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L'hotend è una delle parti fondamentali di una stampante 3D FDM e, nonostante la sua apparente semplicità, è anche una delle più complesse. Da questo componente dipende non solo la risoluzione della stampante, ma anche la capacità di stampare determinati materiali come abrasivi o ad alta temperatura. Esistono molteplici opzioni quando si seleziona l'hotend, così come molti ricambi e accessori per ciascuno di essi. Non esiste l'hotend perfetto per tutte le applicazioni e la scelta di quello più adatto per ogni utente sarà condizionata dall'uso preferenziale della stampa 3D o dai materiali utilizzati abitualmente.
Per imparare a selezionare e configurare l'hotend più adatto a ciascun utente, è necessario comprendere come funziona e quali parti lo compongono.
L'hotend è l'insieme degli elementi destinati a fondere ed estrudere il filamento, prima di depositarlo nello spazio di costruzione. Lavora sempre in collaborazione con l'estrusore, sia in montaggio diretto che indiretto (bowden). In sostanza, l'estrusore spinge il filamento in una piccola camera dove si fonde e, grazie alla pressione generata, il materiale fuso esce da un piccolo foro dove si solidifica depositandosi sulla base di costruzione o sulla parte. Poiché il filamento viene spinto, è necessario che mantenga la massima rigidità prima di raggiungere la zona di fusione. Per fare ciò, nell'hotend devono esserci due parti chiaramente distinte: una zona fredda e una zona calda, con una transizione tra di esse il più breve possibile.
Gli hotend sono composti principalmente da sei componenti:
È la parte finale dell'hotend e determina la risoluzione della stampante nel piano XY. Quando si seleziona quello più adatto, è necessario considerare tre parametri: il sistema al qualle appartengono, il diametro e il materiale.
Sistema:
Esistono molti sistemi di hotend, ma i più comuni sono due: il sistema V6 e il Mk8. Oltre a questi, alcuni marchi rinomati come Ultimaker, BCN3D o Raise 3D hanno i propri sistemi.
Anche se sia gli ugelli V6 che Mk8 hanno una filettatura M6x1 e potrebbe sembrare che siano compatibili a prima vista, non è così. Le dimensioni differiscono notevolmente tra i due. Mentre gli ugelli del sistema Mk8 hanno una lunghezza di 8 mm, quelli del sistema V6 hanno una lunghezza di 5 mm. Ciò implica che nelle stampanti in cui il sensore di livello è posizionato sulla testina, l'ugello sarà più alto e non sarà possibile stampare. Sebbene sia possibile apportare modifiche alla stampante per adattare hotend di un altro sistema, è consigliabile rimanere all'interno del sistema originale ed evitare di mescolare componenti di altri sistemi. Attualmente non è un problema in quanto esistono produttori in entrambi i sistemi che producono componenti di straordinaria qualità come E3D, MicroSwiss o 3DSolex.
Diametro:
In generale, la maggior parte degli hotend utilizza di default un ugello da 0,4 mm in quanto si considera il compromesso ideale tra risoluzione e tempo di stampa. Tuttavia, ci sono molte altre opzioni di diametro che possono essere migliori in determinati casi.
La gamma di ugelli disponibili varia a seconda del sistema e del produttore, ma in generale va da 0,25 a 0,8 mm. Questo è dovuto alle limitazioni intrinseche della tecnologia FDM. I materiali plastici, quando si fondono, mantengono una considerevole viscosità che richiede l'applicazione di una pressione maggiore quanto più piccolo è il diametro. Ecco perché sotto i 0,25 mm la pressione necessaria è così elevata che diventa impossibile stampare alcuni materiali plastici più viscosi. Tuttavia, alcuni produttori come E3D offrono ugelli sperimentali fino a 0,15 mm, con i quali è possibile ottenere risultati eccellenti stampando PLA a bassa velocità.
Per gli ugelli con diametro superiore a 0,8 mm, il limite è dovuto alla capacità degli hotend di fondere il flusso volumetrico di plastica sufficiente per garantire una corretta estrusione. Un ugello di grande diametro richiede una velocità di estrusione così elevata che potrebbe essere impossibile fondere il filamento alla stessa velocità. Nonostante ciò, due dei produttori più rinomati sono riusciti a superare parzialmente questa limitazione utilizzando due strategie diverse.
