gophering on
HN Gopher Feed (2017-12-02) - page 1 of 10
Fast desktop-scale extrusion 3D printing
139 points by lainon
marcosscriven - 5 hours ago
I?d like to see some close ups of the prints. In the video you can
see the print bed vibrating like crazy, and each layer can?t be
anywhere near solid if there?s a tenth of the time to cool, even
with a fan.I wonder if you could have a something that squirts a
fine jet of liquid nitrogen, just behind the print head? Expensive
though I suppose.
  jaclaz - 5 hours ago
  >I wonder if you could have a something that squirts a fine jet
  of liquid nitrogen, just behind the print head? Expensive though
  I suppose.Maybe - just a semi-random idea, mind you - a Ranque-
  Hirsch  (or Vortex) tube (and a source of compressed air) would
  be enough and possiby be more
  lbotos - 5 hours ago
  Also though depends on the need right? If I'm making a 3-d print
  of something that I just want to see a very rough mockup in
  space, I might trade accuracy for speed if it goes from an hour
  to < 10 min.
    jaclaz - 5 hours ago
    >Also though depends on the need right? If I'm making a 3-d
    print of something that I just want to see a very rough mockup
    in space, I might trade accuracy for speed if it goes from an
    hour to < 10 min.Yep, coincidentally I was just reading today
    about a "crazy" experiment increasing "abnormally" the nozzle
    hole size on a common printer,
    wit...of course having both speed and precision would be much
      TaylorAlexander - 3 hours ago
      I?ve been printing with a 1.2mm nozzle on my printer for
      about a year now. I love it. The fat traces are strong as
      hell and I can print at 0.8mm layer height.However I have to
      print at 10mm/s and I actually use 0.4mm layers so I?m not
      sure it?s faster in my case. I?m still limited by my ability
      to melt plastic.But I?m building a robot [1] that is 200
      hours of print time currently, and I?d love to make it
        Ccecil - 3 hours ago
        Yeah...overall your hotend is still limited overall for volume extruded you are
        still printing at the same rate.I feel big nozzles printing
        wide traces have other benefits like overall strength and
        such (less welds is my guess) and thicker walls per number
        of perimeters (again...less welds).In my shop I keep a .7mm
        authentic jhead for when I want to use a larger nozzle.
jseip - 3 hours ago
The first person to put this (or equivalent) on Kickstarter is
going to raise a lot of money.
The_Double - 4 hours ago
Link to the paper for those interested:
m/science/article/pii/S2214860416...edit: Arxiv link:
blincoln - 3 hours ago
If it incorporates a gantry design and a laser powerful enough to
melt plastic, how hard would it be to make it a multipurpose 3D
printer/2D (+depth) laser cutter? Getting two useful tools for the
price (and space) of one would make this an easy sell to me, at
wheresmyusern - 5 hours ago
this is absolutely brilliant. i have no idea how nobody thought of
this before. it was so obvious, just melt the plastic faster. so
blindingly obvious. i have personally spent many hours trying to
design a faster printer. its encouraging to know that there was a
very elegant solution right under my nose the whole time. maybe
there are a few more?
  tfolbrecht - 4 hours ago
  If you think that's a great idea, how about this one: Melt the
  plastic even faster than that.  I'll be expecting my check in the
    richk449 - 26 minutes ago
    No! No, no, not 6! I said 7. Nobody's comin' up with 6. Who
    makes prints in 6 minutes?
Animats - 2 hours ago
Pushing filament with a gear was never a good design; it was just
something that hobbyists could build easily. Injection molding
machines use a screw drive to push molten plastic. This new machine
uses a scaled-down version of the injector screw of an injection
molding machine.Design and manufacture of injection molding screws
is complicated but well understood.[1] They're not easy to machine,
but that's what CNC mills and four-slide machines are for. It's
like making a drill bit, something that's done industrially
millions of times a day but is very tough for hobbyists.I'd wanted
to use a laser for heating in a 3D printer, but not to heat the
plastic being deposited. The fundamental problem with filament-type
3D printers is that you're welding a hot thing to a cold thing.
