Bei den neuesten und neuesten Entwicklungen in der 3D-Druckertechnologie geht es immer um die Verbesserung des Hauptkopfes des 3D-Druckers, also des Extruders und des Hotend-Teils. Grundsätzlich haben diese beiden Teile 2 (zwei) Konfigurationen, nämlich den Bowden-Stil mit separatem Extruder und Hotend in einiger Entfernung und den Direct Drive-Extruder, bei dem beide ineinander integriert sind.
Extruder
Diese zweiteilige Hauptkopfkombination kann nicht getrennt werden, insbesondere wenn der Benutzer versucht, nach einem Problem wie Verstopfung oder Durchflussproblem eine Fehlersuche durchzuführen. Einige Funktionseinstellungen sind auch miteinander verbunden, z. B. kann der Benutzer den Extruder nicht zuführen (beweglicher Motor), wenn die Hotend-Temperatur auf mindestens 170 °C eingestellt ist. Dies ist eine Art Schutz, damit der Kopf nicht durch versehentliche Extruderbewegungen mit nicht geschmolzenem Material beschädigt wird.
Direktantrieb-Extruder vs. Bowden
Hier sind die Vor- und Nachteile dieser beiden Modelle:
Direktantriebsextruder: Direktantriebsextruder. Tatsächlich liegt der Extruderteil (der den Filamentdraht zuführt) dicht beieinander und der Hotendteil (der den Filamentdraht schmilzt). So nah, dass es wie ein Teilesatz aussieht.
Vorteile:
- Präzise Steuerung der Filamentextrusion.
- Weniger Retraktion – es kann eine sehr glatte Oberfläche erreicht werden.
- Leicht zu bedruckendes flexibles Material.
- Ein Motor mit niedrigem Drehmoment reicht zum Zuführen von Material aus.
- Kann alle Materialien bedrucken, einschließlich flexibler und temperaturbeständiger Materialien.
Nachteile:
- Schwer, da der Motor auf dem Portal der X-Achse montiert ist – große Sorge wegen des beweglichen Druckkopfs.
- Langsamer Druck aufgrund schwerer Teile.
- Schwierig zu warten.
- Kühlungsproblem bei allen Teilen des Heißkammer-3D-Druckers.
Direktantrieb-Extruder/Hotend (Quelle: TriangleLabs)
Bowden-Extruder: Ein Bowden-Extruder besteht eigentlich aus zwei Teilen, einem Extruder und einem Hotend, die sich über eine etwas längere Distanz erstrecken. Normalerweise ist er etwa 30–45 cm lang und besteht aus einem PTFE-Rohr. Das Filament wird durch das Rohr und das Hotend geschoben. Es ist so einfach und Sie können den Extrusionsprozess des 3D-Drucks sehr deutlich sehen.
Vorteile:
- Geringes Gewicht – sehr schnell beweglicher Druckkopf möglich.
- Einfache Montage und Wartung.
- Kann problemlos auf verschiedene 3D-Druckermechanismen angewendet werden, da das Gewicht des Druckkopfes kein Problem darstellt.
- Die Wärmekammer stellt kein Problem dar, da der Motor zur Versorgung außerhalb der Kammer installiert werden kann.
Nachteile:
- Für die Materialzufuhr ist ein zusätzlicher langer PTFE-Schlauch erforderlich.
- Die Kontrolle der Extrusion ist schwierig.
- Zum Zuführen des Filaments ist ein Motor mit höherem Drehmoment erforderlich.
- Es können nur sehr begrenzte Materialien gedruckt werden, da flexibles Filament nicht gut gedruckt werden kann und Hochtemperaturmaterialien ein Hotend-Teil aus Vollmetall erfordern, anstatt PTFE zu verwenden, das nur maximal 260 °C aushält.
Direktantrieb vs. Bowden-Mechanismus (Quelle: ResearchGate)
Aufgrund der Qualität verfügen mittlerweile fast alle aktuellen 3D-Drucker über ein Direktantriebssystem und können problemlos Flexmaterial drucken.
Der niedrigere Preis des kleinen, leichten Schrittmotors mit hohem Drehmoment trägt ebenfalls wesentlich zu einem effizienten Direktantriebssystem bei.
Die präzise Bewegung des Extruders ist wichtig, wenn der Benutzer eine glatte und schöne Oberfläche erhalten möchte. Es gibt zwei Einstellungen, die angepasst werden müssen: die E-Step-Einstellung in der Firmware und die Flow-Einstellung in der Slicer-Software. Die Flow-Einstellung oder in manchen Slicer-Programmen Extrusion Multiplier (EM) genannt, ist standardmäßig immer auf 1,00 oder 100 % eingestellt. Diese Einstellung bleibt normalerweise unverändert, es sei denn, der Benutzer möchte den Materialtyp von ABS zu PLA ändern. Die E-Step-Einstellung in der Firmware ist technischer, da sie die direkte Steuerung Ihres Motors und Getriebes beinhaltet.
