Czym jest hotend i z jakich elementów się składa?
Hotend to urządzenie, którego celem jest rozgrzanie filamentu do temperatury, w której zacznie on przepływać przez dyszę i dzięki odpowiedniemu poprowadzeniu przez mechanikę drukarki 3D ułożenie jej na platformie roboczej lub kolejnej warstwie drukowanego obiektu.
Hotend zbudowany jest z kilku współpracujących ze sobą elementów. Poniżej znajduje się przekrój ekstrudera E3D V6. Pod obrazkiem znajduje się opis poszczególnych elementów wraz opisem ich funkcji.
Część zimna
- Radiator (Czerwony) – zwany również chłodnicą – odpowiada za zapewnienie odpowiedniej temperatury filamentowi, zanim trafi do części gorącej i rozproszenie ciepła przeniesionego przez łącznik. Pozwala to na uniknięcie zbyt wczesnego roztopienia filamentu i powstawania zatorów. Radiator chłodzony jest za pomocą wentylatora.
- Rurka PTFE, zwana też rurką teflonową albo rurką Bowdena (Niebiesko/Fioletowy) – element mający na celu łatwiejszy poślizg filamentu oraz odpowiednie prowadzenie filamentu
- Łącznik (Zielony) – metalowy element, który odpowiada za przekazanie schłodzonego filamentu z radiatora do bloku grzejnego. Składa się on z 3 części – części zimnej, będącej połączoną z radiatorem, strefy przejściowej, oraz części gorącej, wkręconej w blok grzejny
Część gorąca
- Blok grzejny (Żółty) – najczęściej wykonany z aluminium, odpowiada za przetransmitowanie ciepła z grzałki do gorącej części łącznika i połączonej z nią dyszy. Blok grzejny odpowiada za połączenie ze sobą grzałki, elementu mierzącego temperaturę, łącznika oraz dyszy.
- Grzałka (Brak na obrazku, miejsce na grzałkę zaznaczona fioletową strzałką, brązową strzałką zaznaczono miejsce na śrubkę dociskającą grzałkę) – element będący w zasadzie ceramicznym opornikiem o dużej mocy, najpopularniejsza wartość grzejna to 40-50W. Pozwala osiągnąć temperaturę nawet 500 stopni, w zależności od mocy. Dzięki faktowi, że jest to po prostu rezystor mocy, nie ma konieczności zachowania polaryzacji grzałki.
- Termistor/Termopara (Brak na obrazku) – element mierzący temperaturę bloku grzejnego. W zależności od potrzeb danego rozwiązania stosuje się termistory szklane bądź w obudowie metalowej, albo termopary, które wymagają jednak dodatkowego układu przetwarzającego odczyty temperatury na wartości przyjmowane przez płytę główną. Termistor jest elementem zmieniającym swoją rezystancję w zależności od temperatury.
- Dysza (pomarańczowy) – jest ostatnim elementem mającym kontakt z filamentem. Od jej średnicy i ustawień drukarki zależy w olbrzymim stopniu jakość wydruku.
Łącznik z rurką PTFE czy full-metal?
Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna. Wszystko tak naprawdę zależy od preferencji użytkowników i materiałów, z których drukujemy.
Hotend z rurką PTFE
- Lepsza izolacja cieplna filamentu, co powoduje zmniejszenie szansy na powstanie zatorów cieplnych i puchnięcie filamentu
- Możliwość druku w temperaturach do 260*C – niektóre materiały wymagające wyższych temperatur mogą spowodować powstawanie toksycznych oparów z rurki PTFE, lub w przypadku niskiej jakości rurek ich topnienie.
- Ze względu na krótszą długość podgrzanego już filamentu, lepsza jakość retrakcji
- Degeneracja rurki w wyższej temperaturze, co może oznaczać konieczność częstszej jej wymiany.
- Możliwość drukowania z PLA/PET-G/ABS/TPU.
