O extrusor é o elemento responsável por puxar o filamento para dentro do hotend de tal forma que é gerada pressão suficiente no interior do hotend de modo a que o material fundido flua constante e homogeneamente através do bocal.
Dependendo da posição do extrusor, pode ser feita uma distinção entre dois tipos diferentes de sistemas de extrusão: Directo e Bowden.
Sistemas de Extrusão Directa
Em sistemas directos, o extrusor está localizado na cabeça de impressão directamente acoplada ao hotend e move-se em conjunto com o hotend. Como têm um caminho curto e recto até ao hotend, podem controlar mais precisamente a pressão no bocal, utilizando distâncias de retracção mais curtas. Além disso, como comprimem menos durante a extrusão e não há espaço livre no caminho para o hotend, é muito mais fácil utilizar filamentos flexíveis e elásticos.
Existem dois tipos de extrusores directos: extrusores standard e extrusores compactos. Nos extrusores directos padrão, o dissipador de calor serve como elemento separador entre o termoacumulador e o extrusor. Este tipo de extrusor minimiza a transferência de calor entre o hotend e o extrusor, o que possibilita a utilização de materiais de alta temperatura sem problemas de sobreaquecimento no extrusor. São também menos propensos ao “Heat Creep” com PLA.
Os extrusores directos compactos incorporam geralmente o dissipador de calor na própria caixa do extrusor, o que permite que o termoactivo seja fixado directamente ao extrusor, minimizando o percurso do filamento. Este tipo de extrusor é recomendado para a impressão de filamentos flexíveis ou elásticos de baixa dureza.
Imagem 1: Extrusor directo padrão (esquerda) e compacto (direita). Fonte: Bondtech
A principal desvantagem dos extrusores directos é que, ao serem integradas no molde, aumentam o peso do molde, causando maiores inércias durante o movimento. Em comparação com os sistemas bowden, é aconselhável utilizar acelerações mais baixas e velocidades de mudança de direcção mais baixas. Em geral, quase todas as extrusoras directas utilizam filamentos de 1,75 mm.
Sistemas de extrusão Bowden
Nos sistemas Bowden, o extrusor permanece fixo e conduz o filamento para o hotend através de um tubo, geralmente feito de PTFE. Este tipo de sistema reduz significativamente o peso do molde, permitindo maiores acelerações e velocidades de mudança de direcção em comparação com os sistemas directos. No entanto, têm um grande inconveniente: a longa distância entre o extrusor e o hotend, juntamente com o maior diâmetro interno do tubo Bowden, causam o aparecimento de folgas e uma maior compressão do filamento, tornando mais complicado o controlo da retracção. A optimização de materiais, especialmente materiais flexíveis e elásticos, neste tipo de sistema é muito mais complexa do que no caso de sistemas directos. Além disso, é possível que certos filamentos flexíveis e elásticos de baixa dureza, bem como filamentos frágeis, como filamentos metálicos ou cerâmicos, não possam ser impressos em algumas impressoras com este tipo de extrusor.
Imagem 2: Extrusor com configuração Bowden. Fonte: Bondtech.se
Os extrusores Bowden estão disponíveis tanto para filamentos de 1,75 mm como para filamentos de 2,85 mm. Como o formato de 2,85 mm requer forças de tracção mais elevadas para alcançar a mesma pressão que o formato de 1,75 mm, é aconselhável nestes casos utilizar motores de alta potência ou motores com caixas de velocidades. Em caso de utilização de filamentos flexíveis, é sempre aconselhável utilizar sistemas compatíveis com filamentos de 2,85 mm.
Calibragem e manutenção
A fim de evitar problemas, é importante ajustar e manter correctamente o sistema de extrusão. Há uma série de pontos comuns, tanto nas extrusoras directas como nas Bowden, que são importantes de verificar regularmente.
1.Tensão de accionamento do extrusor
A maioria das extrusores no mercado inclui algum sistema que lhe permite ajustar a tensão de tracção do filamento. É muito importante ajustar este parâmetro correctamente, pois uma tensão demasiado baixa provocará o deslizamento do filamento, resultando em problemas de falta de extrusão ou extrusão inconsistente, enquanto que uma tensão excessivamente alta provocará mordeduras de desgaste no filamento que reduzirão a sua secção e poderão provocar a falha da extrusão.
Imagem 3: Mordida num filamento causada por tensão excessiva do extrusor.
