2026 состоялась презентация нового 3D-принтера AtomForm с системой OmniElement с двенадцатью хотэндами в дисковом барабане. Схема аналогична системе Vortek, и так же требует обрезки и выгрузки филамента.
Не знаю, как вам, а по мне двенадцать хотэндов – уже перебор.
Тулченжер – это не только мультиматериальная печать
В заключении следует отметить, что тулченджер – это не только цветная или мультиматериальная печать, это возможность оснащения принтера совершенно разными головками – например, головкой со шприцем для дозирования пастообразных материалов, головкой для печати гранулами, головкой для печати филаментом и еще чем-нибудь – например флюгерным ножом или роликом для разглаживания. Ниже – пример такой установки:
Смысл таких установок – печать проводящим гелем одновременно с печатью пластмассой, или печать с одновременной мехобработкой, или … Вариантов много, но все они относятся к чему-то экзотическому или экспериментальному.
Заключение
Системы автоматической смены филамента заинтересовали рынок возможности печати цветных игрушек из PLA. Из-за долгой печати и большого количества отходов – переход от смены филамента к смене головок – закономерен. Но вот насколько будут востребованы такие принтеры – целиком и полностью зависит от того, сколько еще продлится мода на печатные цветные игрушки.
А переход от контактного нагрева сопла к индукционному – куда более интересен и требует отдельного разговора.
Предыдущая статья про системы автоматической смены филамента:
Статьи про многоцветную FDM 3D-печать: