Jedním z nejdůležitějších prvků 3D FDM tiskárny je sada skládající se z extruderu a hotendu.

Hotend je prvek určený k roztavení vlákna tak, aby mohlo protékat tryskou , přičemž brání přenosu tepla mimo takzvanou horkou zónu.

K tomu mají hotely obecně čtyři části:

  • Tryska: Je to prvek, kterým protéká roztavené vlákno,
    její rozlišení tiskárny v XY.
  • Topný blok: Je to prvek odpovědný za ohřívání trysky na teplotu tisku a udržování její stability.
  • Tepelná brzda: Slouží jako tepelný most. Odděluje horkou zónu od studené.
  • Chladič: Jeho funkcí je udržovat chladnou zónu v chladu a odvádět přebytečné teplo přenášené topným blokem.

Hotend

Obrázek 1: Teploty uvnitř hotendu. Zdroj: E3D.com

Na druhé straně je extrudér odpovědný za tažení vlákna do hotendu, takže uvnitř hotendu se vytváří dostatečný tlak, takže roztavený materiál proudí neustále a homogenně tryskou.

Direct Extrusor

Obrázek 2: Přímý extrudér. Zdroj: E3D.com

V současné době existují dva způsoby, jak kombinovat hotend s extruderem: systémy přímého vytlačování a systémy Bowden.

Directo vs Bowden

Obrázek 3: Schéma tiskárny s přímým extruderem a bowdenem. Zdroj: Recreus.com

systémech přímého vytlačování tvoří extruder a hotend jeden prvek , čímž se minimalizuje vzdálenost mezi tažným bodem a tryskou.

Ve vytlačovacích systémech Bowden je extruder držen pevně v rámu 3D tiskárny a tlačí vlákno do hotendu trubicí zvanou Bowdenová trubice.

Ačkoli se hodně diskutovalo o tom, který ze dvou systémů je lepší, oba mají velké výhody i některé nevýhody. Výběr toho nejvhodnějšího bude záviset na několika faktorech , jako je typ materiálu, který se běžně používá, rychlost tisku nebo kvalita rámu tiskárny.

Retrakce

Když extruder tlačí vlákno směrem k hotendu, vlákno se komprimuje a vytváří potřebný tlak uvnitř trysky pro řádný tok roztaveného materiálu . Když však nechceme vytlačovat materiál, nebude stačit přestat tlačit na vlákno, protože zbytkový tlak v důsledku stlačení způsobí, že materiál bude dále proudit. To je důvod, proč pokaždé, když je hotend přesunut do nové polohy a není nutné přidávat materiál, musí být vlákno zasunuto v potřebné vzdálenosti, aby mohlo dekomprimovat a uvolnit tlak uvnitř trysky. Toto je známé jako retrakce a má velký význam v procesu 3D tisku.

Retracciones

Protože plasty obecně nejsou tuhé materiály, čím větší je vzdálenost mezi extruderem a hotendem , tím větší je komprese vlákna potřebná k dosažení adekvátního tlaku v trysce. Díky tomu je také potřebná větší zatahovací vzdálenost, aby se tento tlak uvolnil . To je důvod, proč zatímco v přímých systémech jsou retrakční vzdálenosti obvykle mezi 0,8 mm a 2 mm, v systémech vytlačování Bowdenem mohou dosáhnout hodnot 5 nebo 6 mm.

Schopnost používat nízké hodnoty zatažení má důležité výhody . Na jedné straně jsou doby stahování nižší, což v částech, které zahrnují mnoho stažení, může představovat významné snížení doby tisku .

Setrvačnosti

Navzdory skutečnosti, že jak z hlediska smršťování, tak z hlediska použití flexibilních vláken, systémy přímého protlačování zvítězí , existuje jedna charakteristika, ve které vynikají systémy Bowden a která pro určité aplikace může mít velký význam a tím je setrvačnost.

Jedním ze základních parametrů tisku je rychlost . A ačkoli mnoho tiskáren umožňuje použití rychlostí až 80 nebo 100 mm / s, existuje prahová rychlost, nad kterou je nemožné tisknout bez obětování kvality dílů . Je tomu tak proto, že hotend se nemůže pohybovat konstantní rychlostí, ale pokaždé, když změní směr, musí zpomalit na určitou rychlost změny směru a poté znovu zrychlit.

Důvodem je první Newtonův zákon . Vzhledem k hmotnosti, kterou má hotend, má při pohybu určitou setrvačnou sílu, čím větší, tím větší je jeho hmotnost nebo rychlost . Při změně směru se setrvačná síla přenáší na zbytek tiskárny, což způsobuje vibrace a značnou ztrátu přesnosti . Aby se tomu zabránilo, je třeba před změnou směru snížit rychlost na hodnotu, která bude záviset hlavně na tuhosti struktury tiskárny a hmotnosti hotendu. Méně robustní a lehká struktura bude znamenat použití nižších rychlostí změny směru a pomalejších křivek zrychlení a zpomalení, protože jeho kapacita absorbovat setrvačnost bude menší, což bude znamenat nižší rychlosti a delší doby tisku. Jediným způsobem, jak snížit setrvačnost, je snížit rychlost nebo hmotnost.

Kalibrační kostka
Kalibrační kostka
Obrázek 7: Vliv vibrací způsobených setrvačností na kvalitu tisku. Zdroj: 2Dprinterwiki.com

A právě zde systémy Bowden mají výhodu. Upevněním extruderu, který je nejtěžší částí, a pohybem pouze hotendu, se setrvačnost výrazně sníží . To umožňuje 3D tiskárnám se systémy Bowden používat výrazně vyšší rychlosti tisku než tiskárny s přímým systémem, aniž by byla obětována kvalita tisku.

Volba mezi systémem Bowden a přímým systémem.

Volba mezi přímým systémem a Bowdenem bude v zásadě záviset na tom, zda bude mít přednost rychlost tisku nebo univerzálnost a snadnost použití nových materiálů .

Pokud chcete vyrábět co nejvíce dílů v co nejkratším čase a budete používat materiály jako PLA nebo PETG, bude nejlepším řešením tiskárna se systémem Bowden.

Na druhou stranu, pokud je prioritou použití technických a elastických materiálů a získání nejlepší možné kvality za cenu obětování rychlosti tisku, bude ideální volbou systém přímého vytlačování.