Da un lato, E3D offre due sottosistemi V6 noti come Volcano e Supervolcano, che si basano sull'aumento della lunghezza della zona calda dell'hotend, consentendo di fondere un flusso di plastica molto maggiore. Ciò significa la possibilità di stampare a velocità più elevate con ugelli di dimensioni standard, nonché la possibilità di utilizzare ugelli fino a 1,4 mm.
D'altro canto, il produttore 3DSolex ha introdotto l'innovativa tecnologia "Core Heating Technology". Questa tecnologia si basa sulla divisione dell'interno dell'hotend in tre camere, ottenendo una maggiore superficie calda a contatto con il filamento e, di conseguenza, una fusione più rapida e uniforme senza la necessità di aumentare la lunghezza della zona calda. Grazie a ciò, 3DSolex offre ugelli con diametri fino a 2 mm compatibili con il sistema V6.
Materiali:
Negli ultimi anni, l'emergere di nuovi materiali avanzati ha comportato anche la necessità di progettare ugelli con nuovi materiali. Attualmente i materiali più comuni utilizzati nella produzione degli ugelli sono i seguenti:
È l'elemento responsabile del trasferimento di calore all'ugello e alla zona calda dell'heatbreak. Principalmente ci sono due tipi: standard e ad alta temperatura. I blocchi riscaldanti standard sono solitamente realizzati in alluminio. Sono più economici, ma sopportano solo temperature fino a 300 °C. I blocchi riscaldanti ad alta temperatura sono realizzati in rame nichelato e possono sopportare temperature fino a 500 °C.
Alcuni sistemi, come il V6, offrono l'opzione di utilizzare una guaina o calza in silicone che aiuta a proteggere il pezzo dal calore irradiato, il che è particolarmente importante quando si stampa con materiali come il PLA.
È l'elemento incaricato di misurare la temperatura del blocco riscaldante. Sono disponibili diversi tipi, con diverse forme e specifiche. Potrebbe essere uno dei componenti più difficili da sostituire, poiché potrebbe richiedere modifiche al firmware della stampante o persino l'aggiunta di componenti elettronici aggiuntivi. I tipi più comuni sono i seguenti:
Consiste, essenzialmente, in una resistenza che, passando una corrente attraverso di essa, trasmette calore al blocco riscaldante. Le più comuni hanno una potenza di 30 W o 40 W. Salvo eccezioni, in generale hanno dimensioni universali. Sono disponibili in versioni da 12V e 24V, ed è essenziale utilizzare la tensione corretta per la scheda della stampante.
Uno degli elementi più importanti dell'hotend. La sua funzione è separare la zona calda e la zona fredda dell'hotend e la sua qualità è determinante per evitare eventuali intasamenti. È il componente che determinerà se un hotend è di tipo All-Metal o meno, a seconda che l'interno sia rivestito di teflon o meno. Viene realizzato con materiali a basso coefficiente di conduzione termica come l'acciaio inossidabile per aumentare l'effetto di rottura termica. Quelli di maggior qualità sono realizzati in titanio o con combinazioni bimetalliche come quelli di Slice Engineering.
La sua funzione è rinfrescare la zona fredda dell'hotend e evitare che il filamento si ammorbidisca prima di raggiungere la zona di fusione. È molto importante che la sua qualità e prestazioni siano molto elevate, soprattutto quando si utilizzano temperature elevate o polimeri con basso punto di ammorbidimento come il PLA. Nel caso di utilizzo di estrusori diretti, un'altra importante funzione è evitare che il calore si trasmetta all'estrusore stesso, salvo eccezioni di estrusori compatti come l'E3D Aero e Hemera, nei quali il corpo stesso dell'estrusore funge anche da dissipatore di calore.
Come accennato in precedenza, non esiste l'hotend ideale in grado di lavorare al massimo rendimento in tutte le situazioni. Per ogni situazione, esiste un modello o una combinazione ottimale. Sebbene in generale gli hotend di serie offrano buone prestazioni in stampe occasionali con materiali di base, quando ci si trova di fronte a situazioni più impegnative potrebbe essere necessario sostituire l'hotend o determinati componenti. Tra queste situazioni speciali, ne elenchiamo sei delle più comuni:
Anche se in generale i materiali più comuni hanno temperature di stampa inferiori a 280 °C, ci sono alcuni filamenti ingegneristici la cui temperatura di stampa può essere leggermente superiore, come ad esempio il policarbonato o addirittura molto più alta come il PEKK. In questi casi è indispensabile selezionare un hotend i cui componenti siano in grado di sopportare temperature elevate. È ideale che sia il blocco riscaldante che il nozzle siano realizzati in rame nichelato. Inoltre, devono essere accompagnati da un heatbreak All-Metal con un coefficiente di conduzione termica il più basso possibile, come quelli realizzati in titanio o con leghe bimetalliche.