Hotend z łącznikiem full-metal
- Możliwość niskiej jakości wykonania, co spowoduje problemy z przyklejaniem się materiału do wnętrza łącznika
- Ze względu na rozgrzewanie się większej długości plastiku, utrudniona retrakcja
- Filament może puchnąć w przypadku złego doboru temperatury i niskiej jakości rurki. Może to spowodować zablokowanie się filamentu w łączniku
- Drukowanie bez większych ograniczeń temperaturowych, co pomaga w druku materiałów typu PEEK/PP/PC
- Problem z przylepianiem się filamentu do ścianek można rozwiązać przez olejowanie
- Możliwość zakupu łącznika pokrywanego tytanem, co może rozwiązać problemy z zapychaniem się łącznika
- Możliwość drukowania ze wszystkich dostępnych materiałów.
Jaką dyszę wybrać do swojej drukarki?
99% drukarek 3D do użytku domowego sprzedawana jest z mosiężną dyszą o szerokości 0.4mm. Hotend z takim zestawem pozwala na uzyskanie zadowalającej jakości uzyskiwanych wydruków. Taka średnica dyszy pozwala również drukować z dość dużymi prędkościami.
Dysze występują w różnych rozmiarach, począwszy na dyszach o średnicy 0.15 mm, a skończywszy na tych o średnicy 1.2 mm. Średnica dyszy ma wpływ na wiele składowych części wydruku, głównie na szerokości ścieżki jak i na wysokości pojedynczej warstwy. Zalecane jest, aby szerokość wyciskanego filamentu nie przekraczała 120% średnicy dyszy. Dla standardowej dyszy 0.4mm szerokość ścieżki powinna maksymalnie wynosić 0.5mm. W przypadku dyszy 1.2mm możemy sobie pozwolić na szerokość wydruku jednej linii aż do 1.44 mm, co pozwoli nam drukować prawie 3 razy szybciej. Większą szerokość ścieżki co prawda można ustawić, jednak jakość wytłoczonego filamentu może być pogorszona.
Rozmiar dyszy ma także znaczenie nie tylko w kontekście szerokości ścieżki w jednej warstwie, ale również na wysokości każdej warstwy. Biorąc pod uwagę średnicę dyszy i konieczność zapewnienia łączenia warstw, nie powinno się przekraczać 80% średnicy dyszy. Minimalna wysokość pojedynczej warstwy tak naprawdę zależy od jakości wykonania mechaniki drukarki. Niektóre maszyny pozwolą bez problemu na osiągnięcie wysokości jednej warstwy na poziomie 0.04 mm, natomiast ważne jest tutaj odpowiednie ustawienie odległości dyszy od stołu. Więcej na temat poziomowania stołu pisałem w poście Drukarka 3D – 10 sposobów na zadowolenie z użytkowania.
Materiały, z których wykonane są dysze:
- Mosiądz – Mosiądz charakteryzuje dobra przewodność cieplna i prostota obróbki mechanicznej. Wykonane z niego dysze pozwalają na osiąganie bezproblemowych wydruków w większości przypadków. Wadami dysz mosiężnych są jednak duża miękkość materiału oraz niska odporność na ścieranie, w szczególności w przypadku korzystania z materiałów zawierających włókno węglowe lub dodatki fluorescencyjne. Występują też dysze mosiężne z rubinową końcówką, która niweluje przedstawione powyżej wady.
- Stal nierdzewna – pozwala na uzyskanie wysokiej wytrzymałości dyszy, kosztem niższej przewodności cieplnej. Oznacza to, że temperatura druku podczas stosowania stalowej dyszy powinna zostać zwiększona. Dysze stalowe charakteryzuje dużo większa wytrzymałość materiałowa, co pozwala na drukowanie przedmiotów mogących mieć kontakt z żywnością. Materiały z dodatkami ściernymi także mogą zniszczyć dysze ze zwykłej stali.
- Stal hartowana – Dysze z hartowanej stali posiadają zdecydowanie większą twardość od dysz ze stali nierdzewnych i idealnie nadają się do materiałów trudnych w drukowaniu, niszczących normalne dysze.
- Miedź – Dysze miedziane charakteryzuje najlepsza przewodność cieplna, oraz dość duża twardość, dzięki czemu nadają się one perfekcyjnie do drukowania z materiałów takich jak PEEK czy Poliwęglany.
Podsumowując temat dysz, jeżeli drukujemy ze standardowych materiałów i nie chcemy mieć większych problemów z ustawieniami temperatury dysze mosiężne są tanim i dobrym wyborem. Jeżeli zdarza nam się drukować z materiałów z dodatkami, warto zastanowić się nad dyszą stalową.
