Los extrusores son el corazón de su impresora 3D y manipulan su filamento y lo convierten en un líquido viscoso adecuado para crear una impresión 3D. Sin embargo, estos bloques, llenos de varias partes, pueden ser confusos si no sabe qué hay debajo del capó.
Una extrusora de impresora 3D funciona empujando el filamento a través de un área de enfriamiento, luego un área calentada antes de que escape por la boquilla. Las extrusoras vienen en varias variedades, pero todas contienen un extremo frío y un extremo caliente que alimentan más filamento y mantienen las temperaturas ideales para la impresión.
En este artículo, lo guiaré a través de cada paso por el que pasa su filamento, desde que ingresa a su extrusora hasta que llega a la plataforma de impresión. También le hablaré de las diferencias entre cada estilo de extrusor, enumerando sus ventajas y desventajas para darle una idea completa de lo que está sucediendo en el sistema de extrusión de su impresora 3D. ¡Entremos en ello!
¿Qué es una extrusora de impresora 3D?
Probablemente ya sepa qué es una extrusora. Sin embargo, es posible que no sepa dónde se detiene y termina la extrusora. Por ejemplo, algunas personas tienen ideas diferentes de lo que es una extrusora. Entonces, vayamos al fondo de este concepto erróneo y hablemos sobre qué es y qué no es una extrusora.
Una extrusora de impresora 3D es el mecanismo de su impresora 3D que alimenta el filamento, lo calienta y lo expulsa a medida que imprime. La extrusora contiene muchos componentes (incluidos los extremos caliente y frío) que consisten en partes como el sensor de temperatura, el engranaje impulsor, la boquilla y los ventiladores.
Hay dos estilos de extrusora de impresión 3D estándar: el tubo Bowden y el accionamiento directo. Estas extrusoras contienen las mismas partes, excepto que la extrusora de estilo Bowden tiene un tubo Bowden largo. De lo contrario, estas extrusoras incluyen el mismo hardware (pero más sobre eso más adelante).
Esencialmente, una extrusora contiene un canal que procesa el filamento. Sin embargo, varias partes se encuentran a lo largo de este canal y cada elemento interactúa con el filamento de manera diferente.
Por lo tanto, la extrusora utiliza varios componentes para convertir su carrete rígido de filamento en una cadena uniforme de material fundido.
Puede dividir los procesos dentro de una extrusora en dos funciones principales.
La mitad superior de la extrusora (llamada extremo frío) contiene las partes que empujan el filamento a través del canal de la extrusora, manteniendo un nivel de presión uniforme para mantener las capas rectas y consistentes.
Sin embargo, la mitad inferior de la extrusora (el extremo caliente) calienta el filamento y mantiene la temperatura de impresión mediante ventiladores, sensores y elementos térmicos.
El proceso de extrusión de filamentos: de la bobina a la impresión
Si miras dentro de una extrusora, es como un mini lavado de autos con múltiples mecanismos y pasos que cambian a medida que el filamento se desliza a través de él.
Entonces, con todos estos pasos, analicemos y sigamos el proceso, siguiendo el filamento a través de la extrusora.
1. El filamento entra en el extrusor
Con todas las impresiones 3D FDM o FFM, comienza con un carrete de filamento y una impresora 3D. Por lo general, es mejor precalentar su impresora 3D antes de alimentar el filamento para que el extremo caliente esté tibio desde el principio. Para unir su filamento a la extrusora, deberá liberar la tensión en el mecanismo de alimentación, lo que generalmente puede hacer presionando una palanca o botón en su extrusora.
Luego, introducirá el filamento en un pequeño orificio en la parte superior o lateral de la extrusora. Ahí es donde comienza la diversión.
2. El engranaje impulsor y el cojinete alimentan el filamento al extrusor
Una vez que comienza a imprimir, la extrusora engrana el engranaje impulsor y el rodamiento. El engranaje impulsor, un engranaje delgado, plano y dentado, es el componente que empuja el filamento hacia abajo a través de la extrusora. Está conectado a un motor paso a paso para proporcionar la presión ideal para su tasa de extrusión.
Encontrarás el rodamiento al otro lado del canal donde corre el filamento. Este rodamiento usa un resorte para presionar contra el filamento, asegurando que no pierdas tensión.
3. Los ventiladores soplan aire frío sobre el filamento
A medida que el engranaje impulsor y el cojinete giran, alimentando el filamento hacia abajo a través de la extrusora, el filamento se dirige hacia los ventiladores. Estos ventiladores sirven para varios propósitos. En primer lugar, ayudan a crear una división entre tu extremo caliente y el extremo frío. Mantienen el filamento frío a medida que se acerca al hotend, lo que garantiza que el material no se moquee ni se caliente antes de llegar al elemento calefactor.
