Co to jest ekstruder w drukarce 3D?

Ekstruder to jedna z ważniejszych części eksploatacyjnych drukarki 3D pracującej w technologii FDM oraz FFF. Odpowiada za podgrzewanie filamentu i wytłaczanie go z dyszy w postaci uplastycznionej. Ponieważ ten element odgrywa ważną rolę w druku 3D, zachęcamy do zapoznania się z niniejszym artykułem, w którym omówiliśmy rolę ekstrudera i dostępne na rynku rozwiązania. 

Świadomość procesu i znajomość podzespołów, za pomocą których realizowany jest proces druku 3D, może mieć znaczny wpływ na tworzenie lepszych wydruków. 

Co to jest ekstruder?

Głównym zadaniem ekstrudera jest dostarczenie filamentu do bloku grzejnego (hotend). W bloku grzejnym materiał jest uplastyczniany i dalej przeciskany przez dyszę o określonej średnicy. Kolejne zadanie ekstrudera to wycofywanie filamentu z dyszy, dzięki czemu materiał nie wypływa z niej podczas przemieszczania się tego elementu w inne miejsce drukowania. Takie zjawisko nazywamy retrakcją, która jest jednym z najważniejszych procesów z punktu widzenia jakości wydruku – zapobiega powstawaniu nieestetycznych nitek między drukowanymi elementami projektu. Pojęcie “długość retrakcji” odnosi się do tego, jak dużo materiału powinno być cofnięte przez silnik ekstrudera. 

Przeczytaj też: Co to jest retrakcja w druku 3D?

Proces drukowania 3D na maszynie Stratasys F370

Można więc uprościć, że ekstruder jest mechanizmem, którego zadaniem jest przesuwanie filamentu do lub z hotendu. Budowa ekstrudera jest uzależniona od jego typu. Wyróżniamy dwa rodzaje ekstruderów:

• ekstruder bezpośredni (direct), który nazywany jest też ekstruderem Wade’a, 
• ekstruder typu Bowden. 

W ekstruderze bezpośrednim (typu direct) silnik krokowy, który jest głównym elementem napędowym umożliwiającym przesuwanie się filamentu, stanowi jedną całość z głowicą drukującą (hotend). Z tego powodu w niektórych materiałach, które możesz znaleźć w internecie, ekstruder i głowica traktowane są jako jeden element, którego zadaniem jest wtłaczanie, rozgrzewanie, wypychanie i cofanie materiału. W ekstruderze tego typu napęd przenoszony jest na śrubę radełkowaną, która posiada w swoim trzonie nacięcia – w ich miejscu umieszczony jest filament. Ruch obrotowy jest w ten sposób zamieniany na ruch liniowy. Materiał wtłaczany jest do głowicy za pomocą nacięć, które wciągają żyłkę. Materiał jest dodatkowo dociskany za pomocą elementów dociskowych. 

W drukarkach 3D korzystających z ekstrudera typu Bowden można wyróżnić trzy części:

• Coldend – część, w którym znajduje się silnik z przekładnią, które popychają filament w stronę głowicy. Nazwa nawiązuje do tego, że w tej części nie następuje nagrzewanie filamentu. 
• Rurka Bowdena – najczęściej wykonana jest z tworzywa sztucznego PTFE. Łączy ze sobą dwie części: coldend i hotend. To przez nią prowadzony jest filament od silnika, w kierunku głowicy. Rurka zabezpiecza go przed pęknięciem lub rozciągnięciem. 
• Hotend – to tutaj filament pod wpływem ciepła topi się i już w płynnej formie służy jako materiał, za pomocą którego wykonywany jest model. 

Ekstruder typu Bowden nie stanowi jedności z głowicą drukującą. Jest niezależnym elementem (coldend), który za pomocą rurki Bowdena wtłacza lub cofa filament do lub z głowicy drukującej (hotend). 

W sprzedaży dostępne są też drukarki posiadające podwójne ekstrudery. Takie rozwiązanie umożliwia jednoczesny wydruk z wielu materiałów lub jednoczesny wydruk różnych modeli (ekstrudery działają niezależnie od siebie). Najczęściej system dwóch ekstruderów możemy spotkać w drukarkach 3D, które wykorzystują materiał budulcowy oraz specjalny materiał podporowy. W takiej sytuacji jeden ekstruder odpowiada za wytłaczanie materiału, z którego powstaje model, a drugi nanosi materiał podporowy, który później może być łatwo usuwany, np. rozpuszczany w roztworze wodnym. Zaletą takiego rozwiązania jest oczywiście duża oszczędność czasu oraz większa dokładność wymiarowa i swoboda uzyskania skomplikowanych geometrii modelu.

