Spis treści:
Czerpanie radości z druku 3D nie wymaga szczegółowej znajomości budowy drukarek 3D od ich użytkowników. Warto jednak poznać przynajmniej podstawy i odczarować nieco wszystkie te tajemnicze elementy, które znajdują się w tych maszynach. Dziś ekstruder, czyli małe serce drukarki 3D. Przyjrzyjmy się temu, za co odpowiada i do czego służy.
Jak drukuje się w 3D?
Dla większości twórców i hobbystów druk 3D kojarzy się w jeden sposób: widzą stacjonarne maszyny, najczęściej wcale nie takie wielkie, które wykorzystują proces technologii wytwarzania przyrostowego znany jako Fused Deposition Modeling (FDM) lub Fused Filament Fabrication (FFF) – w zależności od tego, kogo pytamy, bo te dwa skrótowce oznaczają praktycznie to samo.
W telegraficznym skrócie – metoda FDM polega na wprowadzeniu nitki tworzywa sztucznego (filamentu) do gorącego bloku metalu z dyszą. Włókno topi się, a ruchy drukarki umieszczają je w pożądanym kształcie. Ścieżka ta jest powtarzana i układana stopniowo, aż powstanie pełny obiekt 3D. Ale o tym wiedzą wszyscy czytelnicy bloga Botland i posiadacze drukarek 3D.
Jak działa ekstruder w drukarce 3D?
Operowanie materiałem – topienie i “wypluwanie” go, aby stworzył pożądany model – odbywa się w zespole części, które dla niektórych znane są pod wspólną nazwą ekstrudera. Bez niego wykonywanie wydruków nie byłoby możliwe. I choć mechanicznie nie jest to aż tak skomplikowane, to warto wiedzieć, że drukarka 3D ma jeszcze inne części, które umożliwiają wytłaczanie filamentu.
Na początek – są dwie szkoły. Według jednych ekstruder to wyłącznie silnik i związane z nim części, które popychają i ciągną filament. Inni za ekstruder uznają cały zespół elementów, łącznie z gorącą końcówką, gdzie następuje topienie i osadzanie filamentu do druku 3D.
Spójrzmy na ekstruder kompleksowo – jak na zestaw, czy też zespół wyspecjalizowanych elementów drukarki 3D. Wyjaśnienie działania ekstrudera wymaga dokładnego przyjrzenia się dwóm kluczowym częściom określanym powszechnie jako hot end (spotykane zapisy: hotend, hot-end) i cold end. To gorący i zimny koniec.
Wiedza na chłodno. Ekstruder i cold end
Zimny koniec odnosi się do górnej części systemu ekstrudera drukarki 3D, gdzie filament jest podawany i przekazywany do gorącego końca (dolnej części systemu ekstrudera) w celu stopienia i wytłoczenia filamentu, aby ten mógł trafić na print bed – to podstawa dla naszej konstrukcji, czyli pole robocze drukarki 3D.
Ten element ekstrudera drukarki 3D składa się zazwyczaj z:
- silnika krokowego, dzięki któremu możliwy jest ruch filamentu,
- śruby z łbem walcowym lub zębatej przekładni zamontowanej na wale silnika, która przenosi ruch,
- sprężynowego koła zębatego, które utrzymuje nacisk na filament,
- rurki z PTFE, która prowadzi filament do miejsca przeznaczenia.
Faktyczne rozmieszczenie i pozycja zależy od tego, z jakim typem ekstrudera mamy do czynienia, a dokładniej: czy jest to ekstruder bezpośredni (direct), czy ekstruder Bowdena. Cold end może posiadać przekładnie zamontowane albo do ramy drukarki, albo do samej głowicy drukującej – znów w zależności od rodzaju ekstrudera. Dodatkowo w ekstruderze mogą znajdować się wspomniane rurki PTFE prowadzące filament do hot endu (w przypadku ekstrudera Bowdena, który montuje się na ramie drukarki).
Ważna część w druku 3D - silnik krokowy
To dobre miejsce na przerywnik, zanim przejdziemy do hotendu. Skromnie wspomniany silnik krokowy napędza ruch i ekstruzję filamentu w większości, jeśli nie we wszystkich nowoczesnych drukarkach 3D. Nie ma sensu się powtarzać – szczotkowe i bezszczotkowe silniki krokowe opisaliśmy dla Was szerzej w tym artykule. Polecamy zapoznać się z tym, jak działają, bo zrozumienie silników krokowych to nie tylko absolutne podstawy druku 3D, ale także fundament wiedzy z dziedziny elektroniki montażowej, elektroniki użytkowej i nie tylko.
Druk 3D na gorąco albo wcale, czyli ekstruder i hot end
Anatomia hotendu to ważna sprawa w druku 3D. Hotend jest komponentem integralnym dla budowy drukarek 3D. Co ciekawe, w przeciwieństwie do wielu innych komponentów, HotEnd raczej nie może być wydrukowany – taka uwaga z myślą o tych, którzy… tworzą drukarkę 3D z druku 3D. Element ten mocno się nagrzewa, przez co nie może być wykonany z byle czego.
W strefie podgrzewania ekstrudera znajdują się:
- blok grzewczy z grzałką, czyli nasz hot end. Tworzy kanał do podawania filamentu,
- dysza (nozzle), ostatni element roboczy drukarki 3D. Metalowa lub z odpowiedniego stopu (często miedź lub mosiądz), solidna, odporna na wysokie temperatury. Umieszcza rozgrzany filament na platformie roboczej.
Działanie i budowa ekstrudera - często spotykane rodzaje
- Ekstruder standardowy – radełko znajduje się na osi silnika. Mniej dokładny od swoich braci. Może się zdarzyć, że filament będzie “przeskakiwał” po zębach na radełku.
- Ekstruder z zębatką – oś silnika jest połączona z zębatką, nie zaś z radełkiem, jak w przypadku poprzednika – samo radełko znajduje się na innej zębatce. Większy moment obrotowy, co przekłada się na stabilniejsze przepychanie filamentu.
- Ekstruder z podwójnym zazębieniem – zębatka na osi silnika przenosi ruch (czy raczej: siłę) na drugą zębatkę. To miejsce na kolejne radełko zamiast łożyska do podtrzymywania filamentu. Materiał jest więc przesuwany z obu stron – taki ekstruder posiada legendarna Prusa i3 MK3 dostępna w Botland.
Nie taka skomplikowana drukarka 3D, jak ją malują. Zaprezentowaliśmy dziś wiedzę podstawową – zajrzyjcie do nas, a zastanowimy się razem nad wyborem lub ewentualnymi kłopotami z ekstruderem.
