Come migliorare le stampanti 3D FDM di fascia bassa

Fino a qualche anno fa, le uniche alternative per entrare nel mondo della stampa 3D consistevano nell'acquistare una stampante domestica commerciale, il cui costo in molti casi era proibitivo, o procurarsi i pezzi e i componenti necessari per assemblare una stampante 3D del progetto RepRap, sia sotto forma di kit che separatamente. Quest'ultima opzione era sicuramente economica, ma richiedeva elevate competenze e abilità nell'assemblaggio, nella programmazione e nella calibrazione per ottenere buoni risultati. Ciò costituiva un ostacolo significativo per molti utenti che desideravano semplicemente avvicinarsi al processo di stampa 3D e non alla costruzione e alla calibrazione di stampanti 3D.

Immagine 1: Stampante RepRap Mendel. Fonte: reprap.org

Tuttavia, le cose sono cambiate. Attualmente, è possibile acquistare stampanti 3D FDM pre-assemblate e pre-configurate a prezzi davvero convenienti. Marche come Creality, Tevo, Anycubic, Artillery o Geeetech producono stampanti semplici e pronte all'uso a prezzi inferiori a 500€ e in alcuni casi addirittura inferiori a 300€.

La maggior parte di questi tipi di stampanti 3D solitamente sono apparecchi di bassa qualità, con difetti comuni e in molti casi praticamente inutilizzabili. Tuttavia, esistono alcuni modelli che sono riusciti a raggiungere un'eccellente rapporto qualità-prezzo e ricevono buone recensioni online.

Immagine 2: Stampante Ender 3. Fonte: creality3dofficial.com

Modelli come l'Ender 3 e il CR-10s di Creality o il Sidewinder X1 di Artillery sono diventati il punto di ingresso nel mondo della stampa 3D per molti utenti e, anche se possono essere opzioni ideali per iniziare, presto molti utenti si rendono conto delle limitazioni di questo tipo di stampanti.

Risparmio di costi e limitazioni

Nonostante il buon rapporto qualità-prezzo di alcune di queste stampanti 3D, è inevitabile che, per ottenere prezzi così bassi, sia necessario sacrificare la qualità di determinati componenti.

In generale, i principali punti deboli di queste stampanti sono i seguenti:

• La qualità e la stabilità del frame.
• La qualità delle basi di stampa.
• L'hotend.
• L'estrusore.

Alcuni proprietari di questo tipo di stampanti, che desiderano passare a stampe più complesse o a materiali più avanzati, si trovano di fronte al fatto che la loro stampante 3D non è in grado di raggiungere le temperature appropriate o che il loro estrusore non è in grado di trascinare correttamente un materiale flessibile. In questi casi, sorge il dubbio se passare a una stampante di migliore qualità, con l'alto investimento che comporta, o rinunciare all'uso di altri tipi di materiali e accontentarsi della qualità attuale.

Immagine 3: Ugello originale E3D e clone. Fonte: Hackaday.com

Tuttavia, esiste una soluzione intermedia: cercare di migliorare i punti deboli e aggiornare determinati componenti chiave della stampante con altri di alta qualità, come quelli utilizzati nelle stampanti di fascia superiore. In questo modo è possibile migliorare notevolmente la qualità di stampa e ampliare la gamma di materiali disponibili.

La qualità e la stabilità del frame o struttura

In generale, i frame di queste stampanti tendono ad essere leggeri e in alcuni casi poco robusti. Questo è particolarmente evidente nei modelli più economici, dove spesso si fa un uso eccessivo di componenti strutturali in plastica.

Immagine 4: Geeetech i3. Fonte: geeetech.com

Ciò implica che sia impossibile raggiungere velocità e accelerazioni elevate senza provocare vibrazioni che influenzino la qualità di stampa. Forse questo è il punto debole meno importante, poiché conoscendo il limite di velocità di ogni stampante 3D e mantenendo la velocità di stampa inferiore, le vibrazioni saranno quasi inesistenti e la qualità di stampa sarà buona. È anche possibile migliorare la robustezza della stampante 3D utilizzando parti stampate in 3D o migliorare la stabilità ancorando la stampante 3D a una base solida che riduca le vibrazioni.