That never works very well. That's what causes cold solder joints
and weak welds in metal. In 3D printing, it's why the bonds between
layers are much weaker than the plastic's inherent tensile
strength. I wanted to have a small laser (about 10W) aimed ahead of
where the filament is being deposited, to heat up the material
already placed. That way, both sides are hot as the weld occurs,
which should yield a much better weld.  This is what the heated
build plate and heated build chamber designs are trying to
accomplish, but they're not putting the heat the one place it's
really needed.As lasers in the 10W range become more affordable,
this looks like a better idea. A few years ago, it was an insanely
expensive idea, but now, you can get 10W for about $300.[1]
  ChuckMcM - 56 minutes ago
  I have 3 printers of various quality and design, and by and large
  the issue with printing I find most difficult to optimize is a
  constant wall quality. As you mention, extruding hot plastic is a
  solved problem, but doing so a layer at a time is complicated by
  travel time of the print head, previous layers, and ambient air
  temperature.Without that it is very hard to get consistent
  strength and durability at any speed.
  sitkack - 54 minutes ago
  I wanted to use the same design to deposit copper powder to
  printed circuit board. The laser would draw a temporal heat mask
  and nozzle would blow copper powder over the workpiece.
  cptskippy - 1 hours ago
  Heated build plates and enclosures are primarily to prevent the
  part from warping and pulling itself off the build plate.The
  problem with trying to bond two hot layers together is that they
  distort.  Typically the previous layer has not solidified enough
  and so most printer employ a cooling fan to lower the temperature
  of the previous layer, not raise it.It's very hard to find the
  right balance of extrusion temperature, fan speed, feed rate, and
  a myriad of other factors that affect print quality.Honestly your
  comment makes me think you've never actually used an FDM printer.
tfolbrecht - 4 hours ago
And if reliability is an issue, just stick another print head on to
print a backup print in tandem. Can I be accepted into MIT now?
janoc - 4 hours ago
[deleted as completely wrong - don't write posts before having
coffee! Mea culpa!]
  lexicality - 4 hours ago
  That article describes a completely different university and a
  different acceleration technique
schpaencoder - 5 hours ago
In the mid 1980 there was a similar craze related to dot-matrix
printers and their cps (chars per second, or how fast they were).
Then laser printers became cheap and everyone forgot about the dot-
matrix. I guess this is the same thing. Fast forward 15 years.
  gh02t - 4 hours ago
  Probably the next revolution in 3D printing speed will be
  something that prints an entire object at once, maybe via some
  sort of science fiction style hologram illuminating a resin.
  There are technologies that kinda resemble this on the cutting
  edge (like continuous liquid interface production), but we are
  still really far away from that ideal. For the foreseeable future
  we are probably doomed to incremental improvements.
    vbuwivbiu - 3 hours ago
    It's probably possible to create a "matter hologram": we
    already know we can put molecules as large as C60 in quantum
    superposition. If we could create a coherent source of such
    molecules and pass them through a beamsplitter and suitable
    modulator (to shift their phase), combining the two beams, we
    could create an interference pattern in free space which would
    reify the object, like the replicator in star-trek.
      gh02t - 2 hours ago
      The nicest thing about our mythical hologram printer is that
      supports would be unnecessary for stuff like overhangs and
      you could maybe even print complex internal structure,
      depending on just how capable your 3D hologram was. One can
        vbuwivbiu - 2 hours ago
        I think we should rename our mythical printer from
        "hologram" (which implies replay) to "quantum interference
  pasta - 4 hours ago
  Fast forward is already here, if price is not an issue.Because
  the brand Carbon has a 3D printer that is not only very fast but
  also creates production quality results.Adidas for example is
  printing shoes with them.But having a choise is always good. We
  still have inkjet printers. Laser printers didn't make them
  janoc - 4 hours ago
  There are printers around that don't have any of these issues
  already - e.g. the resin based machines. So 3D printing is not in
  any way tied to extruding molten plastic.However, they have
  problems of their own.
wheresmyusern - 5 hours ago
what are the problems with printers today? for hobbyist extrusion
printers?- they are slow (fixed). but even 10x leaves something to
be desired.- they cant print all shapes elegantly. for many shapes
you need scaffolding. its a nuisance.- they are course. print
layers, even at the thinnest settings, are still rather thick.
also, there is a lot of inconsistency, stringing and surface
imperfections.find a way to solve these problems in a relatively
cheap printer and we might actually see the revolution that was
talked about when 3d printing first arrived.
