Manutenzione di base dell'hotend

Il hotend è uno dei componenti più importanti di una stampante 3D FFF e subisce la maggior usura. È essenziale eseguire una manutenzione adeguata e controllarlo periodicamente per verificarne lo stato.

Esistono vari tipi di hotend, sia indipendenti (es. E3D V6) che integrati in testine compatte (es. Hemera, LGX FF), ma tutti condividono alcuni componenti comuni.

Immagine 1: Hotend integrato nella testina compatta LGX. Fonte: bondtech.se

In qualsiasi hotend è possibile trovare i seguenti componenti:

• Nozzle o ugello: È l'elemento attraverso il quale il materiale fuso viene estruso.
• Cartuccia riscaldante: È una resistenza il cui compito è riscaldare il blocco riscaldante.
• Sensore di temperatura: Può essere di diversi tipi: termistore, termocoppia, PT100,... Ha la funzione di misurare la temperatura del blocco riscaldante.
• Blocco riscaldante: È l'elemento responsabile di trasmettere la temperatura all'ugello e alla zona calda del heatbreak.
• Heatbreak: È l'elemento di rottura termica. Ha il compito di guidare il filamento fino all'ugello evitando che si sciolga prematuramente. È composto da una zona calda e una fredda e la sua capacità termica è fondamentale per il corretto funzionamento dell'hotend. Esistono due tipi: All metal e con inserto in teflon. Il heatbreak All metal resiste ad alte temperature, ma è incline a subire il heat creep quando la sua capacità termica non è ottimale. L'hotend con inserto in teflon evita che il filamento si sciolga all'interno del heatbreak e riduce l'attrito al suo interno, ma non è consigliato per materiali che richiedono temperature superiori a 265 °C.
• Dissipatore: È l'elemento responsabile di raffreddare il heatbreak, mantenendo separate la zona calda e la zona fredda. Può essere passivo o attivo.

Immagine 2: Parti di un hotend. Fonte: cults3D.com

Per garantire il corretto funzionamento dell'hotend è necessario controllare sia lo stato di ciascun componente sia l'assemblaggio di tutti loro.

Nozzle

Si tratta di un elemento consumabile e quindi con una durata limitata. L'usura dell'ugello provoca un aumento del diametro di uscita e una riduzione della sua lunghezza. Ciò si riflette in una estrusione inconsistente che danneggia la finitura delle parti.

Esistono diversi fattori che accelerano l'usura di un ugello. Il più comune è l'uso di materiali compositi. La presenza di fibre o particelle nel filamento provoca una elevata abrasione sulle pareti dell'ugello. Sono particolarmente abrasivi i filamenti in fibra di vetro o carbonio, quelli caricati con particelle ceramiche o metalliche e i filamenti fosforescenti.

Inoltre, il materiale con cui è realizzato l'ugello influenzerà anche la durata dello stesso. I materiali più comuni sono i seguenti:

• Latta: Hanno una durata molto limitata, anche con filamenti non abrasivi. È consigliabile sostituirli spesso per garantire la massima qualità di stampa.
• Latta o rame con rivestimento in nichel: Il rivestimento in nichel conferisce maggiore durezza superficiale all'ugello e quindi maggiore resistenza all'abrasione. La loro durata è molto alta con filamenti non abrasivi e moderata con filamenti abrasivi.
• Acciaio inossidabile: Questi ugelli sono sviluppati per applicazioni mediche e a contatto con il cibo, ma hanno una buona durata con filamenti non abrasivi. Anche se hanno una durata moderata con filamenti abrasivi, non sono la scelta migliore.
• Acciaio temprato e simili: Presentano una buona durata quando vengono utilizzati con materiali abrasivi e molto buona con filamenti non abrasivi. In generale, la qualità di stampa non è così buona come nei casi precedenti a causa della rugosità del materiale e della sua aderenza alla plastica fusa, ma alcuni incorporano rivestimenti speciali che risolvono questo problema.
• Con punta in rubino: Il rubino è uno dei materiali più duri e che subisce meno usura, ma solo la punta dell'ugello è realizzata con questo materiale, che è incastonata in un ugello di latta. Ha una durata elevata con materiali non abrasivi e il suo principale vantaggio è che non perde qualità durante tutta la sua durata. Nel tempo, la parte di latta subisce usura fino a quando la punta in rubino si stacca. Con materiali molto abrasivi è consigliabile utilizzare ugelli in acciaio temprato.

