Extrusoras 101: un curso intensivo sobre un componente esencial de su impresora 3D

Me alegro de verte, soy Luis, un apasionado de la impresión 3d y aquí os traigo una entrada que espero que os sea interesante 🙂.

La extrusora es uno de los componentes más importantes de una impresora 3D. Es responsable de enviar la cantidad correcta de filamento al extremo caliente donde se derrite y extruye en capas delgadas para hacer su pieza. Es importante tener en cuenta que la extrusora no es lo mismo que el extremo caliente, aunque estos términos comúnmente se combinan. La extrusora se conoce comúnmente como el «extremo frío» porque el filamento está «frío» cuando pasa a través de la extrusora en el camino hacia el extremo caliente.

Hay dos tipos básicos de extrusoras disponibles actualmente, Bowden y Direct, y existe mucha información contradictoria sobre ambos. Si ha leído que “Las extrusoras Bowden no pueden manejar filamentos flexibles y tienen demasiados hilos”, o “Las extrusoras directas son lentas y tienen demasiada reacción” y salen confundidos, estamos aquí para ayudarlo. Lo guiaremos a través de los conceptos básicos para ayudarlo a comprender las diferencias y decidir qué opción es la adecuada para usted.

Conceptos básicos de la extrusora

Antes de entrar en las diferencias entre las extrusoras Bowden y Direct, repasemos las similitudes. Todas las extrusoras tienen algunas cosas en común.

Motores

Todas las extrusoras tienen motores. Las impresoras 3D de escritorio suelen utilizar motores paso a paso NEMA 17. “NEMA 17” solo significa que tiene una placa frontal de 1.7 ”x 1.7”. No todos los NEMA 17 son iguales. Pueden tener engranajes, 0.9 grados / paso, 1.8 grados / paso, etc. Pueden tener diferentes clasificaciones de voltaje, diferentes clasificaciones de corriente, vienen en una variedad de longitudes y pueden proporcionar diferentes cantidades de torque. Esos detalles no son muy importantes por ahora, pero es importante señalar que ninguna de esas especificaciones es intrínsecamente mejor o peor para su uso como motor de extrusión. Los requisitos del motor necesarios para el funcionamiento adecuado de su extrusora dependerán principalmente de la configuración específica del ensamblaje del extrusor y la configuración de la impresora.

 

Motor paso a paso NEMA 17


Engranaje impulsor de filamento

Se necesita algo para ‘agarrar’ el filamento y extruirlo a través del extremo caliente. Debido a la gran variedad de implementaciones de extrusoras, no todas son iguales. Los dos más comunes que verá son pequeños engranajes de acero que han sido tallados y tornillos tallados. ‘Hobbed’ solo significa que se han cortado estrías o dientes. Los engranajes se montan en el eje del motor y los pernos suelen ser accionados por motores de extrusión con engranajes.

Perno fruncido


Engranaje de encimera


Ocioso

La rueda loca es el mecanismo que sostiene el filamento contra el engranaje impulsor para que sea extruido a través del extremo caliente. Se han utilizado cojinetes, tubos de PTFE, plástico impreso y ruedas de goma. Algunas extrusoras, como la Bondtech, utilizan 2 engranajes impulsores. Lo importante de la rueda loca es que se puede aplicar la presión adecuada contra el filamento del engranaje impulsor. Demasiada, muy poca o inconsistente presión dará lugar a problemas de extrusión.

 

Muy bien, ahora que hemos cubierto los conceptos básicos que son comunes a todos los extrusores, veamos las diferencias.

Extrusoras directas

Las extrusoras directas son simplemente extrusoras que se conectan directamente al extremo caliente. Esta es una extrusora Lulzbot Mini y un extremo caliente. Es una extrusora directa con engranajes que funciona con filamentos de 3 mm.

 

Desglose del extrusor de accionamiento directo (LulzBot)


Configuración de Idler Gear y HotEnd (Lulzbot)


Es importante tener en cuenta que una extrusora directa no es necesariamente lo mismo que una conducir extrusora. Una extrusora de accionamiento directo simplemente significa que el mecanismo de accionamiento del filamento está montado directamente en el eje del motor. Tanto las extrusoras bowden como las directas pueden ser de accionamiento directo.