  hinkley - 4 hours ago
  They might end up with a higher resolution process that is only a
  a few times faster. If they reduce the diameter of the filament
  by 30%, the layers would take longer to lay down (more passes)
  and have less heat to shed. But building an object would take
  twice as long.If they doubled the resolution their system would
  still build objects over twice as fast. Twice the resolution in
  half the time could probably work as a sales pitch.
  bunderbunder - 5 hours ago
  Two others: They are big, and they are expensive. That makes
  owning a 3D printer something that still doesn't make a lot of
  economic sense for me. I'm not certain it ever will.I'm waiting
  for the equivalent of a Kinko's for 3D printing. That will make
  3D printing much more accessible to me, and I assume it would
  also get me access to 3D printers that can do much higher quality
  work than the at-home models are capable of.
    jcl - 3 hours ago
    FWIW, some UPS store locations offer 3D printing (although it
    seemed pretty expensive):
    kevin_thibedeau - 3 hours ago
    The Monoprice delta is neither big nor expensive.
    gh02t - 4 hours ago
    > I'm waiting for the equivalent of a Kinko's for 3D printingA
    lot of universities offer this to their students already.
    Commercially, off the top of my head, Staples and the UPS store
    have some 3D printing services available at a limited number of
    stores but I don't think it has been terribly successful.
    Problem is, 3D printing is IMO not much more than a novelty
    unless you are designing your own parts, but then iterating on
    a custom design is painful and expensive with a commercial
    service.I use my 3D printer a ton, both for work and for hobby
    stuff, and it usually takes a few tries to get a design right.
    That's hard to do sitting in a store or by mail and typical
    markup for those services is like 10-20x actual cost. It
    quickly gets expensive enough that buying your own printer
    starts to make sense, especially when quality printers can be
    had for <$500 nowadays and quite serviceable printers for
    <$200.There's really not a huge difference in quality between
    the higher end printers and the good examples of the affordable
    ones (at least, comparing FDM printers to their kin, SLA/DLP is
    a different beast entirely). Most of the difference is in
    convenience and secondary features like dual extrusion or self-
mwrouse - 6 hours ago
There is absolutely no way that video is in real time. What kind of
servos are they using?
  fiter - 5 hours ago
  My favorite ridiculously fast machines are wire
    pimlottc - 4 hours ago
    Wire benders are pretty cool
  jdietrich - 5 hours ago
  By commercial CNC standards, it's not especially fast. Have you
  ever seen a pick-and-place machine in
  leon_sbt - 5 hours ago
  It looks like they are using either a CoreXY or H-bot based
  design.Nice thing about those designs, is that you don't need to
  accelerate the motors/wiring back and forth.  Giving better
  acceleration rate per unit of motor.The downside with those
  systems, is that they tend not to be stiff (due to large amounts
  of belting), or react to external forces well.That (H-bot/Core-
  XY) design would be poor for a convention CNC router, that has to
  react the forces associated with conventional machining.But for
  this application, it doesn't matter. The forces acting on an
  extruder are basically non-existent, with the exception of (the
  mass of the extruder * its designed acceleration rate).For going
  that fast real time, it might have some trick servos, or a hybrid
  motor (Search for Technic ClearPath Motors).If you like that
  video, then you might like this
  one. (Note: Not
  afflilated with that company, just like the video)
  jstanley - 5 hours ago
  This kind of 3d printer generally uses stepper motors, not
  servos.From what I can see, this printer appears to use stepper
  motors too. I'd believe it's real-time.The X axis is held in
  place vertically by the 2 shiny metal rods you can see, and is
  dragged back and forth by the black rubber belt, which is
  controlled by a stepper motor.
    mwrouse - 5 hours ago
    I know, I have several printers mtself. They are using only
    servos. Which is why it's faster probably. EMJ-04 series.The
    rate at which it jumps around is just ridiculous though.
  melling - 5 hours ago
  The title says (in real time)
  sallyfour - 5 hours ago
  Might be brushless motors and encoders
QAPereo - 5 hours ago
Very cool, but big caveats as usual from a uni press piece.However,
they ran up against a small glitch in their speedier design: The
extruded plastic is fed through the nozzle at such high forces and
temperatures that a printed layer can still be slightly molten by
the time the printer is extruding a second layer. ?We found that
when you finish one layer and go back to begin the next layer, the
previous layer is still a little too hot. So we have to cool the
part actively as it prints, to retain the shape of the part so it
doesn?t get distorted or soften,? Hart says. That?s a design
challenge that the researchers are currently taking on, in
combination with the mathematics by which the path of the printhead
can be optimized. They will also explore new materials to feed
through the printer.