Entonces, sin los ventiladores, su filamento podría derretirse antes de lo debido, creando un desastre de plástico solidificado dentro de la extrusora.
En segundo lugar, los ventiladores de la extrusora también garantizan que el extremo caliente no se caliente demasiado, ya que el calor podría derretir la carcasa de la extrusora y cualquier otra pieza de plástico de la impresora.
4. El filamento ingresa al extremo caliente
Llegaste al extremo caliente, donde suceden las cosas emocionantes. Dentro del extremo caliente, encontrará el disipador de calor, el bloque calefactor, el sensor de temperatura y el elemento calefactor. Debajo de estas partes está la boquilla. El filamento funciona desde la sección del ventilador hasta el disipador de calor, un tubo de metal que se enrosca en el bloque de calor.
El disipador de calor mantiene el filamento fresco a medida que se acerca al bloque de calor. Esta área de enfriamiento asegura que el filamento no se ablande antes de llegar al bloque de calor, protegiéndolo de calentarse demasiado y derretirse o quemarse dentro de su extrusora.
Luego, la punta del filamento ingresa al bloque del extremo caliente o al bloque del calentador, el componente tibio que licuará el filamento.
El bloque del extremo caliente mantiene un calor constante mediante un sensor de temperatura y un elemento de calor. El elemento calefactor calentará el metal (y posiblemente el PTFE) dentro del extremo caliente hasta que alcance la temperatura de impresión que configuró en su Slicer.
Luego, si el extremo caliente se calienta un grado más que la temperatura de impresión establecida, desactivará el elemento calefactor. Cuando la temperatura desciende una fracción de grado, el sensor girará el elemento calefactor. Por lo tanto, al usar este sensor, la temperatura se mantiene casi completamente constante, lo que garantiza que nunca sobrecaliente o subcaliente su filamento.
5. El filamento fundido escapa de la boquilla
A medida que el engranaje impulsor y el cojinete continúan empujando más filamento a través de la extrusora, la presión hace que el filamento fundido y viscoso salga del bloque del extremo caliente a través de la boquilla. Por lo general, hay una pequeña ruptura de calor entre la boquilla y el bloque del extremo caliente para garantizar que el filamento se enfríe cuando golpea la superficie de construcción y que se adhiera pero no salga a borbotones ni se escurra por las capas anteriores.
Mientras esto ocurre, el resto de su impresora 3D está trabajando duro para determinar dónde irá ese filamento.
Una vez que su impresora complete una capa, detendrá el engranaje impulsor, retraerá el filamento y comenzará de nuevo cuando su carro alcance las coordenadas adecuadas. Este proceso continúa hasta que tenga una impresión 3D completamente terminada en su cama.
¿Hay diferentes tipos de extrusoras?
Hay dos tipos diferentes de extrusoras. Estos son tubos Bowden y extrusoras directas. Estos extrusores funcionan de la misma manera, pero sus configuraciones son diferentes. Las extrusoras de estilo Bowden son significativamente más comunes que las extrusoras directas.
Por lo tanto, no todas las extrusoras son iguales, pero en última instancia realizan los mismos procesos.
¿Cuál es la diferencia entre un Bowden y un extrusor directo?
La diferencia entre una Bowden y una extrusora de transmisión directa es la ubicación del extremo frío del sistema de extrusión. En un sistema Bowden, el extremo frío no está en el carro del eje X sino en el costado de la impresora, donde un tubo Bowden largo lo conecta con el extremo caliente del carro X.
Entonces, echemos un vistazo más profundo a estas diferencias y analicemos los pros y los contras de cada tipo de extrusora.
Extrusoras Bowden
Las extrusoras de estilo Bowden son el estilo más común y las encontrará en la mayoría de las impresoras 3D para uso personal.
En estos sistemas de extrusión, el extremo frío y el extremo caliente se encuentran en lugares completamente diferentes. En la mayoría de las impresoras 3D, encontrará el extremo frío sujeto al costado del carro del eje Z. El extremo caliente siempre estará en el carro del eje X.
Un tubo Bowden (o tubo de plástico hueco) conecta estos dos componentes. A medida que la extrusora extruye su filamento, debe mover el filamento a través de este tubo para llegar al extremo caliente.
ventajas
- Dado que las piezas de extrusión en el carro X son más pequeñas y menos, las extrusoras Bowden pueden imprimir más rápido y es menos probable que salten.
- Las extrusoras Bowden son más fáciles de reparar y reemplazar ya que los extremos frío y caliente no están conectados directamente. Por lo tanto, puede actualizar el tubo Bowden, el extremo caliente o el extremo frío individualmente sin reemplazar todo el sistema.
