Publicado el 17/09/2025

La importancia de los nozzles en la impresión de alta velocidad FFF

Consejos

La impresión 3D FFF de alta velocidad exige extruir grandes volúmenes de material por segundo. El caudal volumétrico máximo se define por el producto: diámetro de boquilla × altura de capa × velocidad de impresión. En impresoras de escritorio el valor por defecto ronda ~15 mm³/s con PLA y ~10 mm³/s con ABS/ASA/PETG, si bien hay que destacar que por ejemplo el ASA permite alcanzar mejores caudales que el PLA, dado que por sus propiedades este material no precisa de tanto tiempo de enfriamiento de capa. Superar estos valores sin perder calidad requiere cambiar el diseño del hotend/nozzle para aumentar la superficie de contacto entre la zona caliente del hotend y el filamento con el fin de fundir más rápido el plástico.

Esquema representativo impresión FFF

Imagen 1: Esquema del funcionamiento de un hotend. Fuente: Nature.com

Diseño tradicional: Volcano y SuperVolcano

Una estrategia clásica fue alargar el bloque calentador (melt zone). Por ejemplo, los hotends tipo Volcano de E3D incorporan un bloque más largo de aluminio, ampliando la zona de fusión. Esto incrementa el caudal volumétrico un ~70% en comparación con un hotend V6 estándar. La siguiente figura muestra un hotend tipo Volcano con su gran bloque de fusión:

Area de fundido del hotend estándar y el volcano

Imagen 2: Hotend E3D Volcano con zona de fusión extendida Fuente: E3D.

E3D incluso desarrolló el SuperVolcano, con un bloque aún más largo y una resistencia más potente. Según E3D, el SuperVolcano llega a 11 veces el flujo de un V6 estándar (en la práctica, hasta ~32 mm³/s con PLA a 0.4 mm y 0.2 mm de capa). Estos nozzles permiten imprimir con boquillas grandes (0.6–1.4 mm) a velocidades muy altas, produciendo líneas gruesas y uniones sólidas. Sin embargo, requieren mayores temperaturas y potencia de calefacción para mantener el filamento fundido.

Nozzles multicanal: CHT y High Flow

La estrategia más reciente consiste en boquillas multicanal: diseños internos que dividen el filamento en varias vías para fundirlo desde dentro. Bondtech (con su marca 3DSolex) fue pionero con la tecnología CHT® (Core Heating Technology), que usa 3 canales de fusión internos. A diferencia de los nozzles normales (que funden de afuera hacia dentro), la CHT fractura el núcleo del filamento en tres flujos, aumentando dramáticamente la zona de fusión. Esto mejora el flujo sin cambiar el hotend; en pruebas, una boquilla CHT sube el caudal ~30% sobre el V6 estándar. Además, las boquillas CHT suelen funcionar a menor temperatura que las tradicionales para el mismo flujo y permiten usar diámetros de salida grandes.

Nozzles CHT

Imagen 3: Nozzles CHT. Fuente: Bondtech.

Por su parte, E3D ha lanzado diseños multicanal de cuatro vías. Un ejemplo es la boquilla Unicorn (en colaboración con Creality) o los nuevos nozzles High Flow para extrusores modernos. Estas boquillas dividen el filamento en 4 canales internos, lo que aumenta enormemente la superficie de contacto y la transferencia de calor. En la imagen siguiente se ve un corte de una boquilla “Unicorn” de E3D (latón arriba, ObXidian abajo); internamente multiplica los trayectos del filamento:

Boquilla multicanal Unicorn

Imagen 4: Corte transversal de la boquilla multicanal “Unicorn” de E3D/Creality. Su diseño interno divide el filamento en cuatro canales, incrementando la superficie de fusión. Fuente: E3D.

Con este diseño la boquilla Unicorn logra flujos muy altos: ¡hasta 52 mm³/s, permitiendo imprimir a ~600 mm/s manteniendo la extrusión continua. Prusa Research también adoptó un nozzle similar (desarrollado por E3D) para su extrusor Nextruder del MK4, resaltando en sus especificaciones que la geometría interna de 4 canales “aumenta el área de contacto y mejora el flujo volumétrico”. En resumen, más canales = más área de fusión interna = mayor caudal.