  jstanley - 5 hours ago
  > So we have to cool the part actively as it prints, to retain
  the shape of the part so it doesn?t get distorted or softenThis
  is a (solved-ish) problem even on current-generation commercial
  printers. It's called a "part-cooling fan". It sits next to the
  hot-end and blows air on the plastic as it comes out of the
  nozzle.Here's a dual-fan example:
    QAPereo - 5 hours ago
    Apparently it can?t scale up 10x or more though, at least with
    current materials.
      deelowe - 5 hours ago
      Could this be solved by adding refrigeration? Couldn't they
      run the machines much faster if it was printing in a colder
        valine - 5 hours ago
        It probably depends on what material you?re printing with.
        Keeping ABS from warping in a cold environment would be
        difficult or even impossible. At the very least it would
        put new limitations on what shapes are possible to print
        and constrain your options when it comes to infill.
        ggcdn - 3 hours ago
        You get a worse bond if it's too cold. as the plastic cools
        it warps and can crack along the interface between layers.
        Plastics like abs usually require a heated print bed as
        well.I think the ideal solution would allow the entire
        piece to stay at a elevated temp somewhere between ambient
        and melting, but blow cool air over the freshly extruded
        plastic to quickly bring the temp down from the melting
  valine - 5 hours ago
  That?s a problem with most 3D printers I think. I usually get
  around it by printing multiple copies of the object at the same
  time. By the time the printer gets around to the first copy it?s
  cool enough not to cause issues. Obviously it?s a much harder
  problem to solve the faster you print.
    alanfalcon - 5 hours ago
    Doesn't work as well when you just want to pop out a quick
    small prototype so you can test it, iterate, and do it again,
    but definitely that works for some applications. And as they
    mention, path optimization can also help here. As a contrived
    example, if you're building an upside down extruded "T" shape,
    maybe you could work on building up the stem as high as
    possible as quickly as possible, and spending the "cooldown"
    time working on extending and building up the base. I'm not
    aware of any 3D printers that move beyond the simple "build
    from the bottom up" approach[1], but it seems possible to take
    into account the bulk/size/shape of the printhead and do some
    advanced things -- if the payoff is there.[1] I also know
    approximately nothing about this space, I'm not speaking from
    an area of expertise, just novice theory. Maybe this is already
    being done or maybe it's simply impossible because the
    printhead is just far too bulky.
      valine - 4 hours ago
      There are some experimental 3D printers that deviate from the
      ?build from the bottom up approach.? Here is a pretty cool 5
      axis 3D printer:
        SAI_Peregrinus - 3 hours ago
        Or production devices. DMG Mori makes a ($250,000) 5-axis
        CNC that can do 3D printing (selective laser sintering).
    StavrosK - 5 hours ago
    The other alternative is to pause the head while the layer
    cools down. Most slicers have an option for that, although it
    does increase print times.
      Ccecil - 2 hours ago
      Most slicers have a "slowdown if layer time less than x"
      setting Slic3r it is in the filament>cooling tab.
      That is typically a better solution...but in this case I
      suspect this machine will have issues running the
      best bet is to only print large items.
Ccecil - 3 hours ago
The main benefit to the speed will be realized when they scale the
build area of the machine.  As I suspect they realized it is
difficult to get past the physics of the plastic cooling without
causing other issues (delamination, warping, etc).  The gain will
be largely noticed when they are printing with this extruder using
a build area larger than 1m cubed.  The issue on large printers is
being able to get the newly deposited material down while the
previous layer has not cooled too much (delamination), although,
this can be can be partially controlled with things like heated
build chambers and such...they are patented.This idea was tossed
around in #reprap for a few years (I know I have heard the idea
thrown out there) and I am glad to see someone working on it.