Qualità della base di stampa

Non sempre più grande significa migliore. Quanto maggiore è il volume di stampa in una stampante, più importante è utilizzare componenti di alta qualità. Forse dove ciò si può notare più chiaramente è nella base di stampa. Attualmente molte di queste stampanti includono una base composta da una lastra di alluminio spessa 2 o 3 mm con una pellicola di plastica sulla sua superficie. Mentre in una base inferiore a 25 cm la planarità della lastra di alluminio solitamente è abbastanza buona, nelle stampanti 3D di grande formato con basi da 40 cm o 50 cm le basi di solito presentano una scarsa planarità, specialmente in quelle con uno spessore inferiore a 4 o 5 mm. In questo caso, anche se sono perfettamente livellate, di solito si verificano problemi di adesione o l'impossibilità di stampare su tutta la base.

È consigliabile essere realistici sulle dimensioni di stampa di cui avremo bisogno prima di acquistare una stampante e optare per la dimensione più piccola che si adatti alle nostre esigenze. Nella maggior parte dei casi una base di 20 cm x 20 cm o 25 cm x 25 cm è più che sufficiente.

Tuttavia, ci sono occasioni in cui è veramente necessaria una stampante di grande formato o ci troviamo di fronte a una base di piccole dimensioni con una scarsa planarità. In queste situazioni la soluzione è piuttosto semplice ed economica. Per migliorare una base di bassa qualità si può acquistare un vetro delle stesse dimensioni della nostra base e posizionarlo direttamente sopra la base. I vetri solitamente hanno una planarità quasi perfetta, molto superiore alle basi in alluminio. Inoltre, per ottenere una base perfetta, possiamo applicare sulla sua superficie una pellicola Buildtak originale o in PEI che garantirà la migliore adesione delle parti.

Imagen 5: Superficie de impresión BuildTak. Fuente: Buildtak.com

Un'altra opzione molto interessante per migliorare le basi di stampa fino a 310 mm è installare una base magnetica di alta qualità come la BuildTak FlexPlate o la base Ziflex. Questo tipo di basi non solo migliorano la planarità e l'adesione della base originale, ma facilitano anche l'estrazione dei pezzi stampati.

Imagen 6: Base flessibile Ziflex. Fonte: Zimple3D.com

Hotend

La maggior parte di queste stampanti utilizzano cloni di bassa qualità di hotend rinomati come l'E3D V6 e il E3D volcano. Anche se esteticamente possono sembrare uguali, internamente sono molto diversi. A differenza degli hotend originali V6, questi hotend clonati non sono all-metal, ma il filamento viene guidato attraverso un tubo PTFE di bassa qualità. Questo, unito al fatto che il raffreddamento degli hotend non è in molti casi ottimale, implica che queste stampanti sono limitate a stampare materiali con temperature di stampa inferiori a 260 °C. Inoltre, la probabilità di intasamenti e di Heat Creep aumenta rispetto a un hotend di alta qualità.

Imagen 7: V6 originale vs clone. Fonte: spiritdude.wordpress.com

Altre stampanti come le Creality utilizzano il loro hotend, e anche se si tratta di un componente di buona qualità, rimane comunque un modello di base limitato nell'uso di materiali con temperature di stampa inferiori a 255 °C.

Imagen 8: Hotend originale Creality. Fonte: creality.com

Aggiornare l'hotend di una stampante economica può essere uno degli aggiornamenti più importanti da effettuare, ma può anche essere uno dei più complessi. Quando l'hotend di serie è un clone di uno dei marchi riconosciuti come E3D o Slice Engineering, la migliore opzione è semplice: sostituirlo con l'equivalente originale. Questo non solo comporta il vantaggio di utilizzare un hotend di alta qualità, ma apre anche la possibilità di avere accesso a tutti i pezzi di ricambio e accessori di ciascun ecosistema, cosa molto importante a lungo termine per progredire nel mondo della stampa 3D. In questo caso, l'unico inconveniente potrebbe essere la necessità di modificare il firmware della stampante quando si sostituisce il termistore. È importante sapere se la stampante che si desidera aggiornare consente modifiche del firmware; in caso contrario, sarà necessario mantenere il termistore di serie.

