Прямой экструдер: функция, применение и совместимые материалы

Прямой экструдер — тип механизма экструдера 3D-принтера, который напрямую подает филамент в горячий конец сборки FDM® (моделирование наплавленным слоем) или FFF (фундаментальная нитевая фабрикация) машины, без необходимости дополнительной трубки или боуден-кабелей. Обычно используется в настольных FDM® прямые-привод 3D-принтерах. Прямой экструдер состоит из: шагового двигателя, приводной шестерни и натяжной рычажной руки, смонтированных прямо над горячим концом. Когда мотор вращается, приводная шестерня захватывает филамент и толкает его вниз в горячий конец, где он плавится и откладывается на строительной платформе слой за слоем. Прямые экструдеры известны своим точным контролем филамента, позволяющим лучшее качество печати, особенно с гибкими или мягкими материалами. Они подходят для широкого спектра филаментных материалов, включая: PLA, ABS, PETG и TPU.

В этой статье обсуждается, что такое прямой экструдер, включая его использование, принцип работы и подходящие для него материалы.

Что такое прямой экструдер?

Прямой экструдер — механическое устройство, сидящее прямо над горячим концом принтера и подающее филамент к нему, контролируя скорость дозировки и события запуска/остановки путем толкания филамента в горячий конец или его оттягивания для завершения печатной операции.

Иллюстрация экструдера и горячего конца

Как работает прямой экструдер?

Прямой экструдер — моторизированный механизм подачи филамента, сидящий прямо над горячим концом. Процесс следующий:

1. Основная функция механизма — толкать филамент в горячий конец. Это результатирует в потоке расплавленного строительного материала, наносимого на строительный стол или предыдущие слои модели. Поток точно дозируется мотором экструдера. Филамент толкается в нагретую зону и продвигает уже расплавленный полимер из сопла по мере прогресса сборки.
2. Вторичное и критически важное действие экструдера — слегка оттягивать филамент. Он разрывает связь между горячим концом и собранной моделью чисто, когда горячий конец должен быть репозиционирован для возобновления сборки. Этот аспект критичен для качества модели, так как чистое разделение в конце периода сборки должно осуществляться без остаточного материала, формирующего нить (нитообразование), прикрепленную к завершенному участку и без капания или смазывания в ходе последующего перемещения.

Каково применение прямого экструдера?

Прямые экструдеры приносят выгоды в процесс 3D-печати, которые широко считаются значительными. В результате, машины часто либо продаются с, либо конвертируются в настройку прямого экструдера, так как она предлагает наибольшую гибкость в плане: типов филаментов и добавок, качества сборки и бремени обслуживания.

Какие различные материалы совместимы с прямым экструдером?

Различные материалы, совместимые с прямыми экструдерами, перечислены и обсуждены ниже:

1. ABS

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) — широко эксплуатируемый филамент, широко сообщаемый как оптимально подаваемый прямым экструдированием в FDM® (моделирование наплавленным слоем) и FFF (фундаментальная нитевая фабрикация) принтерах. Прямые экструдеры просто лучше справляются с ABS благодаря их точному контролю филамента и постоянным запуску/остановке и стабильной экструзии.

ABS демонстрирует отличные текучее свойства, позволяя ему быть точно отложенным и хорошо связанным в формировании желаемого объекта. ABS предлагает несколько преимуществ в результатах 3D-печати, включая высокую прочность, долговечность и теплоустойчивость, делая его подходящим для функциональных прототипов, умеренно напряженных деталей и конечных продуктов.

Эти материалы могут быть постобработаны шлифованием, покраской и растворительным сглаживанием для доставки лучшего возможного финиша поверхности.

Чтобы узнать больше, см. наше полное руководство по ABS (акрилонитрилбутадиенстирол).

2. PLA

PLA (полилактид) — другой обширно используемый филамент, совместимый с прямым экструдированием FDM® и FFF печати. Он предлагает преимущество биосурсированности и биоразлагаемости. Прямые экструдеры хорошо подходят для обращения с PLA благодаря более точному контролю филамента и постоянным запуску/остановке и экструзии. Этот материал также демонстрирует отличные текучее свойства, когда параметры под хорошим контролем, позволяя ему быть точно отложенным и хорошо связанным для формирования желаемого объекта.

PLA известен своей: простотой использования, низким варпингом, минимальным запахом при печати и широким спектром цветов. Обычно используется для: прототипирования, любительских проектов, образовательных целей и потребительских продуктов благодаря своей биоразлагаемости и экологической дружественности. Он не среди материалов более высокой прочности и лучше используется для подтверждения формы/размера, а не для структурного, функционального или полевого оценочного прототипирования.

Чтобы узнать больше, см. наше полное руководство по What is PLA Material.