Extrusoras Bowden

Una extrusora Bowden no está conectada directamente al extremo caliente. En cambio, un tubo se extiende desde el cuerpo de la extrusora hasta el extremo caliente. A esto se le llama tubo Bowden. Por lo general, es una sección de tubería de PTFE (Teflon ™). El filamento está restringido por el tubo y viaja a través de él hasta el extremo caliente. Este es un EZStruder, fabricado por SeeMeCNC. Es una extrusora Bowden de accionamiento directo que funciona con filamento de 1,75 mm.

Configuración típica de extrusión Bowden (EZStruder, fabricada por SeeMeCNC)


Lado del extremo caliente de la extrusión Bowden


Ok, entonces cual es mejor?

Sería realmente bueno si uno de ellos fuera muy superior al otro, pero ambos tienen sus propias fortalezas y debilidades.

Fortalezas de la extrusora directa

Uno de los principales beneficios de una extrusora directa es la distancia muy corta entre el mecanismo de accionamiento (polea o engranaje fresado) y el extremo caliente. Una distancia más corta proporciona una mejor respuesta a la extrusión y retracciones. También requiere menos torque que una extrusora Bowden para extruir el filamento a través del extremo caliente. Una mejor capacidad de respuesta puede producir impresiones más limpias, lo que se traduce en menos encordado, supuración u otros artefactos en el acabado de la superficie. Un requisito de par más bajo significa que puede usar un motor más pequeño, o puede usar el mismo tamaño de motor con una configuración de corriente más baja.

La distancia más corta también puede facilitar la impresión con materiales flexibles (como Ninjaflex, Soft PLA y TPU). Aunque muchas extrusoras directas requieren una ligera modificación para manejar específicamente filamentos flexibles, en general, las extrusoras directas son más adecuadas para los flexibles que las extrusoras Bowden.

Nota técnica: «Capacidad de respuesta» anterior se refiere a la histéresis, o retraso, del sistema. Las extrusoras directas generalmente tienen menor / menor histéresis que las extrusoras Bowden. En igualdad de condiciones, cuanto menor sea la distancia entre el punto de pellizco de la rueda loca / engranaje y la zona de fusión, menor será la histéresis.

 

Debilidades de la extrusora directa

Debido a que las extrusoras directas están conectadas directamente al extremo caliente, su masa debe moverse junto con el extremo caliente. Mover más masa significa más probabilidad de reacción, sobreimpulso y oscilación del marco (hay otras cosas, pero estas son las más importantes para los propósitos de este artículo). No entraremos en detalles técnicos sobre la mecánica específica involucrada, pero, para ilustrarlo rápidamente, imagine conducir un automóvil. Es mucho más fácil detenerse si su automóvil pesa 2000 libras que si pesa 4000 libras, ¿verdad? También es más fácil acelerar y cambiar de dirección, y mejora el rendimiento de la gasolina.

Lo mismo ocurre con su impresora. El firmware de su impresora calcula la aceleración, la desaceleración y los cambios de dirección para cada pieza. Su firmware no sabe cuánto pesa su carro de extremo caliente, qué tan rígido es el marco de su impresora o qué tan apretados están sus cinturones. Por lo tanto, si no tiene una buena configuración de aceleración y velocidad específica para su impresora 3D, es mucho más probable que experimente sobreimpulso, reacción, oscilación del marco (así como pasos omitidos o omitidos) con una extrusora directa debido al aumento masa en el carro del extremo caliente. La masa adicional también necesita más corriente de motor, lo que genera más calor en sus motores y en los controladores de motor.

Dicho de otra manera, en igualdad de condiciones, puede imprimir más rápido, con más precisión y con más precisión con una extrusora Bowden que con una extrusora directa porque puede acelerar y desacelerar más rápido, así como cambiar de dirección con mayor precisión y precisión debido a a menos masa en el carro del extremo caliente.

Esto no significa que no pueda compensar la masa adicional en su firmware y configuración de corte, pero dependiendo de su máquina, definitivamente puede ser el factor limitante en su calidad de impresión y velocidad de impresión.