Nei casi in cui l'hotend sia un design proprietario, il processo potrebbe diventare più complicato. Non essendo disponibile un equivalente di alta qualità che consenta una sostituzione semplice, potrebbe essere necessario ridisegnare e produrre nuove parti per adattare un hotend di E3D o Slice Engineering. Questo processo può risultare molto complesso per molti utenti.

Imagen 9: Adattamento di Mosquito a una Ender 3. Fonte: thingiverse.com/brotherchris

Tuttavia, questo si semplifica per gli utenti delle stampanti 3D Creality e altre stampanti 3D che utilizzano lo stesso hotend, come il Tevo Tornado, il TronXY X5S, l'Alfawise U20 o il Lotmaxx SC-10.

Il marchio americano MicroSwiss ha sviluppato un hotend completamente in metallo di alta qualità, compatibile con l'hotend di Creality. Questo hotend consente di stampare agevolmente filamenti con temperature fino a 285 ºC, è composto da un heatbreak in titanio di grado 5, un radiatore di alta qualità e un ugello in ottone nichelato. Inoltre, offre una vasta gamma di ugelli compatibili in vari materiali e diametri.

Immagine 10: Hotend All Metal di MicroSwiss per stampanti Creality. Fonte: Microswiss.com

L'estrusore

Molte di queste stampanti utilizzano cloni di estrusori di alta qualità, tuttavia, come nel caso precedente, nonostante l'aspetto sia simile, le prestazioni sono molto inferiori. L'aggiornamento dell'estrusore è probabilmente il miglioramento più importante, insieme all'hotend, e quello che può influire maggiormente sulla qualità finale della stampa. Allo stesso tempo, in molti casi può essere il più complesso e richiedere maggiori investimenti.

In questa situazione possono verificarsi tre casi:

• Stampanti con estrusore diretto
• Stampanti con estrusore bowden
• Stampanti con estrusore bowden convertito a diretto

Stampanti con estrusore diretto.

Questo caso è simile a quello degli hotend. Se la stampante dispone di un clone di un marchio riconosciuto come il Titan Aero o il Bondtech BMG, la migliore opzione è optare per l'equivalente originale. Tuttavia, in questo caso è necessario fare attenzione e assicurarsi che esista la compatibilità. A differenza degli hotend, in cui nella maggior parte dei casi le dimensioni sono le stesse dell'equivalente originale, negli estrusori possono esserci differenze di progettazione che rendono impossibile la sostituzione diretta. La maggior parte dei marchi come E3D o Bondtech forniscono schemi e misure dei loro estrusori sui loro siti web e è anche facile trovare modelli precisi di questi estrusori nei principali repository di file 3D. Si consiglia di misurare l'estrusore della stampante 3D e confrontarlo con quello originale per assicurarsi che possa essere sostituito facilmente.

Immagine 11: Clone di Titan Aero. Fonte: Aliexpress.com

Quando l'estrusore ha un design proprio, sarà necessario adattare il carrello della stampante. Nei principali repository di file 3D puoi trovare design per adattare estrusori di qualità come il Titan Aero alle stampanti più comuni, come alcune Creality. Nel caso in cui sia necessario progettare un nuovo carrello, potrebbe essere una buona opzione sostituire l'estrusore originale con il nuovo E3D Hemera, il cui sistema di montaggio T-Slot integrato facilita l'integrazione su qualsiasi stampante.

Video 1: Sistema di montaggio E3D Hemera. Fonte: e3d.com

In ogni caso, il cambio dell'estrusore spesso comporta la modifica dei passi per mm nel firmware, quindi assicuriamoci di poterlo fare. Se non è possibile modificare permanentemente il firmware della stampante, sarà necessario aggiungere il comando M92 con la configurazione dei passi adeguata nei gcode di stampa.

Stampanti con estrusore Bowden.

Probabilmente questo è il caso più semplice. Essendo fisso in un punto, realizzare un supporto adattato per un estrusore specifico è davvero facile. In questo caso, la migliore opzione è sostituire l'estrusore di serie con un Bondtech BMG originale.

Per la maggior parte dei possessori di stampanti Creality e Tevo Tornado, il processo è ancora più semplice. Bondtech offre una versione del loro rinomato BMG appositamente adattata per queste stampanti.

Immagine 12: Estrusore Bondtech per stampanti Creality. Fonte: Bondtech.com

Come nel caso precedente, potrebbe essere necessario modificare la configurazione dei passi per mm nel firmware.