A causa delle limitazioni dei termistori, sarà indispensabile che l'hotend misuri la temperatura tramite una termocoppia o una sonda PT100.
Nel caso di utilizzo di un estrusore diretto, il dissipatore di calore deve essere di alta qualità e ben raffreddato.
Tra le opzioni disponibili, probabilmente le migliori per questo tipo di applicazione sono gli hotend Mosquito e Copperhead di Slice Engineering.
Probabilmente uno dei casi più impegnativi. La scelta sarebbe la stessa del caso precedente, con l'unica differenza che sarebbe necessario sostituire il nozzle in rame nichelato con uno adatto per materiali abrasivi come il Nozzle in acciaio indurito o il Nozzle X di E3D in dimensioni di 0.6 mm. Entrambi compatibili con gli hotend di Slice Engineering.
Quando si utilizzano materiali abrasivi, ma non è necessario raggiungere temperature superiori a 285 °C, è anche consigliabile, come nel caso precedente, utilizzare un nozzle resistente all'abrasione e un heatbreak All-Metal. Sebbene un heatbreak con teflon funzionerebbe correttamente, l'usura sarebbe elevata e sarebbe necessario sostituire frequentemente il tubo PTFE. Tra i heatbreak metallici, quelli in titanio offrono una maggiore durata con materiali abrasivi a causa della loro elevata durezza. Tuttavia, in questo caso, un blocco riscaldante in alluminio sarebbe più che sufficiente.
Nel caso di stampare pezzi con materiali biocompatibili o per uso alimentare, è fondamentale evitare contaminazioni da residui metallici che possono causare tossicità. La scelta migliore è che tutti i componenti a contatto con il filamento siano realizzati in acciaio inossidabile o titanio. Pertanto, un hotend E3D V6 con heatbreak in titanio e nozzle in acciaio inossidabile sarebbero la combinazione perfetta.
Quando si stampa con pezzi di grandi dimensioni, potrebbe essere prioritario ridurre il tempo di stampa piuttosto che aumentare la risoluzione. In questi casi, può essere utile utilizzare nozzle con diametri superiori a 1 mm. Ciò implica l'uso di hotend capaci di fondere un'elevata quantità di filamento a una velocità ragionevole. In queste situazioni, i sistemi V6 Volcano o Supervolcano sono una delle migliori opzioni.
Come nel caso precedente, il limite è determinato dalla velocità con cui il nostro hotend è in grado di fondere il filamento. Anche se sia il sistema V6 Volcano che V6 Supervolcano sarebbero adatti in questo caso, l'opzione ottimale è l'uso di nozzle Solex con tecnologia "Core Heating Technology" in grado di raggiungere un flusso di stampa di fino a 30 mm3/s e compatibili sia con gli hotend di E3D che di Slice Engineering.
In molti casi, le nostre esigenze non si limitano a un singolo caso, quindi sarà necessario trovare un compromesso che consenta un rendimento adeguato in diverse situazioni.
Tuttavia, l'ideale è avere un sistema altamente modulare come il V6 di E3D o il nuovo Copperhead di Slice Engineering. Grazie a questi due sistemi, è possibile trasformare il nostro hotend per ottenere la massima performance in ogni situazione.
Esto si que es una entrada en un blog. Vaya información.Muchas gracias por compartir conocimientos.Sugiero hacer más entradas básicas, aclaratorias de conceptos básicos.En definitiva los que hacen estas búsquedas son los que, como yo, tenemos dudas simples.Conforme vamos aprendiendo, se busca menos, así que el público está muy definido.Enhorabuena al redactor, le ha salido bordado.
Acabo de empezar y es de lo mejorcito que he leído. Muy aclaratorio y práctico.Espero que sigas poniendo cosas así. Mil gracias.
Le texte est intéressant mais la traduction en Français est médiocre.
Ho letto e accetto l'informativa sulla privacy.