Quale diametro del filamento è migliore: 1,75 mm o 3 mm?

Il seguente articolo cerca di chiarire le differenze tra i filamenti di diametro 1,75 mm e 3 mm (si intende per filamento 3 mm quello dello stesso diametro e 2,85 mm), che è una domanda che molti utenti della stampa 3D prima di acquistare una stampante 3D.

Molte stampanti 3D professionali e industriali (la maggior parte utilizza un Sistema Bowden per ridurre il momento di inerzia, generato dal peso dei motori, nell'asse dell' HotEnd  e quindi avere una maggiore precisione di stampa) utilizzano filamenti da 3 mm di diametro.

Uno dei motivi per cui in questo tipo di macchine si usano 3 mm e non 1,75 mm è perché il motore dell'estrusore deve lavorare molto meno. Qui spieghiamo perché:

Se si assume che in condizioni teoriche una stampante 3D con il pignone sposti un filamento di raggio R=10 mm, girando 10 giri con un filamento da 1,75 mm (ad esempio PLA 1,75 mm) si sposterebbero 1511,29 mm³ di volume di plastica. Per spostare lo stesso volume con un filamento da 3 mm (ad esempio PLA 3 mm), il pignone dell'estrusore dovrebbe compiere solo 3,4 giri.

Ora eseguiamo al contrario le precedenti operazioni per ottenere i giri che deve compiere lo stesso pignone del motore estrusore con un filamento da 3 mm:

Questa riduzione favorisce quando si effettuano stampe 3D a lungo termine, poiché con il filamento da 1,75 mm i motori possono surriscaldarsi a causa dei rapidi movimenti che deve fare per spingere e ritrarre il materiale, perdere passi e rovinare l'intero pezzo che doveva essere stampato. Un altro vantaggio di avere un minore avanzamento del filamento è che la ruota dentata segna una minore quantità di filamento quando si ritrae.

Immagine 1: si può vedere la differenza di lunghezza segnata dal motore dell'estrusore per estrudere la stessa quantità di volume per il filamento da 1,75 mm e 3 mm

Quando si utilizzano materiali flessibili (Filaflex o TPU) o fragili (Lay-Woo3D), il filamento da 3 mm ha il vantaggio di essere più resistente alla flessione rispetto allo stesso filamento da 1,75 mm. Inoltre, grazie a questa resistenza, il materiale rimane teso durante l'avvolgimento, il che aiuta i produttori a ottenere bobine quasi perfettamente allineate e prive di sovrapposizioni.

All'inizio, il filamento era di 3 mm per la facilità di produrlo a quella dimensione con una tolleranza accettabile, ma con l'evolversi della tecnologia, i grandi produttori di stampanti 3D hanno richiesto il passaggio a 2,85 mm (nº 4 pollici) per essere una misura standard nel mondo della manifattura industriale, in cui esistono utensili di quel diametro e molto precisi.

Questo cambiamento favorisce anche le stampanti 3D con Bowden System, poiché questi sistemi utilizzano tubi in PTFE con diametro interno di 1/8" (3,175 mm), quindi se si utilizza un filamento da 3 mm con una tolleranza di ±0,05 (attenzione ai filamenti di bassa qualità che possono hanno aree di 3,2 mm) il materiale può scivolare molto appena lungo il tubo di PTFE, causando un elevato attrito che causerà salti nell'estrusore o addirittura un intasamento totale.Questo di solito si verifica solo con filamenti di bassa qualità che non soddisfano la tolleranza indicata dal produttore.

Con il Sistema Diretto il filamento viene inserito nell'HotEnd immediatamente e quindi questo problema non si presenta essendo indifferente l'utilizzo di 2,85 mm o 3 mm. Questa misura di 3 mm è anche favorevole per l'uso con ugelli  di diametro maggiore del normale (0,8 mm, 1 mm, 1,2 mm o più) in quanto consente un buon controllo del materiale tra l'ingresso e l'uscita dell'ugello. Come è evidente, con un ugello di diametro inferiore al solito (0,35 mm, 0,3 mm, 0,25 mm o inferiore) l'utilizzo di un filamento da 3 mm è scomodo in quanto è costretto a utilizzare una bassa velocità di estrusione, che può causare residui di materiale nel pezzo. Nel caso precedente, l'opzione migliore è utilizzare un filamento da 1,75 mm che, in combinazione con piccoli diametri dell'ugello, consente di ottenere modelli molto piccoli con molti dettagli.

Immagine 2: Sistema Bowden Tumaker Voladora

Immagine 3: Sistema diretto  Mendel Max XL

Questo diametro di 1,75 mm, presentando una minore resistenza alla flessione, richiede meno pressione per essere spostato dall'estrusore, il che implica un design dell'estrusore più semplice rispetto al filamento da 3 mm, componenti elettronici più semplici e la possibilità di essere utilizzato in qualsiasi stampante 3D con qualsiasi tipo di estrusore senza troppe difficoltà (da non confondere con qualsiasi tipo di sistema di azionamento).

Come conclusione finale di questo articolo e tenendo conto che non è una cosa da poco, possiamo affermare che il filamento da 1,75 nmm è più adatto ad un uso non professionale, con stampanti 3D de desktop in cui solitamente non fanno Stampe 3D per molte ore o giorni. E al contrario, il filamento da 3 mm è più appropriato per stampanti 3D profesionali o industriali in cui solitamente vengono eseguite stampe 3D di giorni pari, con ugelli con grandi diametri di uscita.