In questo post ti faremo scoprire, passo passo, il nuovo estrusore BQ, mostrando brevemente tutti i miglioramenti rispetto alla versione precedente e come ne influenzano il funzionamento. Inizieremo con una descrizione generale dell’estrusore per poi analizzarne i singoli componenti: il hot-end, il sistema di ingranaggi a doppia trazione e le altre parti.
Questa è l’introduzione a una serie di post dettagliati su ogni componente che forma l’estrusore.
Dei tre tipi di estrusore che si trovano sul mercato per le stampanti 3D (tradizionale, 100% formato da varie parti metalliche, e monoblocco), è stato selezionato un estrusore tradizionale.
Un estrusore tradizionale è formato da varie parti, con all’interno un tubo in PTFE (o similare).
E’ stato scelto principalmente per due motivi: modularità e migliore controllo della temperatura.
- Modularità, significa che le singole parti possono essere acmbiate in caso di rottura, o adattate alle richieste.
- L’uso di parti differenti permette di utilizzare differenti materiali, così da poter migliorare il controllo di temperatura utilizzando materiali che si scaldano velocemente, con una grande inerzia termica nel blocco riscaldante, e isolamento termico nella parte superiore, per impedire al calore di essere trasmesso al tubo in PTFE.
Il grande svantaggio di un estrusore tradizionale è che il filamento fuso può filtrare dalle giunzioni delle differenti parti e bloccare l’estrusore (specialmente se si utilizza PLA, che è più fluido dell’ABS).
Hot-end DDG
Tubo interno in PTFE lavorato a macchina
Il più grande svantaggio del PTFE è che a 240°C inizia a deformarsi e deteriorarsi, facendo si che non si possa stampare materiali che richiedono una maggiore temperatura di estrusione. E’ anche più portato a deteriorasi rispetto al metallo, cosicchè prolungati usi ad alte temperature lo erodono. Questo significa che il PTFE deve essere sostituito periodicamente. Con l’Hot-end precedente, questa sostituzione era noisa e complicata. Di conseguenza, l’obiettivo del tubo in PTFE di questo nuovo estrusore è stato quello di migliorare il processo di sotituzione.
Per rendere più facile l’accesso al tubo in PTFE, sono stati effettuati due principali miglioramenti:
- PTFE accessibile senza tappo di chiusura sul hot-end. Inserire e rimuovere il tubo non è più un problema, considerando che il tappo sul tubo nell’estrusore precedente era un ostacolo.
- Una vite che è accessibile dal dissipatore permette la rimozione dell’hot-end dal blocco principale dell’estrusore, senza doverne smontare le parti, come mostrato nello schema riportato sotto:
Un’alto miglioramento di questo estrusore consiste nell’aver prodotto il tubo in PTFE con una lavorazione meccanica di precisione.
Lo scopo del PTFE è minimizzare l’attrito tra il filamento e la superficie interna dell’hot-end, che ne facilita l’estrusione.
Ugello in ottone
L’ottone è stato utilizzato nell’ugello per due motivi:
- Presenta la superficie interna più liscia, che permette un miglior scivolamento. Questo ttimizza il movimento e riduce l’adesione del filamento.
- La parte finale dell’estrusore deve arrivare ad alte temperature, perchè il materiale fuso deve passarci attraverso prima di essere espulso. Il materiale è riscaldato nell’involucro metallico, che è collegato alla resistenza. Se l’ugello ha un coefficiente di temperatura che gli permette di assorbire molto calore, la temperatura del materiale può essere mantenuta ad una più alta temperatura, aumentandone il trasferimento di calore. Questo è esattamente quello che succede quando si utilizza l’ottone.
Involucro metallico in acciao inox AISI 303
Abbiamo progettato un involucro di metallo, collocato nella parte bassa del tubo PTFE. Il contenitore è stato progettato per aumentare la dissipazione termica e proteggere il tubo in PTFE. Isola anche questa zona dal calore prevenendo che la plastica si sciolga prematuramente, che può causare una palla di plastica che si forma all’uscita dell’ugello, e che porta al blocco dell’estrusione.
Il contenitore è stato progettato in un blocco unico con l’hot-end. Questo elimina la resistenza termica creata dall’aria (This eliminates resistance created by air (che si concentra nei giunti tra il contenitore ed il corpo dell’hot-end) e dirige il calore verso l’esterno in modo più efficiente.
Questo aumento di dissipazione permette di diminuire la dimensione delle alette del dissipatore termico.
Sistema attivo “Double drive gear”
Maggior forza di trazione dell’estrusore
Il sistema “double drive gear” aumenta la forza di trazione esercitata sul filamento. Dopo aver portato a termine una serie di test, che verranno spiegati in un prossimo post, la massima forza di trazione viene quantificata senza rompere il filamento.
La forza di trazione del sistema “double drive gear”, senza hot-end e PLA è 3626 kg. In comparazione con il “HeatCore Unibody” e i suoi 2400 kg supportati, il nuovo estrusore ha una maggiore forza di trazione. Questo è dovuto ai miglioramenti descritti in questo post.
Molla con trazione del filamento modificabile
Il sistema “double drive gear” è dotato di una molla che modifica la trazione del filamento, che dipenderà dal tipo di plastica con cui è fatto. Più dura è la plastica, maggiore delle essere la forza di trazione (a parità di temperatura).
Sistema di guida
Questo sistema permette alla plastica di passare più facilmente attraverso l’estrusore, senza curvature o bloccaggi nel processo. I vantaggi maggiori sono:
- Stampare con filamenti flessibili, quali il FilaFlex.
- Il filamento può essere cambiato senza rimuovere quello precedente, che significa che può essere cambiato durante la stampa, senza la necessità di sospendere il processo.
Le due parti di questo sistema sono mostrate nelle immagini sotto:
Ruote dentate in acciaio inox AISI 303
La plastica è tirata dai denti delle due ruote dentate, che aumentano la forza di trazione. Come mostra l’immagine, ci sono due ruote con diametri differenti. Le più grandi si incastrano una nell’altra e le più piccole tirano il filamento.
Altri aspetti
Oltre alla combinazione tra hot-end e DDG (Double Drive Gear), è importante evidenziare i seguenti componenti dell’estruder :
Foglio termico
Il foglio termico serve a facilitare la dissipazione di calore dal blocco estrusore, assicurando il massimo contatto e conduttività termica con il dissipatore ad alette. Il miglioramento della dissipazione minimizza la formazione di grumi di plastica all’ingresso dell’estrusore e preserva il tubo in PTFE.
Estrusore ad alette (Heat sink fins)
Le alette sono state mantenute in questo estrusore. Però, grazie all”aggiunta del contenitore metallico che facilita la dissipazione termica, è stato possibile ridurre in modo significativo la grandezza delle alette.
Sistema di raffreddamento
Per raggiungere il massimo della qualità è stata mantenuta la ventola dell’ugello che raffredda la plastica estrusa.
Ora hai visto tutti i miglioramenti che ha il nuovo estrusore. Stai sintonizzato per il prossimo post che includerà una dettagliata spiegazione e una comparazione con il vecchio estrusore!
