Pubblicato su 17/09/2025

L’importanza degli ugelli nella stampa FFF ad alta velocità

Consigli

La stampa 3D FFF ad alta velocità richiede di estrudere grandi volumi di materiale al secondo. Il flusso volumetrico massimo si definisce come prodotto: diametro dell'ugello × altezza dello strato × velocità di stampa. Nelle stampanti desktop, il valore standard è circa ~15 mm³/s per il PLA e ~10 mm³/s per ABS/ASA/PETG. Va tuttavia evidenziato che, ad esempio, ASA può raggiungere flussi maggiori rispetto al PLA, poiché questo materiale richiede meno tempo di raffreddamento dello strato. Superare questi valori senza perdere qualità richiede di modificare il design dell’hotend/ugello per aumentare la superficie di contatto tra la zona calda dell’hotend e il filamento, permettendo una fusione più rapida della plastica.

Schema rappresentativo del sistema di estrusione FFF

Immagine 1: Schema del funzionamento di un hotend. Fonte: Nature.com

Design tradizionale: Volcano e SuperVolcano

Una strategia classica consiste nell’allungare il blocco riscaldante (zona di fusione). Ad esempio, gli hotend E3D tipo Volcano incorporano un blocco in alluminio più lungo, ampliando la zona di fusione. Questo aumenta il flusso volumetrico di circa il 70% rispetto a un hotend V6 standard. La figura seguente mostra un hotend Volcano con il suo grande blocco di fusione:

Area di fusione hotend standard vs Volcano

Immagine 2: Hotend E3D Volcano con zona di fusione estesa. Fonte: E3D.

E3D ha sviluppato anche il SuperVolcano, con un blocco ancora più lungo e resistenza più potente. Secondo E3D, il SuperVolcano può raggiungere 11 volte il flusso di un V6 standard (in pratica fino a ~32 mm³/s con PLA a 0,4 mm e 0,2 mm di layer). Questi ugelli permettono di stampare con diametri grandi (0,6–1,4 mm) a velocità molto elevate, producendo linee spesse e giunzioni solide. Tuttavia, richiedono temperature e potenza maggiori per mantenere il filamento fuso.

Ugelli multicanale: CHT e High Flow

La strategia più recente consiste negli ugelli multicanale: design interni che suddividono il filamento in più percorsi per fonderlo dall’interno. Bondtech (con il marchio 3DSolex) è stato pioniere con la tecnologia CHT® (Core Heating Technology) con 3 canali di fusione interni. Diversamente dagli ugelli normali (che fondono da fuori verso dentro), la CHT divide il nucleo del filamento in tre flussi, aumentando drasticamente la zona di fusione. Questo migliora il flusso senza cambiare l’hotend; nei test, un ugello CHT aumenta il flusso di circa il 30% rispetto al V6 standard. Inoltre, gli ugelli CHT spesso funzionano a temperature inferiori rispetto agli ugelli tradizionali e consentono di usare diametri di uscita maggiori.

Ugelli CHT

Immagine 3: Ugelli CHT. Fonte: Bondtech.

E3D ha introdotto anche design multicanale a quattro vie. Un esempio è l’ugello Unicorn (in collaborazione con Creality) o i nuovi ugelli High Flow per estrusori moderni. Questi ugelli dividono il filamento in 4 canali interni, aumentando notevolmente la superficie di contatto e la trasferimento termico. Nell’immagine seguente si vede un taglio dell’ugello “Unicorn” E3D (ottone in alto, ObXidian in basso); internamente moltiplica i percorsi del filamento:

Ugello multicanale Unicorn

Immagine 4: Sezione trasversale dell’ugello multicanale “Unicorn” E3D/Creality. Il design interno divide il filamento in quattro canali aumentando la superficie di fusione. Fonte: E3D.

Con questo design, l’ugello Unicorn raggiunge flussi molto elevati: fino a 52 mm³/s, consentendo di stampare a ~600 mm/s mantenendo l’estrusione continua. Anche Prusa Research ha adottato un ugello simile (sviluppato da E3D) per il Nextruder MK4, sottolineando che la geometria interna a 4 canali “aumenta la superficie di contatto e migliora il flusso volumetrico”. In sintesi: più canali = maggiore superficie di fusione interna = maggiore flusso.

Confronto dei flussi volumetrici

In termini numerici, si nota il vantaggio di questi ugelli ad alto flusso rispetto a quelli convenzionali:

  • Ugello V6 standard (0,4 mm, 0,2 mm): tipicamente ~10–15 mm³/s (PLA ~15 mm³/s; ABS, PETG ~10 mm³/s), limite standard senza modifiche.
  • Hotend Volcano (0,4 mm, 0,2 mm): ~20 mm³/s (≈+70 % rispetto a V6) grazie al blocco allungato.
  • Hotend SuperVolcano: fino a ~32 mm³/s con PLA (11× V6) combinando maggiore area e potenza.
  • Ugello Bondtech CHT (3 canali): circa +30 % flusso (~18–20 mm³/s).
  • Ugello E3D Unicorn / High Flow (4 canali): ~52 mm³/s (0,4 mm, PLA), molto oltre gli ugelli tradizionali.
  • Raise3D Pro3 HS (Hyper FFF): i nuovi hotend raddoppiano il flusso volumetrico (+200 %), permettendo di estrudere molto più materiale al secondo.

Questi valori mostrano come gli ugelli avanzati consentano velocità di stampa (>300–600 mm/s) impossibili con ugelli normali, senza mancanza di materiale nei movimenti rapidi.

Soluzioni Raise3D per alta velocità

Raise3D guida l’implementazione commerciale della stampa FFF ad alta velocità. Il kit Hyper FFF (per Pro3) integra miglioramenti hardware e software. Include hotend ad alto flusso ridisegnati (raddoppio del flusso volumetrico) e firmware con compensazione delle risonanze. La nuova serie Pro3 HS è già pronta in fabbrica: ogni Pro3 HS include un hotend ad alto flusso con ugello in carburo di silicio e filamenti Hyper Core, consentendo velocità di 200–300 mm/s con alta affidabilità.

Kit HyperSpeed Raise3D

Immagine 5: Kit Hyper Speed Raise3D per la serie Pro3 HS, con hotend ad alto flusso e filamenti ottimizzati. Fonte: Raise3D.

In sintesi, Raise3D combina hotend/ugelli avanzati (+200 % flusso volumetrico) con filamenti e firmware dedicati. Questo approccio integrato massimizza la produttività e riduce i tempi di stampa del 30–70% senza perdita di qualità.

Conclusione

Il design dell’ugello è critico per la stampa FFF ad alta velocità, poiché limita direttamente il flusso volumetrico. Per aumentarlo è necessario ampliare la zona di fusione — allungando il blocco di alluminio (Volcano, SuperVolcano) o usando ugelli multicanale che fondono il filamento dall’interno (Bondtech CHT 3 canali, E3D 4 canali ecc.). Queste soluzioni permettono flussi più elevati di diversi fattori rispetto agli ugelli tradizionali, abilitando velocità di stampa molto maggiori. Raise3D eccelle nell’integrazione di hotend ad alto flusso (ugelli ceramici/hardmetal) nei sistemi Hyper FFF, raddoppiando il flusso estrusore e sfruttando al massimo la stampa veloce. In definitiva, migliorare il design degli ugelli (aumentando la superficie di contatto e l’efficienza termica) è fondamentale per stampare più velocemente senza sacrificare la qualità.