In ogni caso, sia che si sostituisca l'estrusore o meno, ciò che deve sempre essere aggiornato è il tubo Bowden. Sostituire il tubo PTFE di serie con un Capricorn XS è una modifica semplice, economica e molto più importante di quanto si pensi. Avere un tubo Bowden con un diametro interno regolato e una bassa attrito migliora notevolmente la precisione e la coerenza dell'estrazione. Se inoltre abbiamo un estrusore Bondtech BMG abbinato a un tubo Bowden Capricorn XS, otterremo uno dei migliori sistemi Bowden attualmente disponibili sul mercato.

Immagine 13: Tubo PTFE normale vs Capricorn XS. Fonte: Captubes.com

Stampanti con estrusore Bowden convertite in diretto

Nella maggior parte dei casi, questa è l'opzione più complessa. Oltre a dover ridisegnare completamente il carrello per adattare un estrusore diretto e modificare il firmware per adattare i passi per mm, quando si modifica la posizione dell'estrusore è necessario allungare il cavo del motore.

Per gli utenti delle stampanti Bowden, questa è l'aggiornamento migliore possibile, anche se può essere un processo molto complesso, riservato solo agli utenti più esperti.
Tuttavia, come nei casi precedenti, gli utenti delle stampanti Creality hanno diverse opzioni per effettuare questa conversione in modo rapido e semplice grazie a Bondtech e Microswiss. Attualmente esistono tre estrusori diretti compatibili con le stampanti Creality:

MicroSwiss

Oltre al loro Hotend All Metal per stampanti Creality, MicroSwiss offre anche un estrusore DDG di alta qualità. Si tratta di un estrusore leggero realizzato interamente in alluminio lavorato. È compatibile con l'hotend originale di Creality, tuttavia, la migliore opzione per ottenere il massimo rendimento dalla stampante è abbinarlo al rinomato Hotend All Metal di MicroSwiss. L'installazione di questo estrusore è davvero semplice e richiede pochi passaggi, oltre ad essere l'opzione più economica.

Immagine 14: Estrusore MicroSwiss per Creality. Fonte: Microswiss.com

Bondtech DDS

Si tratta di una delle opzioni più professionali e complete. Consiste in una testina completa composta da un estrusore Bondtech BMG e un hotend V6 originale. Tutto completamente assemblato e cablato. Questo aggiornamento consente di avere un estrusore diretto con alcuni dei migliori componenti attualmente disponibili sul mercato, con il vantaggio di poterli installare in modo facile e veloce. Inoltre, consente l'uso di tutti i componenti del sistema V6, più completo rispetto al Mk8 di serie. Anche in questo caso è necessario modificare i passi per mm del motore dell'estrusore e i parametri del termistore nel firmware.

Immagine 15: Estrusore DDS per stampanti Creality. Fonte: bondtech.com

Bondtech DDX

È il nuovo estrusore diretto per stampanti Creality. Si tratta dell'opzione più versatile delle tre. Come il precedente, si basa su un estrusore Bondtech DDX adattato, ma in questo caso non include l'hotend, bensì è direttamente compatibile con quello originale di Creality. Inoltre, consente l'utilizzo dei rinomati hotend Slice Mosquito e Copperhead tramite un kit di adattamento. Abbinato a uno di questi due hotend, è probabilmente uno dei sistemi di estrusione diretta più avanzati attualmente disponibili, all'altezza di quelli che si trovano su molte stampanti professionali.

Immagine 16: Estrusore Bondtech DDX. Fonte: bondtech.com

Per molti utenti di stampanti di fascia bassa che desiderano esplorare nuovi materiali o migliorare la qualità delle loro stampe, aggiornare determinati componenti della propria stampante può essere la migliore opzione senza dover fare l'investimento richiesto per l'acquisto di una stampante 3D semiprofessionale o professionale. Semplicemente aggiornando l'insieme di estrusore e hotend è possibile migliorare notevolmente la qualità e sperimentare con materiali che prima erano impossibili da utilizzare, o utilizzare nuove punte con diametri compresi tra 0,25 mm e 1,5 mm.

Queste opzioni sono particolarmente interessanti per i proprietari di stampanti del marchio Creality, in quanto dispongono di una gamma più ampia di possibilità e di una migliore compatibilità.