Manutenção básica do hotend

O hotend é um dos componentes mais importantes de uma impressora 3D FFF e o que mais desgaste sofre. É essencial realizar uma manutenção adequada e verificar periodicamente o seu estado.

Existem múltiplos tipos de hotends, tanto independentes (por exemplo, E3D V6) quanto integrados em montagens compactas de hotend (por exemplo, Hemera, LGX FF), no entanto, todos têm uma série de componentes comuns.

Imagem 1: Hotend integrado no LGX hotend compacto. Fonte: bondtech.se

Em qualquer hotend, podemos encontrar os seguintes componentes:

• Bico: Este é o elemento através do qual o material derretido é extrudado.
• Cartucho aquecedor: Consiste em uma resistência cuja função é aquecer o bloco de aquecimento.
• Sensor de temperatura: Pode ser de diferentes tipos: termistor, termopar, PT100,... Sua função é medir a temperatura do bloco de aquecimento.
• Bloco de aquecimento: Este é o elemento responsável por transmitir a temperatura para o bico e a zona quente do quebra-calor.
• Quebra-calor: Este é o elemento de quebra térmica. Sua função é guiar o filamento até o bico, evitando que derreta prematuramente. Ele consiste em uma zona quente e uma zona fria, e seu desempenho térmico é fundamental para o bom funcionamento do hotend. Existem dois tipos diferentes: todo de metal e com um inserto de PTFE. O quebra-calor todo de metal suporta altas temperaturas, mas é propenso ao desgaste térmico quando seu desempenho térmico não é ótimo. O hotend com inserção de PTFE impede que o filamento derreta dentro do quebra-calor e minimiza o atrito dentro dele, no entanto, não é recomendado para materiais que requerem temperaturas acima de 265 ºC.
• Radiador: Este é o elemento responsável por resfriar o quebra-calor, mantendo as zonas quente e fria separadas. Pode ser passivo ou ativo.

Imagem 2: Peças de um hotend. Fonte: cults3D.com

Para garantir o bom funcionamento do hotend, é necessário verificar tanto o estado de cada um dos elementos quanto a montagem de todos eles.

Bico

Este é um elemento consumível e, portanto, possui uma vida útil limitada. O desgaste do bico causará um aumento no diâmetro de saída e uma redução em seu comprimento. Isso resultará em extrusão inconsistente que deteriorará o acabamento das peças.

Existem vários fatores que aceleram o desgaste de um bico. O mais comum é o uso de materiais compostos. A presença de fibras ou partículas no filamento produz alta abrasão nas paredes do bico. Filamentos de fibra de vidro ou carbono, aqueles carregados com partículas cerâmicas ou metálicas, e filamentos fosforescentes são especialmente abrasivos.

Por outro lado, o material do qual o bico é feito também definirá sua durabilidade. Os materiais mais comuns são:

• Latão: Estes têm uma durabilidade muito limitada, mesmo com filamentos não abrasivos. É aconselhável substituí-los frequentemente para garantir a maior qualidade de impressão.
• Latão ou cobre com revestimento de níquel: O revestimento de níquel proporciona maior dureza superficial ao bico e, portanto, maior resistência à abrasão. Sua durabilidade é muito alta com filamentos não abrasivos e moderada com filamentos abrasivos.
• Aço inoxidável: Esses bicos são desenvolvidos para aplicações médicas e de contato com alimentos, no entanto, têm boa durabilidade com filamentos não abrasivos. Embora tenham durabilidade moderada com filamentos abrasivos, não são a opção mais recomendada.
• Aço endurecido e similares: Estes têm boa durabilidade quando usados com materiais abrasivos e muito boa com filamentos não abrasivos. Em geral, a qualidade de impressão não é tão boa quanto nos casos anteriores devido à rugosidade do material e sua aderência ao plástico fundido, no entanto, alguns incorporam revestimentos especiais que resolvem esse problema.
• Com ponta de rubi: O rubi é um dos materiais mais duros e que menos desgaste sofre, no entanto, apenas a ponta do bico é feita deste material, que está inserido em um bico de latão. Tem alta durabilidade com materiais não abrasivos e sua principal vantagem é que não perde qualidade durante toda a sua vida útil. Com o tempo, a parte de latão sofre desgaste até que a ponta de rubi se solte. Com materiais muito abrasivos, é recomendável usar bicos de aço endurecido.

Imagem 3: Bicos de latão, cobre niquelado e aço endurecido. Fonte: Brozzl.com

É difícil fazer uma estimativa de com que frequência um bico deve ser substituído, pois depende muito do material usado e da temperatura, no entanto, como orientação, os seguintes valores podem ser estimados:

• Bico de latão:
• Com materiais não abrasivos: Trocar a cada 200 h de uso.
• Com materiais abrasivos: não é recomendado usar.
• Bico de latão niquelado:
• Com materiais não abrasivos: Trocar a cada 1000 h de uso.
• Com materiais abrasivos: Trocar a cada 100 h de uso.
• Aço inoxidável:
• Com materiais não abrasivos: Trocar a cada 1000 h de uso.
• Com materiais abrasivos: 100 h.
• Aço endurecido:
• Com materiais não abrasivos: não é recomendado usar.
• Com materiais abrasivos: 400 h.
• Com ponta de rubi:
• Com materiais não abrasivos: quando a ponta de rubi se desprender.
• Com materiais abrasivos: quando a ponta de rubi se desprender.

Cartucho Aquecedor

A falha mais comum relacionada ao cartucho aquecedor ocorre devido a um problema de conexão. Os fios que entram no cartucho geralmente são protegidos por duas luvas plásticas resistentes à temperatura. Essas luvas tendem a se degradar com o uso, expondo o fio metálico. Assim que o desgaste for evidente, o cartucho aquecedor deve ser substituído, pois a perda de isolamento dos fios pode causar um curto-circuito, incêndio ou danos graves ao usuário.

Sensor de Temperatura

Assim como o cartucho aquecedor, o ponto mais delicado é a conexão dos fios. Danos ao fio ou à sua conexão causarão leituras de temperatura errôneas e erráticas. Se o fio quebrar completamente, o valor da temperatura permanecerá fixo em seu valor máximo. É aconselhável verificar o estado das conexões com frequência.

Imagem 4: Diferentes formatos de termistor NT100. Fonte: alibaba.com

Bloco de Aquecimento

Embora não exija nenhuma tarefa de manutenção específica, é muito importante mantê-lo o mais limpo possível. Os resíduos de plástico acumulados podem se soltar e aderir à peça durante a impressão, causando defeitos estéticos ou até falhas na impressão. O uso de capas de silicone ou revestimentos repelentes de plástico pode ajudar a manter o bloco limpo, especialmente ao imprimir com materiais como o PETG. No caso de usar capas de silicone, é recomendável removê-las e limpá-las regularmente, além de substituí-las assim que começarem a se degradar. No caso do revestimento antiaderente, é recomendável aplicar novos revestimentos a cada 2 ou 3 impressões.

Imagem 5: Capa de Silicone da E3D. Fonte: e3d-online.com

Break de Calor

Os breaks de calor completamente metálicos não exigem manutenção especial. Se materiais abrasivos forem impressos regularmente, é recomendável desmontar o break de calor a cada 500 horas de uso para verificar o desgaste da garganta interna. Assim que sinais de desgaste começarem a ser observados, o break de calor deve ser substituído.

No caso dos breaks de calor com inserção de PTFE, a inserção sofre diretamente com o desgaste. Ela deve ser substituída a cada 500 horas de uso com PLA, a cada 300 horas de uso com ABS ou PETG, e a cada 80 horas de uso com filamentos abrasivos.

Resfriador

O break de calor geralmente está diretamente ligado a um elemento de resfriamento. Isso pode ser passivo (resfriador de aletas) ou ativo (resfriador de aletas + ventilador). Sua capacidade de dissipar o calor da zona fria do break de calor é crucial para evitar problemas. O aquecimento excessivo da zona fria pode fazer com que o filamento amoleça e se comprima, causando um bloqueio. Esse fenômeno é conhecido como crepitação de calor e é comum ao imprimir PLA em um hotend com break de calor metálico.

Para garantir uma dissipação ideal, é necessário aplicar pasta térmica na junção do break de calor com o resfriador. É aconselhável usar pastas térmicas que também tenham propriedades antiaderentes, como o nitreto de boro, para facilitar a desmontagem do resfriador em revisões futuras.

No caso dos resfriadores ativos, a operação do ventilador deve ser verificada no início de cada impressão. Algumas impressoras controlam esse ventilador termostaticamente, então ele pode permanecer desligado até que o hotend atinja 50 ºC ou 100 ºC.

Montagem

Como cada elemento do hotend é feito de um material diferente e seus coeficientes de expansão térmica também são diferentes, é comum que a junção entre eles se afrouxe devido a mudanças bruscas de temperatura. É muito importante verificar a cada 2-3 semanas se todos os elementos e parafusos do hotend estão corretamente apertados.

Se o bico se soltou, ele deve ser apertado novamente enquanto está quente. É muito importante que o break de calor e o bico estejam apertados e em contato um com o outro, pois uma pequena folga entre eles produzirá um vazamento de material derretido que danificará o hotend.

Imagem 6: Vazamento de plástico causado por um aperto inadequado do hotend. Fonte: forum.prusaprinters.org

Deve-se consultar o fabricante para o torque de aperto ideal para cada hotend, pois um torque excessivo danificará a rosca do bloco calefactor. Como referência, a E3D recomenda um torque de 3 n·m para seus hotends, enquanto a slice engineering usa 1.5 n·m. Se não houver um valor de referência do fabricante, pode-se optar por um torque na faixa de 1-2 n·m

Também é importante revisar os parafusos que prendem o cartucho calefactor e o sensor de temperatura.

Mistura de sistemas

Deve-se sempre usar peças de reposição originais ou pelo menos pertencentes ao mesmo sistema. Embora muitas vezes possa parecer que há compatibilidade entre componentes de diferentes sistemas, uma vez que têm o mesmo tipo de rosca, o comprimento e as dimensões de cada elemento também são muito importantes. Os diferentes componentes de um hotend foram projetados para funcionar corretamente juntos, e misturar componentes que não pertencem ao mesmo sistema pode causar mau funcionamento ou até mesmo danificar o hotend.

Mudança de material

Quando um filamento é removido do hotend, sempre há resíduos no interior. Ao carregar um novo material com uma temperatura de impressão mais baixa, ele arrastará os resíduos não derretidos do material anterior, causando um entupimento. Portanto, sempre que ocorrer uma mudança de material, o hotend deve ser limpo usando um filamento de limpeza. Para isso, entre 500 e 800 mm de filamento de limpeza serão extrudados a uma temperatura 10 ºC mais alta do que a do último material usado.

O ventilador de camada

Embora o ventilador de camada não seja um componente do hotend em si, geralmente está localizado ao lado dele. Um ventilador de camada mal posicionado pode direcionar o ar diretamente para o bloco, fazendo-o resfriar. Isso faz com que o hotend não atinja a temperatura de configuração marcada ou que a temperatura oscile muito, o que geralmente resulta em um erro de temperatura na impressora. Nesses casos, é recomendável tentar a mesma impressão com o ventilador de camada desativado para verificar se é uma falha no sensor de temperatura ou o efeito de uma má posição do ventilador de camada.

Entrada do filamento

Um ponto de entrada de sujeira dentro do hotend é a zona de entrada do filamento. Em sistemas Bowden, onde o filamento é guiado por um tubo PTFE até o hotend, a entrada é protegida e é incomum a entrada de poeira, no entanto, em impressoras com extrusora direta, a entrada do filamento pode estar exposta ao ar, facilitando a entrada de poeira no interior do hotend. Nesses casos, é recomendável guiar o filamento da bobina até o extrusor através de um tubo de PTFE sempre que possível. A entrada de poeira e sujeira no hotend é uma causa comum de entupimentos.

Da mesma forma, é recomendável manter as bobinas de filamento limpas e evitar que a poeira se deposite sobre elas, portanto, deve-se evitar deixá-las no suporte da impressora se este não estiver protegido e armazená-las em sacos ou caixas fechadas.

Impressoras com múltiplos hotends

Quando se tem uma impressora com múltiplos hotends, é necessário calibrar a posição relativa deles.

Em primeiro lugar, deve-se verificar se a distância dos hotends à superfície de impressão é a mesma. Para isso, o hotend principal será fixado e a base de impressão será nivelada em relação a este. Em seguida, a altura dos outros hotends em relação ao principal deve ser ajustada. O modo de ajustar a altura varia de uma impressora para outra, portanto, consulte o manual do equipamento ou o fabricante caso não saiba como fazer.

Depois de ajustar a altura dos hotends, é necessário conhecer a posição relativa em XY de cada um em relação ao principal. Em geral, cada fabricante fornece um arquivo de impressão que permite calibrar o desvio em XY de cada hotend, embora também existam muitas outras opções em repositórios de arquivos conhecidos. Nesse caso, a posição em XY dos hotends não pode ser alterada, portanto, os valores de desvio serão introduzidos no firmware para que ele compense a posição durante a impressão.

A altura dos hotends deve ser verificada a cada 2 semanas, enquanto a calibração em XY será feita apenas quando forem detectados desvios ou sobreposições das partes impressas com cada hotend.

Imagem 7: Padrão de calibração de duplo extrusor para impressoras Raise Pro2. Fonte: Raise3D.com

O hotend é provavelmente o sistema da impressora que requer mais manutenção, no entanto, é muito importante mantê-lo em bom estado para garantir uma boa qualidade de impressão e minimizar o risco de falhas.

Nota: Neste guia, os conceitos são tratados de forma geral e sem focar em uma marca ou modelo específico, embora possam ser mencionados em algum momento. Pode haver diferenças significativas nos procedimentos de calibração ou ajuste entre diferentes marcas e modelos, portanto, é recomendável consultar o manual do fabricante antes de ler este guia.