Although, I disagree that a screw drive is needed.  I use hobbed
gearwheel drive on my extruders and rarely is the issue the hobb
slipping.  Typically, it is the motor stalling instead.  This isn't
so much a product of the drive wheel/extruder as it is the hotend
not being able to keep up with the commanded extrude volume...since
this hotend doesn't have that issue (or so it seems) I suspect the
conventional extruder could be used with just a modification to
hotend/heater design.Once the commercial 3d printing market moves
up to things like servos, encoder feedback, etc. I suspect the
speeds of things will start ramping up greatly.  The issue isn't so
much the tech but the cost...people are cheap.edit: After reading
the linked arxiv page.  I see they are using closed loop servo
motors/drivers and a RAMBO controller.  They could go faster if
they used a 32 bit controller like a smoothieboard or duet instead
of the 8bit "arduino based" controllers.  {Not saying RAMBO is a
bad board, they are known to be very reliable for OEMs}Not to
mention that Smoothieware has the control modules for lasers and
cnc built in as well as the 3d printer so it requires probably no
firmware modification to get this running...just config and maybe a
custom bin.  (Disclaimer: I work directly with the Smoothie project
so I may be biased)
cdancette - 5 hours ago
It moves fast, but it still has to melt and apply the plastic, and
it seems harder to make this part go 10x faster
  JamesUtah07 - 5 hours ago
  > The key to the team?s nimble design lies in the printer?s
  compact printhead, which incorporates two new, speed-enhancing
  components: a screw mechanism that feeds polymer material through
  a nozzle at high force; and a laser, built into the printhead,
  that rapidly heats and melts the material, enabling it to flow
  faster through the nozzle.That's the exactly what is making this
  new 3D printer 10x faster
    LeifCarrotson - 5 hours ago
    >  a screw mechanism that feeds polymer material through a
    nozzle at high forcePractically all existing 3D printers have
    this.The laser does seem novel - most use an electrically
    heated head nozzle to melt the plastic like a hot glue gun -
    but I remain skeptical when they list screw feed as an
    innovative ceature.
      jaclaz - 5 hours ago
      >Practically all existing 3D printers have this.No, usually
      they have a rotary feeder, i.e. "pinch-wheel", it seems like
      what they propose is a screw feeder, likely a screw with the
      axis roughly in the same direction as the filament, with
      "higher grip" on the filament, but probably it depends also
      on the specific filament material:>"In most desktop 3-D
      printers, plastic is fed through a nozzle via a ?pinch-wheel?
      mechanism, in which two small wheels within the printhead
      rotate and push the plastic, or filament, forward. This works
      well at relatively slow speeds, but if more force were
      applied to speed up the process, at a certain point the
      wheels would lose their grip on the material ? a ?mechanical
      disadvantage,? as Hart puts it, that limits how fast the
      printhead can push material through.Hart and Go chose to do
      away with the pinchwheel design, replacing it with a screw
      mechanism that turns within the printhead. The team fed a
      textured plastic filament onto the screw, and as the screw
      turned, it gripped onto the filament?s textured surface and
      was able to feed the filament through the nozzle at higher
      forces and speeds. "
  wheresmyusern - 5 hours ago
  please read things before making comments
jaclaz - 5 hours ago
"Finally, they devised a high-speed gantry mechanism ? an H-shaped
frame powered by two motors, connected to a motion stage that holds
the printhead."It seems a CoreXY or H-bot design, I always believed
that the issue with this design (like any cartesian design) is with
the limits of acceleration and "drag" of (relatively) massive
parts, particularly because the X and Y axis have not the same
weight/mass when changing orientation of the movement (the Z is
less of a problem, at least with "large" surface prints, the issue
here is only around precision), and that was the reason why Delta's
are usually faster.Maybe a Delta with that head/printing gear can
move even faster ...
  sigstoat - 2 hours ago
  > It seems a CoreXY or H-bot design, I always believed that the
  issue with this design (like any cartesian design) is with the
  limits of acceleration and "drag" of (relatively) massive
  partsthere are enormous multi-ton machines which can move faster
  than tiny little delta printers are good at
  maximizing speed when you have constraints like price, noise,
  weight, "fits in my home", "uses single phase residential power"
  and "cannot literally tear my limbs off". don't confuse the
  constraints of consumer printers with the constraints of
  industrial machinery, which is what it looks like these folks are
  trying to design.
  coredog64 - 5 hours ago
  My wife has several Delta and XY printers.  The deltas are much
  faster, but they're also much more "fiddly".
    virtualritz - 2 hours ago
    Could you define "fiddly" in this context, please?
    Animats - 2 hours ago
    Here's Naomi Wu's delta 3D printer mod. She mounted one on a
    backpack carrier frame, powered it with batteries, and walked
    around Shentzen while 3D printing.[1] This one isn't "fiddly"
    at all.[1]