3. Нейлон

Нейлон (полиамид) — способный и инженерно полезный филаментный материал. Его можно настроить для эффективной работы в прямом экструдировании при принятии специфических соображений для приспособления его свойств. Прямые экструдеры с нейлоновым филаментом доставляют тот же точный контроль филамента через постоянные запуск/остановку и стабильные возможности экструзии, как и с другими филаментами.

Нейлоновый филамент плавится при более высоких температурах экструзии, варьирующих от 230–260 °C, для достижения правильных текучее характеристик. Это может результатировать в трудностях в прямом экструдировании, так как есть больший риск накопления тепла в экструдере, когда охлаждение недостаточно или профиль сборки требует медленной экструзии. Этот филамент склонен впитывать влагу из среды, что может вести к печатным проблемам, так как вода испаряется в горячем конце и экструдированном материале. Пузырение и плохое сцепление результатируют, если филамент не свежевысушен перед использованием.

Несмотря на эти вызовы, нейлон предлагает отличную механическую прочность, гибкость и химическую стойкость. Это делает его очень подходящим для функциональных деталей, инженерных прототипов и применений, требующих устойчивости к напряжению, износостойкости и ударной толерантности.

Чтобы узнать больше, см. наше полное руководство по What is Nylon Filament.

4. HIPS

HIPS (высокоударный полистирол) — филамент, обширно используемый в прямом экструдировании 3D-печати, снова доставляющий точный запуск и ретракционный контроль филамента и постоянное качество экструзии.

HIPS демонстрирует хорошие текучее свойства, когда параметры надлежащим образом скорректированы, позволяя ему быть хорошо связанным и точно отложенным слой за слоем. Этот материал ценится в моделировании за свою высокую ударную прочность, размерную стабильность и (в частности) легкую постобработку. Отличные косметические результаты достигаются шлифованием и покраской. Модели легко можно растворительно сваркивать, делая их подходящими для широкого спектра прототипирующих и моделирующих применений.

Обычно используется как поддерживающий материал в более сложных 3D-печатных применениях, в которых он может быть растворен с использованием D-лимоненового раствора после печати. Это оставляет основной материал неповрежденным. Обратите внимание, это не применяется ко всем основным строительным материалам, поэтому требуется осторожность.

Чтобы узнать больше, см. наше полное руководство по HIPS.

5. TPU

TPU (термопластичный полиуретан) — гибкий и эластомерный филамент, получающий выгоду от прямого экструдирования 3D-печати. Удаленные экструдеры могут бороться с компрессией материала в линии подачи, особенно с более мягкими классами этого полимера.

TPU демонстрирует отличную эластичность и гибкость. Однако в жидком состоянии он может быть точно отложен и хорошо связан для формирования гибких деталей вроде: прокладок, уплотнений, компонентов одежды/брендинга и носимых технологий. Известен своей долговечностью, абразивной стойкостью и способностью выдерживать изгиб, растяжение и стирку без деформации. Обычно используется в применениях, требующих мягкотелесных поверхностей, амортизации вибрации/удара и ударной стойкости.

Эффективная настройка принтера, включая выравнивание пути филамента и настройку натяжения экструдера, важна для успешных результатов в настройке прямого экструдера.

6. PETG

PETG (полиэтилентерефталат-гликол) — особенно долговечный и очень универсальный филамент, широко используемый в прямом экструдировании FDM®/FFF печати. Прямые экструдеры подходят для обращения с PETG-филаментом, хотя он считается устойчивым в непрямых экструдерах. Это потому, что филамент довольно ригиден и терпим к незначительной нерегулярности в подаче.

Он предлагает почти идеальные текучее свойства, точное отложение и хорошее связывание для формирования высококачественных напечатанных результатов. Ценится за свою высокую ударную вязкость, прозрачность и химическую стойкость. Также предлагает низкую усадку, минимальный варпинг и значительно более легкую печать по сравнению с другими распространенными материалами вроде ABS.

PETG обычно используется всякий раз, когда требуются надежные и визуально привлекательные детали как напряженные механические компоненты и функциональные детали. Вдумчивая настройка принтера, включая методы сцепления со столом и температурные настройки, критична для успешной 3D-печати с PETG.

7. ASA

ASA (акрилонитрилстиренакрилат) — долговечный термопластичный филамент, имеющий химические, термические и механические сходства с ABS. Кроме того, он доставляет улучшенную погодостойкость и УФ-стабильность по сравнению. Это делает его более подходящим для наружных применений.