Comparativa de caudales volumétricos

En números, se observa la ventaja de estas boquillas de alto flujo frente a las convencionales:

  • Boquilla estándar V6 (0.4 mm, capa 0.2 mm): típicamente ~10–15 mm³/s (PLA ~15 mm³/s; ABS, PETG ~10 mm³/s). Este es el límite común en impresoras de escritorio sin modificaciones.
  • Hotend Volcano (0.4 mm, 0.2 mm): ~20 mm³/s (≈+70% respecto al V6) gracias a su bloque alargado.
  • Hotend SuperVolcano: aún más, en torno a 32 mm³/s con PLA (hasta 11× el V6) al combinar mayor área y potencia.
  • Boquilla Bondtech CHT (3 canales): incrementa ~30% el flujo frente a una V6 estándar. En cifras, si un V6 estándar daba ~15 mm³/s, una boquilla CHT podría ofrecer ~18–20 mm³/s.
  • Boquilla E3D Unicorn / High Flow (4 canales): según pruebas, alcanza ~52 mm³/s (en condiciones de prueba con 0.4 mm, PLA), muy por encima de cualquier boquilla tradicional.
  • Raise3D Pro3 HS (Hyper FFF): los nuevos hotends rediseñados de Raise3D duplican el flujo volumétrico (hasta +200%) respecto al hotend original. En la práctica esto significa exprimir mucho más material por segundo con el mismo diámetro de boquilla.

Estos valores ilustran cómo los diseños avanzados de boquillas permiten imprimir a velocidades (>300–600 mm/s) imposibles con boquillas normales, sin que falte material en los movimientos rápidos.

Soluciones Raise3D para alta velocidad

Raise3D lidera la implementación comercial de impresión FFF a alta velocidad. Su kit Hyper FFF (para impresoras Pro3) integra globalmente mejoras de hardware y software. En este kit se incluyen hotends de alto flujo rediseñados (capaces de duplicar el caudal volumétrico) y un firmware con compensación de resonancias. Asimismo, la nueva serie Pro3 HS viene de fábrica con hotends preparados: cada Pro3 HS incorpora un hotend de alto flujo con boquilla de carburo de silicio, junto con filamentos especiales Hyper Core. Esto permite imprimir compuestos a 200–300 mm/s con gran fiabilidad.

Kit HyperSpeed Raise3D

Imagen 5: Kit Hyper Speed de Raise3D para la serie Pro3 HS, con hotends de alto flujo y filamentos optimizados. Fuente: Raise3D.

En resumen, Raise3D combina boquillas/nozzles avanzados (el mayor flujo de Raise3D Pro3 HS es equivalente a +200% caudal) con filamentos y firmware adaptados. Su enfoque integral (mecánico y de materiales) maximiza la productividad: permiten reducir el tiempo de impresión un 30–70% sin perder calidad.

Conclusión

El diseño del nozzle es crítico para impresión FFF a alta velocidad, ya que limita directamente el caudal volumétrico de extrusión. Para elevar este límite se requiere aumentar la zona de fusión —ya sea alargando el bloque de aluminio (Volcano, SuperVolcano) o usando diseños multicanal que funden el filamento desde el interior (Bondtech CHT de 3 canales, boquillas E3D de 4 canales, etc.). Estas soluciones permiten caudales varios factores mayores que los de boquillas tradicionales, habilitando velocidades de impresión muy superiores. Raise3D ha destacado al integrar boquillas de alto flujo (con boquillas cerámicas/hardmetal) en sus sistemas Hyper FFF, duplicando el flujo extrusor y aprovechando al máximo la impresión rápida. En definitiva, avanzar en el diseño de nozzles (incrementando la superficie de contacto y eficiencia térmica) es clave para imprimir más rápido sin sacrificar calidad.

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