Contras
- Encontrar la configuración de retracción ideal puede ser un desafío, ya que la impresora tiene que alimentar el filamento a través del tubo Bowen desde el extremo frío hasta el extremo caliente.
- Es un desafío imprimir con filamentos flexibles, ya que es más probable que se atasquen o se doblen dentro del tubo Bowden.
- Las impresoras 3D económicas con sistemas de extrusión de estilo Bowden tienen más probabilidades de desmoronarse que los sistemas de transmisión directa. Específicamente, es mucho más probable que el tubo Bowden se salga mientras está imprimiendo.
- El tubo puede interferir con su tasa de extrusión, creando inconsistencias menores.
Extrusoras de accionamiento directo
Las extrusoras de accionamiento directo no separan el extremo frío del extremo caliente. Por lo general, tienen forma de bloque y, en el interior, encontrará el extremo frío directamente apilado sobre el extremo caliente.
ventajas
- Configurar la retracción es simple ya que el mecanismo que alimenta tu filamento está muy cerca del hotend.
- Son ideales para imprimir filamentos flexibles.
- Los sistemas de extrusión de accionamiento directo son confiables y rara vez se deshacen.
- Los accionamientos directos le brindan más control sobre su tasa de extrusión.
Contras
- Los accionamientos directos ponen más peso en el carro del eje X, lo que reduce la velocidad de impresión.
- Es difícil reemplazar piezas individuales ya que todas están conectadas en un bloque sellado.
Para una representación visual de la diferencia entre las extrusoras Bowden y de transmisión directa, vea este fantástico video de YouTube de ModBot:
¿Cuál es la diferencia entre un hotend totalmente metálico y uno revestido de PTFE?
La diferencia entre un hotend totalmente metálico y uno revestido de PTFE es el material utilizado para guiar el filamento a través de la boquilla. Los hotends totalmente metálicos suelen ser de acero inoxidable, mientras que los hotends revestidos de PTFE consisten en politetrafluoroetileno, un polímero sintético.
Hotends totalmente metálicos
Los hotends totalmente metálicos consisten en acero inoxidable en la mayoría de los casos, aunque puede encontrar variedades de latón. Estos hotends son mucho más confiables que sus contrapartes de PTFE, pero no son tan fluidos. Por lo tanto, los extremos calientes totalmente metálicos experimentan obstrucciones con mucha más frecuencia.
Sin embargo, dado que estos extremos calientes son de metal, se degradarán muy lentamente y es posible que nunca necesiten reemplazo. Además, son esenciales para la impresión en 3D de calidad alimentaria, ya que el PTFE es tóxico cuando se calienta.
ventajas
- Los hotends de acero inoxidable no son tóxicos, por lo que puede usarlos para la impresión 3D de calidad alimentaria.
- Soportarán temperaturas de impresión más altas sin degradarse.
- Son un poco más caros que los extremos calientes revestidos de PTFE.
Contras
- Los filamentos pueden adherirse al metal y crear obstrucciones en la extrusora.
- La retracción no funciona tan bien y, a menudo, provoca obstrucciones.
Extremos calientes revestidos de PTFE
Es probable que su impresora 3D venga con un extremo caliente revestido de PTFE. El PTFE, o politetrafluoroetileno, es un polímero sintético conocido por sus propiedades antiadherentes. Debido a que es tan suave y no adhesivo, usarlo en su extremo caliente reduce la obstrucción y facilita la retracción en su impresora 3D.
Los tubos Bowden generalmente consisten en PTFE para reducir la flexión y la adherencia a medida que la impresora extruye. Sin embargo, es posible que encuentre un revestimiento de PTFE en los extremos calientes de transmisión directa y tubo Bowden.
ventajas
- La retracción es más fácil y rápida ya que el PTFE es muy suave.
- El PTFE reduce significativamente las posibilidades de obstrucción.
- Son un poco menos costosos que los extremos calientes totalmente metálicos.
Contras
- El PTFE se degrada a temperaturas de impresión más altas (superiores a 240 °C o 464 °F), lo que lo hace inadecuado para filamentos de impresión 3D como nailon, PETG y policarbonato.
- El PTFE puede ser tóxico.
- Debe reemplazar los revestimientos de PTFE con regularidad.
Para ir finalizando
Una extrusora de impresora 3D alimenta el filamento a una cámara que primero asegura y enfría el filamento, luego lo calienta y lo empuja a través de la boquilla. Los extrusores pueden ser de tubo Bowden o directos. Aunque cada uno de estos estilos tiene sus ventajas y desventajas, funcionan de la misma manera para extruir su filamento y convertirlo en un material moldeable y funcional.
Del mismo modo, sus hotends pueden ser totalmente metálicos o revestidos de PTFE, y cada uno de estos afectará el rendimiento, pero ambos realizan los mismos procesos para calentar y licuar sus filamentos.