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Come sono fatti Hotend Estrusore e Nozzle ? Lez. 6/9

Possiamo definirla la triade magica, praticamente i maggiori responsabili del buono o cattivo funzionamento della tua stampante. Dato che stiamo parlando di estrusione di filamento ad una certa temperatura, se questi componenti non sono in forma o assemblati male potresti stare ore ed ore davanti alla stampante senza ottenere alcun risultato apprezzabile. Do per scontato che questi componenti arrivino già ben assemblati dalla casa madre ma alle volte non è così… Seguimi che ti spiego come sono fatti.

Estrusore / Feeder

Ci sono diverse correnti di pensiero che identificano in un modo o in un’altro l’estrusore di una stampante, tecnicamente parlando l’estrusore dovrebbe essere un sistema composto da un trascinatore (detto feeder) del filamento, un riscaldatore (hotend) e da un ugello (nozzle) per l’estrusione vera e propria del materiale.

Molto più facilmente si fa riferimento al Feeder o Trascinatore ovvero quell’insieme di componenti necessari per il trascinamento del filamento fino alla zona calda. Si dividono principalmente in Direct Drive oppure Bowden ma il loro funzionamento è identico, in commercio se ne trovano di tutti i tipi dai più semplici (come quello in foto qui sopra) ai più complessi con riduzioni e cascate di ingranaggi. Un trascinatore base come è composto ?

  1. Cuscinetto guidafilo/spingifilo, serve per tenere in asse il filamento e garantire che non esca dalla presa della ruota godronata
  2. La ruota godronata/dentata/zigrinata è collegata direttamente all’albero del motore stepper (4) permette il trascinamento del filo verso il basso e il suo grip, dato dalla godronatura/zigrinatura della ruota, è fondamentale per evitare che il filamento slitti durante il processo di estrusione nell’ugello. In alcune versioni più evolute e performanti le ruote godronate sono 2 e magari collegate all’albero attraverso una riduzione del moto.
  3. Questa molla è responsabile della pressione che il cuscinetto guidafilo esercita sul filamento contro la ruota godronata, la sua regolazione è fondamentale quando si lavora con filamenti flessibili. La troppa pressione potrebbe farli attorcigliare attorno all’albero di trasmissione
  4. Motore Stepper che fa girare la ruota godronata e di conseguenza responsabile del movimento del filo. Solitamente nelle configurazioni di tipo Bowden si utilizzano i classici Nema 17 mentre nelle configurazioni Direct Drive si prediligono motori più compatti e leggeri per minimizzare le masse in movimento (vedi foto qui sotto).

Hotend e Ugello

Siamo giunti al cuore di tutto il processo, il luogo in cui il filamento viene riscaldato e poi estruso attraverso un ugello dal foro calibrato (o almeno si spera lo sia…). Anche in questo caso esistono tantissimi modelli in commercio, alcuni dedicati per l’estrusione di uno specifico materiale altri un po’ più generici. Come nel caso del feeder/estrusore la composizione di un Hotend si può riassumere in queste quattro sezioni/componenti.

  1. Il dissipatore o heatsink evita che il calore generato dalla resistenza più in basso possa risalire più in alto del dovuto andando così ad ammorbidire precocemente il filamento causando così dei blocchi di estrusione. Per migliorare la dispersione del calore lo troverai abbinato ad una ventola sempre accesa, in alcune stampanti molto costose si trovano anche le versioni raffreddate a liquido
  2. La gola o heatbreak responsabile del primissimo abbattimento di risalita della temperatura (taglio termico) ma causa anche di enormi problemi se progettata male o realizzata con tolleranze e finiture interne discutibili. Ultimamente si trovano nella versione all metal oppure bimetalliche rame/acciaio ma la versione più diffusa è quella che al suo interno presenta un tubo in PTFE che permette al filamento di scorrere e funziona da prima barriera per il taglio termico
  1. Il blocchetto riscaldante o heated block che presenta sostanzialmente 3 sedi:
    1. Quella per la cartuccia riscaldante che porterà in temperatura di estrusione il filamento
    2. Quella per il termistore/termocoppia necessaria per la rilevazione e mantenimento della temperatura impostata
    3. Quella nella quale si avvita l’ugello

Ne esistono di varie forme e materiali ma principalmente lo troverai realizzato in alluminio e con meno frequenza (ma di miglior qualità) anche in rame placcato.

4 – Nozzle / Ugello

Merita sicuramente un capitolo dedicato in quanto responsabile della corretta estrusione del filamento e di conseguenza della qualità del manufatto in 3D. Ne troverai di mille forme e materiali ma con certezza di posso dire queste poche cose: 

  • Chi più spende meno spende, sembra una frase buttata a caso ma in realtà per gli ugelli è più che valida. Si trovano in commercio a pochissimi euro pacchi da decine e decine di ugelli che, per carità, molte volte funzionano ma tante altre sono proprio loro la causa di una cattiva estrusione. Andando su ugelli di marca come E3D, MicroSwiss, Brozzl, Zodiac, SliceEngineering, Phaetus parti già con una sicurezza in più relativa a standard di lavorazione decisamente più elevati
  • Scegli il materiale dell’ugello in base al filamento che andrai ad estrudere la regola base che puoi seguire inizialmente è
    • Se stampi principalmente PLA, PETG, ABS e materiali in genere non caricati resta sull’ottone o meglio ancora il rame rivestito
    • Se devi stampare materiali caricati fibra corta di carbonio, polvere di carbonio, fibra vetro o cariche che tendono ad usurare l’ugello per via dell’abrasione, prediligi quelli in acciaio indurito. Esistono anche quelli in tungsteno, in titanio o con la punta di rubino ma per ora non considerarli perchè non sempre danno i risultati sperati
  • Il diametro dell’ugello influenza fortemente la riproduzione del più piccolo dettaglio, la dimensione standard che troverai è 0.4 mm di diametro ma ti capiterà in futuro di dover utilizzare diametri maggiorati come 0.6 o 0.8 mm per accelerare i tempi di stampa a discapito della risoluzione in Z.

Essendo una parte fondamentale è chiaro che al minimo dubbio sul suo funzionamento è bene sostituirlo immediatamente. Quanto può durare un ugello prima di essere sostituito ? E’ una domanda veramente difficile da rispondere perchè dipende da un sacco di fattori e, se non sei uno stampatore seriale che lavora H24 tutti i giorni, difficilmente ti troverai a sostituirlo con frequenza. Ugelli bloccati completamente da renderli irrecuperabili mi è capitato pochissime volte di vederli, in tutti gli altri casi per la pulizia di tutti i giorni utilizzo il caro e vecchio metodo del cold pull, non hai idea di quanto bene possa funzionare se eseguito correttamente !

⚠️ Cerca di non utilizzare spazzole metalliche per rimuovere i residui carboniosi dall’ugello, sono più i casi che si rischia di rompere il termistore o mandare in corto la cartuccia riscaldante che quelli di pulizia perfetta dell’ugello. Se è sporco non ti preoccupare non succede nulla, al massimo rimuovi i residui più grossi con una pinzetta ma fai molta attenzione a non scottarti.

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