ASA демонстрирует выгодные текучее свойства, такие как низкая расплавная вязкость, позволяя ему быть точно отложенным и легко меж- и внутрислойно связанным для формирования надежных печатей. ASA ценится за свою хорошую косметическую способность и отличные механические свойства, включая: высокую ударную стойкость и размерную стабильность, хорошую химическую стойкость и термическую стабильность. Это делает его подходящим для необычно широкого круга применений, включая: автодетали, вывески и наружные приспособления/оправки.

Хорошая настройка принтера, включая температуру нагретого стола и корпус для термической стабильности (Примечание: FDM® более эффективен, чем FFF с ASA), важны для успешной 3D-печати с ASA.

8. Специальные филаменты

Специальные филаменты — собирательный термин, относящийся к широкому спектру передовых материалов и композитов, используемых в 3D-печати. У каждого характерные свойства, применения и вызовы. Прямые экструдеры могут обрабатывать практически все специальные филаменты эффективно. Эти специальные филаменты:

1. Гибкие филаменты (например, TPU, TPE): эти филаменты известны своей эластичностью и гибкостью для печати мягкотелесных предметов вроде: чехлов для телефонов, стельок для обуви и гибких уплотнений/прокладок. Прямые экструдеры могут обрабатывать вариативные степени гибкости лучше, чем удаленные решения подачи.
2. Высокотемпературные филаменты (например, PEEK, PEI): эти филаменты могут служить при повышенных температурах в требовательных инженерных применениях. Прямые экструдеры с полностью металлическими горячими концами и нагретыми столами могут эффективно обрабатывать высокотемпературные филаменты. Однако охлаждение экструдера и термическая изоляция от горячего конца предлагают значительно меньший риск теплового ползания или перегрева экструдера.
3. Композитные филаменты (например, углеродное волокно, металлонаполненные): эти содержат добавки вроде: углеродного волокна, металлических частиц или древесных волокон для улучшения механических свойств и/или эстетики. Прямые экструдеры могут обрабатывать композитные филаменты с небольшими трудностями.
4. Проводящие филаменты (например, графен, технический углерок, серебро): эти содержат проводящие добавки, позволяющие печатать: цепи, датчики и другие электронные компоненты. Прямые экструдеры могут точно доставлять проводящие филаменты в общем.
5. Цветоменяющиеся филаменты: эти материалы меняют цвет в ответ на температуру или УФ-воздействие, создавая динамичные и визуально поразительные напечатанные объекты. Прямые экструдеры могут обрабатывать такие филаменты без трудностей.
6. Растворимые поддерживающие филаменты (например, PVA, HIPS): эти служат вторичными материалами для поддерживающих структур сложных печатей и нависов. Они растворяются в воде или лимоненовом растворе после печати, и прямые экструдеры могут точно доставлять их в точку сборки.

9. PLA-композит

PLA-композиты комбинируют PLA (полилактид) с разнообразием добавок, улучшающих их свойства. Прямые экструдеры могут эффективно обрабатывать PLA-композитные филаменты, так же как базовые PLA-филаменты.

Некоторые распространенные типы PLA-композитных филаментов, все хорошо работающие с прямыми экструдерами:

1. Древеснозаполненный PLA, для натурального древесного вида и деталей с текстурной поверхностью и древесным рисунком.
2. Металлонаполненный PLA с добавленным бронзовым, медным или алюминиевым порошком, для производства деталей с металлическим блеском и весом.
3. Углеродноволокнистый PLA, с короткими углянистыми стразами, улучшающими механические свойства для функциональных прототипов, механических деталей и инженерных/напряженных применений.
4. Светонакопительный PLA, с фосфоресцирующими добавками, поглощающими и излучающими свет, вызывающими свечение в темноте для декоративных применений.
5. Мраморнонаполненный PLA, с тонко смолотой мраморной пудрой, дающей напечатанным объектам мраморный вид и текстуру.

PLA-композитные филаменты все могут быть экструдированы, обычно со стандартными настройками печати PLA на прямых экструзионных 3D-принтерах. Однако температурные настройки могут нуждаться в корректировке, и многие добавки повышают риск заторов горячего конца или отложения материала и скольжения в экструдере.

Хотя прямые экструдеры могут надежно подавать широкий спектр филаментных материалов, определенные материалы могут не подходить для всего такого оборудования. Некоторые высокотемпературные филаменты, такие как PEEK и PEI, могут требовать специализированных прямых экструдеров, способных терпеть экстремально высокие температуры за пределами того, что типичные прямые экструдеры могут, и с агрессивной термической изоляцией экструдера для снижения теплового ползания. Филаменты, содержащие абразивные добавки, такие как углеродное волокно или металлические частицы, могут изнашивать экструдерные шестерни со временем. Чрезмерно мягкие или эластичные филаменты могут вызывать проблемы подачи или непостоянную экструзию из-за их неспособности эффективно захватить приводную шестерню. Это не особенно проблема прямого экструдера, но повышенный риск теплового ползания в прямых экструдерах может значительно ухудшить это. Филаменты с необычными свойствами или композициями могут не быть совместимы со стандартными прямыми экструдерами, так как их специфические требования могут требовать специализированных или необычных экструзионных систем или модификаций настройки принтера.