Immagine 3: Ugelli di latta, rame nichelato e acciaio temprato. Fonte: Brozzl.com

È difficile fare una stima di frequenza con cui un ugello dovrebbe essere sostituito, poiché dipende in gran parte dal materiale utilizzato e dalla temperatura. Tuttavia, a titolo indicativo, è possibile stimare i seguenti valori:

• Ugello di latta:
• Con materiali non abrasivi: Sostituire ogni 200 ore di utilizzo.
• Con materiali abrasivi: Non è consigliato l'uso.
• Ugello di latta nichelata:
• Con materiali non abrasivi: Sostituire ogni 1000 ore di utilizzo.
• Con materiali abrasivi: Sostituire ogni 100 ore di utilizzo.
• Acciaio inossidabile:
• Con materiali non abrasivi: Sostituire ogni 1000 ore di utilizzo.
• Con materiali abrasivi: Sostituire ogni 100 ore di utilizzo.
• Acciaio temprato:
• Con materiali non abrasivi: Non è consigliato l'uso.
• Con materiali abrasivi: Sostituire ogni 400 ore di utilizzo.
• Con punta in rubino:
• Con materiali non abrasivi: Quando la punta in rubino si stacca.
• Con materiali abrasivi: Quando la punta in rubino si stacca.

Cartuccia riscaldante

Il guasto più frequente legato alla cartuccia riscaldante è dovuto a un problema di connessione. I cavi che entrano nella cartuccia sono generalmente protetti da due guaine di plastica resistenti alla temperatura. Queste guaine tendono a degradarsi con l'uso, lasciando scoperto il filo metallico. Non appena l'usura sarà evidente, la cartuccia riscaldante deve essere sostituita, poiché la perdita dell'isolante dei cavi può causare un cortocircuito, un incendio o danni gravi all'utente.

Sensore di temperatura

Come per la cartuccia riscaldante, il punto più delicato è la connessione dei cavi. Un danno al cavo o alla sua connessione causerà misurazioni errate ed erratiche della temperatura. Se il cavo si rompe completamente, il valore della temperatura rimarrà fisso al suo massimo valore. È consigliabile controllare spesso lo stato delle connessioni.

Immagine 4: Diversi formati di termistori NT100. Fonte: alibaba.com

Blocco riscaldante

Nonostante non richieda alcuna manutenzione specifica, è molto importante mantenerlo il più pulito possibile. I residui di plastica accumulati possono staccarsi e aderire al pezzo durante la stampa, causando difetti estetici o addirittura fallimenti nella stampa. L'uso di rivestimenti in silicone o vernici repellenti per plastica può aiutare a mantenere il blocco pulito, specialmente quando si stampa con materiali come il PETG. Nel caso si utilizzino rivestimenti in silicone, è consigliabile rimuoverli e pulirli regolarmente, nonché sostituirli non appena cominciano a degradarsi. Per quanto riguarda la verniciatura antiaderente, è consigliabile applicarla ogni 2 o 3 stampe.

Immagine 5: Cistodia in silicone E3D. Fonte: e3d-online.com

Heatbreak

I heatbreak completamente metallici non richiedono una manutenzione speciale. Se vengono stampati regolarmente materiali abrasivi, è consigliabile smontare il heatbreak ogni 500 ore di utilizzo per verificare l'usura della gola interna. Non appena si iniziano a notare segni di usura, è necessario sostituire il heatbreak.

Nel caso dei heatbreak con inserto in teflon, l'usura colpisce direttamente l'inserto. Questo deve essere cambiato ogni 500 ore di utilizzo con PLA, ogni 300 ore di utilizzo con ABS o PETG e ogni 80 ore di utilizzo con filamenti abrasivi.

Dissipatore

Il heatbreak di solito è direttamente collegato a un elemento di dissipazione. Questo può essere passivo (dissipatore a lamelle) o attivo (dissipatore a lamelle + ventilatore). La sua capacità di dissipare il calore dalla zona fredda del heatbreak è fondamentale per evitare problemi. Un surriscaldamento della zona fredda può far sì che il filamento si ammorbidisca e si comprima, causando un ingorgo. Questo fenomeno è noto come heat creep ed è comune quando si stampa PLA su un hotend con heatbreak in metallo.

Per assicurare una dissipazione ottimale, è necessario applicare la pasta termica nella zona di giunzione tra il heatbreak e il dissipatore. È consigliabile utilizzare paste termiche con proprietà antiaderenti come il nitrato di boro, per facilitare la rimozione del dissipatore nelle future revisioni.

Nel caso dei dissipatori attivi, è necessario controllare all'inizio di ogni stampa che il ventilatore funzioni correttamente. Alcune stampanti controllano termicamente questo ventilatore, quindi potrebbe rimanere spento finché l'hotend non raggiunge i 50 °C o i 100 °C.

Montaggio

Dato che ciascun elemento dell'hotend è realizzato in un materiale diverso e che i loro coefficienti di dilatazione termica sono anch'essi diversi, è comune che l'unione tra di essi si allenti a causa delle brusche variazioni di temperatura. È molto importante verificare ogni 2-3 settimane che tutti gli elementi e le viti dell'hotend siano correttamente serrati.

Nel caso in cui il nozzle si sia allentato, deve essere nuovamente serrato a caldo. È molto importante che il heatbreak e il nozzle siano serrati e a contatto tra loro, poiché uno spazio minimo tra di essi causerà una fuga di materiale fuso che danneggerà l'hotend.

