Huvuddelar av 3D-skrivare: Extruder och hotend

Nya och senaste utvecklingen inom 3D-skrivarteknik handlar alltid om förbättring av 3D-skrivarens huvuddelar, vilka är extrudern och hotend-delen. I grund och botten har dessa två delar 2 (två) konfigurationer: Bowden-stil med separat extruder och hotend på visst avstånd, och Direct Drive-extruder där båda är integrerade.

Extruder

Denna tvådelade kombination av huvudenheter kan inte separeras, särskilt när användaren försöker felsöka efter problem som igensättning eller flödesproblem. Vissa funktionsinställningar är också låsta tillsammans, till exempel kan användaren inte mata (flytta motorn) extrudern om hotend-temperaturen inte är minst 170°C. Det är ett slags skydd så att huvudet inte skadas av oavsiktlig extruderrörelse med omält material.

 Direct-Drive Extruder vs Bowden

Här är fördelar och nackdelar med dessa två modeller:

Direct Drive Extruder: Direct Drive Extruder har extruderdelen (den som matar filamenttråden) nära hotend-delen (den som smälter filamenttråden). Mycket nära så att det ser ut som en enda uppsättning delar.

Fördelar:

- Exakt kontroll av filamentextrudering.

- Mindre retraction – mycket slät yta kan uppnås.

- Lätt att skriva ut flexibelt material.

- Motor med lågt vridmoment räcker för att mata material.

- Kan skriva ut alla material, inklusive flexibla och högtemperaturmaterial.

Nackdelar:

- Tung eftersom motorn monteras på X-axelns portal – stor oro för att flytta skrivhuvudet.

- Långsam utskrift på grund av tunga delar.

- Svårt att underhålla.

- Kylproblem på varje del i Hot Chamber 3D-skrivare.

Direct-Drive Extruder/Hotend (Källa: TriangleLabs)

Bowden Extruder: Bowden Style Extruder består egentligen av två delar, Extruder och Hotend, med ett visst avstånd emellan. Vanligtvis är det cirka 30-45 cm långt med ett PTFE-rör. Filamentet pressas genom röret och till hotenden som är på avstånd. Det är så enkelt och du kan se extrusionsprocessen vid 3D-utskrift mycket tydligt.

Fördelar:

- Lättvikt – mycket snabbrörliga skrivhuvuden kan uppnås.

- Lätt att montera och underhålla.

- Kan enkelt appliceras på olika 3D-skrivarmekanismer eftersom skrivhuvudets vikt inte är en begränsning.

- Varmkammare är inget problem eftersom motorn för matning kan installeras utanför kammaren.

Nackdelar:

- Kräver ett extra långt PTFE-rör för materialmatning.

- Kontroll av extrudering är svårt.

- Kräver motor med högre vridmoment för att mata filamentet.

- Mycket begränsat material kan skrivas ut eftersom flexibelt filament inte kan skrivas ut väl och högtemperaturmaterial kräver en hotend helt i metall istället för att använda PTFE som bara tål max 260C.

Direct-Drive vs Bowden Diagram Mekanism (Källa: ResearchGate)

 

Nästan alla nuvarande 3D-skrivare implementerar nu Direct Drive-systemet på grund av kvaliteten och möjligheten att enkelt skriva ut flexibla material.

Minskade priser på små, lätta stegmotorer med högt vridmoment bidrar också mycket till ett effektivt Direct Drive-system.

Precisionsrörelse av extrudern är viktigt när användaren vill få en slät och fin yta. Det finns två inställningar att justera: e-step-inställningen i Firmware och flödesinställningen i Slicer-programvaran. Flödesinställningen, eller vad vissa slicer-program kallar Extrusion Multiplier (EM), är alltid inställd på standard 1.00 eller 100%. Denna inställning rörs vanligtvis inte om inte användaren vill byta materialtyp, t.ex. från ABS till PLA. E-step-inställningen, som finns i firmware, är mer teknisk eftersom den direkt styr motorn och växellådan.

Viktigt: Vissa 3D-skrivare (stängda system) - e-steps kan inte justeras eftersom leverantören redan har låst det. Det är normalt att ändra firmware kan skada skrivarhuvudet om det inte är korrekt inställt.

Extruderns växellåda bidrar också avsevärt till ett bra materialflöde. Ju högre utväxlingsförhållande extrudern har, desto lägre vridmoment och svalare stegmotor.

1. Enkelväxlad extruder: Det finns endast en växel och ett lager för att mata filamentmaterialet. Det är en grundläggande konfiguration för ett extrudersystem. Billiga system som grundläggande Ender-3 eller äldre skrivare använder denna konfiguration eftersom den är enkel och kan mata de flesta hårda filament.
2. Dubbelväxlad extruder: Dubbelväxlade extruders är nu ganska vanliga i 3D-skrivare eftersom de har bättre flöde och bättre grepp om filamentet. Den största nackdelen med denna modell är att den är skrymmande. Ja – dubbla växlar kräver fler växelmekanismer som tar upp plats, även om vissa nyare modeller är mindre.
3. Planetväxlad extruder: Den senaste förbättringen av växelmodellen är planetväxel (tillämpad på den senaste Prusa I3 MK4). Denna modell är så kompakt och bibehåller liten storlek och låg vikt samtidigt som den upprätthåller ett högt förhållande. Fler tillverkare kommer att tillämpa detta för sina direktextrudrar eftersom det är mycket effektivt.

 Hotend

På den andra delen, hotend, finns det två grundläggande typer av hotends: PTFE-fodrad och helmetall hotend.

 PTFE-fodrad hotend

PTFE-fodrad hotend använder ett PTFE-rör för att leda filamentet till munstycket. Denna typ av hotend kan endast skriva ut under 250C eftersom PTFE kommer att smälta och skadas om temperaturen överstiger 250C. Lågtemperaturmaterial för 3D-utskrift som PLA, PETG och flexibelt filament är att föredra med denna typ eftersom det ger färre problem. PTFE-rör är lätt att få tag på och byta ut om man har problem med igensatt hotend.

Helmetall hotend

Full Metal Hotend använder en hals helt i metall, vilket kräver extra försiktighet när användaren vill använda den. För det första används den oftast för högtemperaturmaterial som ABS, ASA, Nylon eller Polykarbonat. Att skriva ut PLA med denna Hotend kommer sannolikt att orsaka problem eftersom materialet blir mycket varmt och fastnar i metallhalsen. Högflödes-FLÄKT-kylning av halsen krävs och måste ställas in korrekt om man vill skriva ut lågtemperaturmaterial som PLA eller PETG. Längre hals och god kylfläns används för denna typ för att minska temperaturen nära materialinsättningen upptill. Varför behöver användaren denna typ av hotend? Högre temperatur naturligtvis... Och även snabbare 3D-skrivare kräver högre flödeshastighet. Så, lite mer smält material krävs för att anpassa sig till snabbare utskrifter.

Avancerade 3D-skrivhuvuden använder nu CanBus-system för att avsevärt minska antalet kabelrörelser längs huvudet. Det är en mycket bra implementering eftersom skrivhuvudet bara behöver 4 kablar istället för 16. Modulkort för individuella funktioner installeras på huvudet av Direct Extruder. Installation och felsökning för huvudet blir mycket enklare. Men detta CanBus-system är endast tillämpligt för nyare avancerade 3D-skrivares huvudkort - inte för billigare 3D-skrivare.

SKRIVEN AV: James Madison