Преимущества прямого экструдера

Прямые экструдеры предлагают множество преимуществ в большинстве 3D-печатных применений, таких как:

1. Обеспечивают большую точность и повторяемость в подаче филамента, результатируя в постоянной экструзии, более четких событиях запуска/остановки и общем лучшем качестве печати.
2. Могут справляться с более широким спектром типов филаментов, включая гибкие материалы и экзотику, без необходимости дополнительных модификаций. Требуют только более регулярных проверок обслуживания на предмет начинающегося затора или износа в механизме экструдера.
3. Обычно более компактны, чем боуден-экструдеры, делая их привлекательными для настольных 3D-принтеров с ограниченным пространством.
4. Они более простое решение с меньшим количеством движущихся/изнашиваемых компонентов и потенциальных точек отказа. Это снижает бремя настройки, обслуживания и устранения неисправностей.
5. Облегчают более быстрые настройки ретракции, снижая риски нитообразования и улучшая скорость/отзывчивость печати.

Недостатки прямого экструдера

Несмотря на их преимущества, прямые экструдеры также имеют некоторые ограничения, которые должны учитываться, включая:

1. Увеличенная движущаяся масса, так как прямое монтирование механизма экструдера добавляет вес к движущейся печатающей головке. Это снижает способность разгоняться и тормозить, незначительно увеличивая время печати.
2. Близость мотора к горячему концу может вести к сильно повышенному риску и последствиям теплового ползания, в котором филамент преждевременно размягчается и потенциально затормаживает сопло. Это может быть очень разрушительным для печатей.

Какие 3D-печатные применения получают выгоду от прямых экструдеров?

Прямые экструдеры хорошо подходят практически для всех 3D-печатных применений, учитывая их обычно лучшую производительность в точности и повторяемости контроля экструзии филамента.

Является ли прямой экструдер частью 3D-принтера?

Да, прямой экструдер — ключевой компонент в любом FDM®/FFF устройстве. Прямой экструдер — самый критичный аспект 3D-принтера, так как он имеет наибольшее влияние на:

1. Прочность модели, контролируя подачу материала для обеспечения хорошего сцепления.
2. Косметику модели, контролируя регулярность и запуск/остановку потока строительного материала для обеспечения постоянного разрешения сборки/толщины слоя и облегчения четких точек запуска и остановки в применении материала к модели.
3. Выбор филамента, так как прямые экструдеры представляют меньше ограничений на тип филамента и добавки, чем менее прямые боуден-экструдеры.

Какое различие между прямым приводом и боуденом?

Прямой экструдер размещен прямо над горячим концом и подает материал в него без промежуточных компонентов, кроме некоторой степени термической изоляции для снижения эффекта теплового ползания, который может нарушить филамент внутри механизма экструдера, размягчая его.

Боуден-экструдер размещает трубку между экструдером и горячим концом как направляющую для доставки филамента под компрессией, толкаемого наружу экструдером. Трубка может быть короткой, описываемой как боуден-экструдер с прямым приводом с экструдером, размещенным на коротком расстоянии над горячим концом, но физически разделенным от него. Она может быть гораздо длиннее, размещая экструдер на шасси машины и соединяя с горячим концом через длинную боуден-трубку.

Резюме

В этой статье представлены прямые экструдеры, они объяснены и обсуждены их различные применения и принцип работы. Чтобы узнать больше о прямых экструдерах, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и другие добавленные услуги для всех ваших прототипирующих и производственных нужд. Посетите наш сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатную котировку без обязательств.

Уведомления об авторских правах и товарных знаках

1. FDM® — зарегистрированный товарный знак Stratasys Inc.

Отказ от ответственности

Контент на этой веб-странице предназначен только для информационных целей. Xometry не дает никаких заявлений или гарантий любого рода, явных или подразумеваемых, касательно точности, полноты или достоверности информации. Никакие параметры производительности, геометрические допуски, специфические конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны выводиться как представление того, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, запрашивающие котировки для деталей, отвечают за определение конкретных требований к этим деталям. Обратитесь к нашим условиям для получения дополнительной информации.

Dean McClements

Dean McClements — выпускник B.Eng Honors в области механической инженерии с более чем двумя десятилетиями опыта в производственной отрасли. Его профессиональный путь включает значительные роли в ведущих компаниях вроде Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Читать больше статей Dean McClements