Afinia H800でTPUプリントを試みる / Printing TPU with Afinia H800

TPUやTPEは通常のFDMプリンタ（フィラメントを使うやつ）で3Dプリントできるフレキシブルフィラメントですが、会社にあるAfiniaH800で結構苦労してプリントできるようになったので過程をメモしておきます。
TPU and TPE are popular flexible filaments, which are supposedly printable from usual FDM printers. I managed printing the TPUs with Afinia H800 after the long bloodshed and struggle (just a metaphor). So here is the note of mine for the hope to help someone someday. Good luck friends.

エクストルーダー改造
以前Makerbot Rep IIでNinjaflexをプリントしたことがあり、そのはエクストルーダーをかなり改造したので、今回もエクストルーダーを改造が必須と感じていましたが、まずはNinaflex（硬度85Aくらい）より比較的硬くてプリントしやすいと思われる Polyflex TPU 95Aを入手して普通のセッティングでプリントしてみましたが全然ダメでした。そのためThingiverseにあがっていたエクストルーダーの改造用ピンチ機構をプリントしてエクストルーダーを改造しました。この部品の他にホームセンターで外形8mm、針金径1mm程度の強めの押しばねとをM3の長めのネジを購入しています。なお、ThingiverseではUpbox +となっていますが、AfiniaH800と同じモデルです。
Once I've modified the Makerbot Rep II to print Ninjaflex (Hardness: 85A). From that experience I knew I probably need to modify the Afinia's extruder so it can pinch those soft filaments with spring-lever mechanism, but first of all I purchased Polyflex TPU 95A, with the hope that it might be printable without any mod. But it did not work at all. I found afinia's extruder mod on thingivers, from someone who wanted do to same thing. The title says the mod is for the Upbox+, but Afinia H800 is actually same model.
Additional to this clamp mechanism I also bought a strong spring (wire dia. 0.8mm, probably 1.0mm is better) and M3 long screw I found in the hardware store.

Pixmalionを試す
これである程度フィラメントはつかめるようになったものの、全くエクストルーダーからマテリアルを押し出せずフィラメントが途中でキンクしたりして結果的には全然ダメ、あきらめようとしていたところ、同僚の人がPixmalionのTPUフィラメントがいいと教えてくれたので試してみました。
彼の持ってきたPixmailonのTPU透明フィラメントはPolyflexより硬く、改造していないエクストルーダーでも押し出しが可能でした。推奨されている温度（210度くらい）ではダメだったのですが、温度を250度まで上げるとフィラメントが出てくるようになりました。ただし標準のエクストルーダーでは押し出し量が一定でなかったため、最終的に改造したピンチ機構付きエクストルーダーを使用するようにしました。（その後240度でも押し出しが可能とわかりました。どうやら当初押し出し出来なかったのはエクストルーダ内にABSフィラメントが残っていたようです。）
The above mod look good, but it did not extrude Polyflex at all. I was almost gave up, when one of my colleague recommended Pixmalion Transparent filament. The filament was significantly stiffer than Polyflex and we could at least extrude the material even with normal setting. The Amazon's recommendation says 210C is recommended temperature, but I could not manage extruding with that temp. Then I pushed up the extruder temperature gradually until 250 grand when I finally saw material from hot end. Hurray! It seems like the extruder mod is little bit weak to grab the soft material, and unable to push constantly. Additionally there would have been residue of ABS within the extruder.

About Pxmalion Semi flexible TPU 
* 透明フィラメントが最も固くてプリントしやすい 。白及び黒は着色剤のせいかわずかに柔らかい / Transparent is most stiff and easiest to print, while white and black filaments are more softer, presumably due to it's color component.
* 表面はスムーズで滑りやすい / Surface is rather smooth and slippy. Don't expect high friction
* 溶けたフィラメントの粘性が低く、ホットエンド側に溶けたTPU素材が広がって焦げつきやすい
* 押し出し時の温度が高いとフィラメント中に存在する水が蒸発するために出来る気泡の音が聞こえる。ただし低い温度ではエクストルーダが弱く、フィラメントが滑りやすいせいか押し出ししにくい。/ On extrusion with high temperature you hear a lot of noize from water evaporation from material. However in low temperature the modified extruder was too weak to push things out...
* Amazonでめちゃくちゃ安い / Extermely cheap on Amazon

Making Cover
また、上記の改造により既存のカバーがレバーと干渉して装着できなかったため、新しくエクストルーダー用のカバーもプリントしました。ただしスリット高さやストッパ、コネクタとの干渉などがあり、プリント後かなりあちこち削っています。フィラメントを入れるときは横に見える白いレバーを押し下げてフィラメントを噛ませる感じになります。
Since the above extruder modification obstructed the original extruder cover, I've also printed this alternative cover. The new cover was slightly different than original one, so I had to cut here and there to fit with the extruder body. 

Pixmalionの白色フィラメントでうまくいった設定は以下の通りです。レイヤー厚さ0.2mmの場合はプリントの仕上がりは良好だったのですが、プリントを繰り返すとエクストルーダー内で詰まりが散発しました。温度が高めで内部で焦げ付き易いのと0.2mmだとフィラメント流量が少ないためだと思われます。レイヤー0.3mmにすると押し出し量が多くなり、つまりは抑えることが出来ましたが、表面の仕上がりはかなり荒くなります。Afiniaで「まあまあ」のプリント結果が出たセッティングは以下の通りです。
The settings below is the one I managed to get more-or-less acceptable results with Pixmalion White. With the layer thickness 0.2mm I often encounter clogging in extruder, presumably due to higher temperature and too slow material flow due to thin material thickness. The clogging diminished with layer thickness 0.3mm, however the surface quality was significantly deteriorated.
Temp: 260 - 275C
Bed: 50C
Layer Thickness: 0.2mm-0.25mm
Nozzle: 0.5 - 0.6mm
Print Quality: Fine

溶けたTPUはかなり糸を引くため、このセッティングでもかなりヒゲや意図しないブリッジ、液だれが見られます。ただしAfiniaの標準スライサーAfinia3Dではヘッダスピードや壁厚さが変更できないため、これ以上クオリティを上げるのは難しそうです。言えるのは
・温度を上げると表面はスムーズになる
・ラフトは不要

PolyflexはPixmalionに比べてフィラメントが滑りにくく溶けた際もべたつきにくいようで扱いやすいと感じました。（ただし値段は2倍です）
ほかのスライサーでAfiniaに対応したものが見つからなかったのですが、対応したものがあればもう少しクオリティが上がるのかもしれません。TPUは引き裂きに大変強いため、サポートがあると取り外すには切るしかありません。出来るだけサポート無しでプリントする必要があります。
また、フィラメントをつかむ力が弱いため、フィラメントのリールをボディにセットするとフィラメントが均一にプリントされません。リールを床置きにすることでエクストルーダーの負担を抑えつつフィラメントを供給することができました。
Molten TPU is sticky, so printed result gets lots of whiskers as well as unwanted bridges, drips. Since Afinia's original slicer, Afinia 3D doesn't allow user to change the parameters like header speed or wall thickness, the hope to improve the printing quality is not much. I could't find any alternative slicer that can export code to the Afinia, but if there is one, the quality can be improved, hopefully.
Support must be avoided as possible as you can, since TPU has extreme high tensile strength. It is very difficult to remove support structure afterwards.
Even the light clog and resistance from filament feeding part might result poor printing. Avoid feeding directly from the wheel, let the filament lying on the floor so the extruder does not need to struggle rolling the heavy filament wheel.
Happy printing my friends,