Uma mordida de filamento nem sempre é causada por um problema com o ajuste da tensão do extrusor. Por vezes pode ser causado por um encravamento no hotend. Para descobrir qual é a causa, a maneira mais fácil é empurrar o filamento até ser agarrado pelo extrusor e verificar se o plástico flui normalmente através do bocal.
Imagem 4: Parafuso de ajuste da tensão de um extrusor. Fonte: Bondtech.se
É aconselhável reajustar a tensão cada vez que se muda para um material com propriedades diferentes. ABS, nylon, TPU ou TPE podem exigir configurações de tensão muito diferentes. Devem ser tomadas as seguintes medidas para ajustar a tensão:
- Soltar a tensão o mais possível
- Iniciar a extrusão da impressora 3D e carregar o filamento.
- Aumentar lentamente a tensão até que as rodas comecem a arrastar o filamento e esperar até que o plástico comece a sair do bocal.
- Aumentar ainda mais a tensão até que o plástico flua contínua e uniformemente, se necessário.
A tensão correcta é a tensão mínima necessária para puxar o filamento com firmeza.
2. Manutenção das rodas motrizes
Os extrusores conduzem o filamento por meio de duas rodas opostas, das quais pelo menos uma tem uma superfície cravada ou rugosa. Não é habitual o desgaste aparecer nestas rodas, excepto no caso de utilização de materiais abrasivos (fibra reforçada, filamentos metálicos ou cerâmicos). Se tais filamentos forem utilizados regularmente, é aconselhável verificar periodicamente o estado das rodas e substituí-las quando apresentam sinais de desgaste.
Imagem 5: Rodas de transmissão de filamentos. Fonte: Bondtech.se
Para além de verificar o desgaste das rodas, é também necessário verificar o seu estado de limpeza. Com o tempo, é comum que se acumulem detritos plásticos do filamento devido ao atrito, que deve ser removido para evitar que chegue ao hotend e provoque um encravamento. A limpeza pode ser feita com uma pequena escova e em muitos casos não requer a desmontagem do extrusor, pois muitos deles têm uma área de acesso para facilitar esta tarefa.
Imagem 6: Porta de acesso para a limpeza das rodas. Fonte: Bondtech.se
A última tarefa de manutenção necessária para as rodas é lubrificar as áreas engrenadas, quer entre o motor e a roda de tracção ou entre as duas rodas no caso dos sistemas DDG (dual drive geared). É muito importante aplicar quantidades muito pequenas de lubrificante, e apenas nas áreas engrenadas, para evitar a contaminação do filamento ou do lubrificante que entra no hotend.
3. Manutenção de tubos de PTFE
A maioria dos sistemas de extrusão inclui uma secção de tubagem de PTFE em algum momento.
Nos sistemas Bowden, um tubo longo de PTFE é utilizado para conduzir o filamento do extrusor para o hotend. É muito importante utilizar tubos de PTFE de boa qualidade com diâmetros internos apertados e constantes. Estes tubos de PTFE devem ser substituídos quando mostram sinais de desgaste ou deterioração, bem como quando aparecem dobras ou cortes.
Em muitos sistemas directos, são também utilizados pequenos segmentos de tubos de PTFE. Em sistemas com hotends totalmente metálicos, é comum ter um tubo de PTFE que conduz o filamento desde as rodas motrizes até à entrada do Heatbreak, enquanto que em sistemas com hotends não metálicos este tubo de PTFE vai até ao bocal. Este pequeno tubo é geralmente um elemento consumível que deve ser substituído frequentemente, especialmente nos hotends não metálicos. É aconselhável utilizar sempre os fornecidos pelo fabricante do hotend, uma vez que normalmente têm um escareador ou maquinagem especial em ambas as extremidades. Nestes casos, a utilização de secções cortadas manualmente de tubos de PTFE padrão causa frequentemente problemas de entupimento, seja porque os tubos não têm o comprimento ou a forma correcta de entrada ou porque o diâmetro interno não é o correcto.
Imagem 7: Desenho da inserção de PTFE de um extrusor para Prusa Mk3s+. Fonte: Prusa Research.
A manutenção e ajuste do extrusor deve ser sempre acompanhada de uma manutenção correcta do hotend, pois quando se trabalha em conjunto, problemas no hotend podem levar a problemas na extrusora e vice-versa.