Wichtiger Hinweis: Bei einigen 3D-Druckern (geschlossenes System) können die E-Schritte nicht angepasst werden, da der Hersteller sie bereits gesperrt hat. Es ist normal, dass eine Änderung der Firmware den Druckkopf beschädigen kann, wenn sie nicht richtig eingestellt ist.
Auch der Extrudergetriebetyp trägt wesentlich zu einem guten Materialfluss bei. Je höher das Übersetzungsverhältnis des Extruders, desto weniger Drehmoment und desto kühler der Schrittmotor.
- Extruder mit einem Zahnrad: Es gibt nur ein Zahnrad und ein Lager, um das Filamentmaterial zuzuführen. Dies ist die Grundkonfiguration für ein Extrudersystem. Low-Budget-Systeme wie der einfache Ender-3 oder alte Drucker verwenden diese Konfiguration, da sie einfach ist und hauptsächlich hartes Filament zuführen kann.
- Dual Gear Extruder: Dual Gear Extruder sind mittlerweile bei 3D-Druckern weit verbreitet, da sie einen besseren Durchfluss und besseren Halt am Filament bieten. Der Hauptnachteil dieses Modells ist seine Sperrigkeit. Ja – Dual Gear benötigt mehr Getriebemechanismen, die Platz verbrauchen, obwohl einige der neueren Modelle kleiner sind.
- Extruder mit Planetengetriebe: Die neueste Verbesserung des Getriebemodells ist das Planetengetriebe (angewandt auf den neuesten Prusa I3 MK4). Dieses Modell ist sehr kompakt und behält sein geringes Gewicht bei, während es gleichzeitig ein hohes Übersetzungsverhältnis beibehält. Immer mehr Anbieter werden dies für ihre Direktextruder verwenden, da es sehr effizient ist.
Hotend
Zum zweiten Teil Hotend – es gibt zwei Arten von Basis-Hotends: PTFE-ausgekleidete und Vollmetall-Hotends.
PTFE-beschichtetes Hotend
PTFE-ausgekleidetes Hotend mit PTFE-Schlauch, um das Filament bis zur Düse zu führen. Dieser Hotend-Typ kann nur bei Temperaturen unter 250 °C drucken, da PTFE bei Temperaturen über 250 °C schmilzt und beschädigt wird. Niedrigtemperatur-3D-Druckmaterial wie PLA, PETG und Flex Filament ist bei diesem Typ vorzuziehen, da es weniger Probleme verursacht. PTFE-Schlauch ist leicht zu bekommen und zu ersetzen, wenn ein verstopftes Hotend ein Problem darstellt.
Vollmetall-Hotend
Vollmetall-Hotend mit Metallhals, bei dem besondere Vorsicht geboten ist, wenn der Benutzer es verwenden möchte. Wird hauptsächlich für Hochtemperaturmaterialien wie ABS, ASA, Nylon oder Polycarbonat verwendet. Beim Drucken von PLA mit diesem Hotend treten wahrscheinlich Probleme auf, da das Material sehr heiß wird und in der Metallkehle stecken bleibt. Wenn Sie Niedertemperaturmaterialien wie PLA oder PETG drucken möchten, ist eine High-Flow-Lüfterkühlung in der Kehle erforderlich und die richtige Einrichtung erforderlich. Bei diesem Typ werden ein längerer Hals und eine gute Lamellenkühlung verwendet, um die Temperatur in der Nähe des Materialeinsatzes oben zu senken. Warum braucht der Benutzer diese Art von Hotend? Natürlich wegen der höheren Temperatur … Und außerdem erfordert eine höhere Geschwindigkeit eines 3D-Druckers eine höhere Durchflussrate. Es ist also etwas mehr geschmolzenes Material erforderlich, um eine höhere Druckgeschwindigkeit zu erreichen.
Fortschrittlicher 3D-Druckerkopf verwendet jetzt ein CanBus-System, um die Anzahl der Kabelbewegungen entlang des Kopfes deutlich zu reduzieren. Dies ist eine sehr gute Umsetzung, da der Druckerkopf nur 4 statt 16 Kabel benötigt. Die Modulplatine für individuelle Funktionen ist am Kopf des Direktextruders installiert. Die Installation und Fehlerbehebung für den Kopf wird viel einfacher. Dieses CanBus-System ist jedoch nur für neuere High-End-3D-Drucker-Hauptplatinen anwendbar – nicht für Low-End-3D-Drucker.
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