Puntos fuertes de la extrusora Bowden

Todos los beneficios de un bowden están relacionados con no tener la masa agregada del cuerpo de la extrusora (motor, rueda loca, engranaje, etc.) montada en el carro del extremo caliente. En igualdad de condiciones, una impresora con una extrusora Bowden puede moverse e imprimir más rápido, con mayor precisión y con más precisión que la misma impresora con una extrusora directa.

Debilidades de la extrusora Bowden

La debilidad más comúnmente escuchada de las extrusoras Bowden está relacionada con la retracción y el encordado o supuración. La mayor distancia entre el punto de pellizco de la rueda loca / engranaje y el extremo caliente aumenta la histéresis (retraso) del sistema. La mayoría, si no todo, de esto se puede ajustar en la configuración de corte y / o ajustes de firmware, pero lo contaremos como una debilidad por el bien de este artículo.

Las extrusoras Bowden tienen más fricción en el filamento porque tiene que viajar mucho más lejos desde el punto de pellizco de la rueda loca / engranaje hasta el extremo caliente. Esto puede requerir el uso de una extrusora con engranajes para un torque adicional. El aumento de la fricción también puede dificultar la impresión de filamentos flexibles.

Dicho esto, este parece un momento apropiado para abordar el tema de los filamentos flexibles.

Filamentos flexibles

A menudo verá o escuchará que no puede imprimir flexibles con extrusoras Bowden. Esto es claramente falso. Tampoco es cierto que las extrusoras directas puedan imprimir con flexibles simplemente porque son directas. Si bien las extrusoras directas pueden imprimir flexibles más fácilmente por las razones explicadas anteriormente, en realidad solo hay una cosa necesaria para imprimir con éxito filamentos flexibles en cualquier tipo de extrusora: una ruta completamente restringida desde el punto de pellizco de la rueda loca / engranaje hasta el extremo caliente.

Esta ilustración muestra una extrusora sin restricciones y el problema que presentan los filamentos flexibles.

Comportamiento típico de extrusión con material rígido (izquierda) frente a material flexible (derecha)


Esto es cierto tanto para el tipo directo como para el tipo bowden. Si hay espacio para el filamento, eventualmente lo hará, se atascará, se atascará y causará una impresión fallida.

La extrusora totalmente restringida proporciona
guía para filamentos flexibles


Esta imagen muestra una extrusora totalmente restringida que podría imprimir con éxito filamentos flexibles.

No hay ningún lugar adonde ir el filamento una vez que pasa por el punto de pellizco de la rueda loca / engranaje.

Esta es una extrusora BondtechQR desmontada. Es una extrusora con engranajes que se puede configurar como directa o bowden, y tiene una trayectoria de filamento totalmente restringida. Está disponible para filamentos de 1,75 mm y 3 mm. Observe la «cuña» que se extiende hasta el punto de pellizco en las alimentaciones de entrada y salida en la ruta del filamento. Es una excelente extrusora, capaz de extruir cualquier filamento actualmente disponible.

La extrusora BondtechQR desmontada tiene una trayectoria de filamento totalmente restringida


Vea la ‘cuña’ en la extrusora BondtechQR, esto proporciona soporte al filamento durante la extrusión y es ideal para material flexible.


entonces cual es el mejor?

Eso realmente depende de algunas cosas además de la extrusora. ¿Qué tipo de impresora tienes? ¿Cartesiano o Delta? ¿Planea imprimir muchos materiales flexibles? ¿Quiere imprimir lo más rápido posible manteniendo la precisión?

Los deltas no funcionan bien con masa adicional en el efector, por lo que se adaptan mejor a los bowdens. Si su máquina cartesiana no es muy rígida, probablemente le irá bien con un bowden. Si tiene un cartesiano realmente rígido y bien afinado, y la velocidad no es muy crítica, es probable que obtenga excelentes resultados con un directo.

Cualquiera que sea el caso, las extrusoras directas y bowden estarán disponibles por un tiempo, y ninguna es intrínsecamente mejor que la otra. Esperamos que este artículo haya ayudado a eliminar la confusión y le haya brindado suficiente información para que pueda decidir cuál es la mejor opción para su impresora y sus requisitos específicos.

¡Feliz impresión!

 

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