Immagine 6: Perdita di plastica causata da un cattivo serraggio dell'hotend. Fonte: forum.prusaprinters.org

È necessario consultare il produttore per la coppia di serraggio ottimale per ciascun hotend, poiché una coppia eccessiva danneggerà la filettatura del blocco riscaldante. A titolo di riferimento, E3D raccomanda una coppia di serraggio di 3 n·m per i suoi hotend, mentre Slice Engineering ne utilizza 1,5 n·m. Nel caso in cui non si disponga di un valore di riferimento dal produttore, è possibile optare per una coppia nell'intervallo 1-2 n·m

È importante anche verificare le viti che fissano la cartuccia riscaldante e il sensore di temperatura.

Miscelazione di sistemi

Deve sempre utilizzare ricambi originali o almeno appartenenti allo stesso sistema. Anche se spesso sembra che ci sia compatibilità tra componenti di diversi sistemi, poiché hanno lo stesso tipo di filettatura, le dimensioni e le dimensioni di ciascun elemento sono molto importanti. I diversi componenti di un hotend sono progettati per funzionare correttamente insieme e mescolare componenti che non fanno parte dello stesso sistema può causare un malfunzionamento o persino danneggiare l'hotend.

Cambio di materiale

Quando si rimuove un filamento dall'hotend, rimangono sempre residui all'interno. Caricando un nuovo materiale con una temperatura di stampa più bassa, questo trascinerà i residui non fusi del materiale precedente causando un ingorgo. Pertanto, ogni volta che si effettua un cambio di materiale è necessario pulire l'hotend con un filamento di pulizia. A tale scopo, saranno estrusi tra 500 e 800 mm di filamento di pulizia a una temperatura superiore di 10 °C rispetto all'ultimo materiale utilizzato.

Ventola layer

Sebbene la vnetola layer non sia un componente dell'hotend, di solito è posizionato accanto ad esso. Una ventola layer posizionata male può dirigere l'aria direttamente verso il blocco raffreddandolo. Ciò provoca l'incapacità dell'hotend di raggiungere la temperatura di setpoint o l'oscillazione della temperatura, che di solito si traduce in un errore di temperatura sulla stampante. In questi casi, è consigliabile provare la stessa stampa con la ventola layer disattivata per verificare se si tratta di un guasto del sensore di temperatura o dell'effetto di una cattiva posizione della ventola layer.

Ingresso del filamento

Un punto di ingresso per la sporcizia all'interno dell'hotend è la zona di ingresso del filamento. Nei sistemi Bowden, in cui il filamento è guidato da un tubo PTFE fino all'hotend, l'ingresso è protetto e non è solito che la polvere ci entri, tuttavia nelle stampanti con estrusore diretto, l'ingresso del filamento può essere esposto all'aria, facilitando l'ingresso di polvere all'interno dell'hotend. In questi casi, è consigliabile guidare il filamento dalla bobina all'estrusore attraverso un tubo di PTFE ogni volta che è possibile. L'ingresso di polvere e sporco nell'hotend è una causa comune di ingorghi.

Allo stesso modo, si consiglia di mantenere pulite le bobine di filamento e di evitare che si depositi polvere su di esse, quindi è necessario evitare di lasciarle nel supporto della stampante se questo non è protetto e conservarle all'interno di sacchetti o scatole chiuse.

Stampanti con molteplici hotend

Quando si dispone di una stampante con diversi hotend, è necessario calibrare la posizione relativa di questi.

Innanzitutto, è necessario verificare che la distanza tra gli hotend e la superficie di stampa sia la stessa. A tal fine, si fissa l'hotend principale e si livella il piano di stampa rispetto ad esso. Successivamente, è necessario regolare l'altezza degli altri hotend rispetto a quello principale. Il modo di regolare l'altezza varia da una stampante all'altra, quindi è necessario consultare il manuale della macchina o il produttore nel caso in cui non si sappia come farlo.

Una volta regolata l'altezza degli hotend, è necessario conoscere la posizione relativa in XY di ciascuno rispetto a quello principale. In generale, ogni produttore fornisce un file di stampa che consente di calibrare lo scostamento in XY di ciascun hotend, sebbene esistano molte altre opzioni in noti repository di file. In questo caso, non è possibile modificare la posizione in XY degli hotend, quindi i valori di scostamento verranno inseriti nel firmware in modo che compensi la posizione durante la stampa.

L'altezza degli hotend deve essere controllata ogni 2 settimane, mentre la calibrazione in XY verrà eseguita solo quando si rilevano scostamenti o sovrapposizioni delle parti stampate con ciascun hotend.

Immagine 7: Modello di calibrazione per doppio estrusore per stampanti Raise Pro2. Fonte: Raise3D.com

L'hotend è probabilmente il sistema della stampante che richiede la manutenzione più frequente, tuttavia è molto importante mantenerlo in buone condizioni per garantire una buona qualità di stampa e ridurre al minimo il rischio di guasti.

Nota: Questa guida tratta i concetti in modo generale senza concentrarsi su un marchio o modello specifico, anche se potrebbero essere menzionati in qualche momento. Possono esserci differenze significative nei procedure di calibrazione o regolazione tra diversi marchi e modelli, quindi si consiglia di consultare il manuale del produttore prima di seguire questa guida.