Jaki ekstruder do drukarki 3D?

Jedną z największych zalet ekstrudera bezpośredniego (direct) jest lepszy proces ekstruzji i wycofywania. Ekstruder znajduje się bezpośrednio na głowicy, więc droga przesuwania filamentu jest znacznie krótsza. Moment obrotowy silnika może być mniejszy, aby popchnąć filament z dobrą skutecznością. Z tego samego powodu, bardziej skuteczny jest też proces wycofywania filamentu z głowicy (retrakcja). 

Jedną z wad takiego rozwiązania jest trudna konserwacja i czyszczenie. Ekstruder połączony z głowicą jest urządzeniem bardziej skomplikowanym w budowie niż dwa osobne elementy. Minusem jest również większa waga głowicy drukującej, która jest dodatkowo obciążona silnikiem ekstrudera. Może mieć to wpływ na większe zużycie energii, mniejszą dokładność w osiach X, Y, zmniejszenie prędkości drukowania, a także zwiększone zużycie części. 

W przypadku ekstrudera typu Bowden, największą zaletą jest uwolnienie głowicy drukującej od dodatkowego ciężaru, dzięki czemu zwiększa się szybkość drukowania. Ekstrudery typu Bowden zazwyczaj gorzej radzą sobie z retrakcją filamentu, ponieważ jest on przesuwany przez długą rurkę, co generuje dodatkowe tarcie i opóźnienia. Taki ekstruder wymaga też mocniejszego silnika niż rozwiązania typu direct. Dostępny jest też mniejszy zakres filamentów do druku (zwłaszcza elastycznych i ściernych). 

Wybór odpowiedniego rodzaju ekstrudera jest uzależniony od tego, do jakich zadań wykorzystywana będzie drukarka 3D. Ekstruder typu Bowden pozwoli na szybkie i precyzyjne wydruki z tradycyjnych filamentów. Za to jeśli w swoich projektach zamierzasz wykorzystywać elastyczne materiały, to lepszym wyborem będzie drukarka z ekstruderem bezpośrednim (Direct-Extruder). 

Z jakimi filamentami współpracują ekstrudery? 

Wiele aktualnie sprzedawanych modeli drukarek 3D pozwala na korzystanie z wielu różnych ekstruderów znajdujących się w ofercie producenta, dedykowanych do przetłaczania innego rodzaju materiału. Użytkownik ma możliwość ich łatwej i szybkiej wymiany. 

Ciekawym rozwiązaniem technologicznym są ekstrudery w drukarkach 3D MakerBot Method i Method X. Producent oferuje 4 różne ekstrudery służące do przetwarzania różnego materiału budulcowego:

• Ekstruder 1 – służy głównie do przetwarzania materiałów PLA i PETG, które najczęściej są wykorzystywane do szybkiego prototypowania. Jest dedykowany do autorskich filamentów firmy MakerBot. 
• Ekstruder 1XA – służy do przetłaczania bardziej zaawansowanych materiałów typu ABS, ASA, PC-ABS, z których najczęściej drukowane są części zamienne i finalne produkty. Jest dedykowany do autorskich filamentów firmy MakerBot. 
• Ekstruder 1C – pozwala drukować z najbardziej wytrzymałych materiałów MakerBot: Nylon Carbon Fiber. Jest dedykowany do autorskich filamentów firmy MakerBot. 
• Ekstruder MakerBot Labs – pozwala na drukowanie ze wszystkich materiałów dostępnych na rynku, zamienników oraz tworzyw produkowanych przez różnych producentów. 

W sprzedaży są też dostępne ekstrudery, które służą do przetłaczania różnych materiałów podporowych. 

Bardzo ciekawym i atrakcyjnym dla użytkowników rozwiązaniem jest możliwość drukowania dowolnymi materiałami za pomocą otwartego systemu materiałowego i ekstrudera MakerBot Labs. Urządzenie oferuje zaawansowane opcje dostosowywania nowych materiałów, wymienne dysze, a także możliwość skonfigurowania ustawień w oprogramowaniu MakerBot Print.

Chcesz dowiedzieć się jeszcze więcej o procesie druku 3D i samych drukarkach 3D? Zapraszamy do obejrzenia naszych bezpłatnych webinarów, przygotowywanych w ramach cyklu Akademia Druku 3D.

Zachęcamy też do odwiedzenia naszego sklepu internetowego. A jeśli nie wiesz jakie urządzenie będzie najlepiej dostosowane do Twoich potrzeb, skontaktuj się z naszymi ekspertami – niezbędne dane znajdziesz w zakładce kontakt.