Sistemas de extrusão. Ajustes e manutenção.

O extrusor é o elemento responsável por puxar o filamento para dentro do hotend de modo que seja gerada pressão suficiente dentro dele para que o material derretido flua constantemente e de forma homogênea através do bico.

Dependendo da posição do extrusor, podem ser distinguídos dois tipos diferentes de sistemas de extrusão: Direto e Bowden.

Sistemas de Extrusão Direta

Em sistemas diretos, o extrusor está localizado na cabeça de impressão diretamente acoplada ao hotend, movendo-se solidariamente com ele. Por terem um caminho curto e reto até o hotend, eles podem controlar mais precisamente a pressão no bico usando distâncias de retração mais curtas. Além disso, como eles comprimem menos durante a extrusão e não há folgas no caminho até o hotend, é muito mais fácil usar filamentos flexíveis e elásticos.

Dentro dos extrusores diretos, podem ser distinguidos dois tipos: padrão e compactos. Nos extrusores diretos padrão, o dissipador serve como elemento de separação entre o hotend e o extrusor. Esses tipos de extrusores minimizam a transferência de calor entre o hotend e o extrusor, permitindo o uso de materiais de alta temperatura sem problemas de superaquecimento no extrusor. Eles também costumam ser menos propensos a "Heat Creep" com PLA.

Os extrusores diretos compactos geralmente incorporam o dissipador em sua própria estrutura, permitindo que o hotend seja acoplado diretamente ao extrusor, minimizando o caminho do filamento. Esses tipos de extrusores são recomendados para impressão de filamentos flexíveis ou elásticos com baixa dureza.

Imagem 1: Extrusor direto padrão (esquerda) e compacto (direita). Fonte: Bondtech

A principal desvantagem dos extrusores diretos é que, por estarem integrados na cabeça de impressão, aumentam o peso desta causando maior inércia durante o movimento. Comparados aos sistemas Bowden, é recomendável usar acelerações mais baixas e velocidades de mudança de direção. Em geral, praticamente todos os extrusores diretos usam filamento no formato 1.75 mm.

Sistemas de extrusão Bowden

Em sistemas Bowden, o extrusor permanece fixo e conduz o filamento até o hotend através de um tubo, geralmente de PTFE. Esse tipo de sistema reduz significativamente o peso da cabeça de impressão, permitindo o uso de maiores acelerações e velocidades de mudança de direção em comparação com os sistemas diretos. No entanto, eles apresentam uma desvantagem significativa: o longo percurso entre o extrusor e o hotend, combinado com o maior diâmetro interno do tubo Bowden, leva ao aparecimento de folgas e compressões maiores do filamento, tornando o controle de retração mais complicado. A otimização de materiais, especialmente para materiais flexíveis e elásticos, nesse tipo de sistema é muito mais complexa do que no caso dos sistemas diretos. Além disso, certos materiais flexíveis e elásticos com baixa dureza, assim como filamentos frágeis como metálicos ou cerâmicos, podem não ser imprimíveis em algumas impressoras com esse tipo de extrusor.

Imagem 2: Extrusor com configuração Bowden. Fonte: Bondtech.se

Há extrusores Bowden compatíveis tanto com filamento de 1,75 mm quanto 2,85 mm. Como o formato de 2,85 mm requer maiores forças de tração para obter a mesma pressão que no formato de 1,75 mm, é recomendável nestes casos usar motores de alta potência ou com redutores. Ao usar filamentos flexíveis, é sempre recomendável usar sistemas compatíveis com filamento de 2,85 mm.

Calibração e manutenção

Para evitar problemas, é importante ajustar e manter corretamente o sistema de extrusão. Existem alguns pontos comuns em extrusores tanto diretos quanto Bowden que devem ser verificados regularmente.

1. Tensão do extrusor

A maioria dos extrusores do mercado incorporam algum sistema que permite ajustar a tensão de tração do filamento. É muito importante ajustar corretamente esse parâmetro, pois uma tensão muito baixa fará com que o filamento deslize, resultando em problemas de falta de extrusão ou extrusão inconsistente, enquanto uma tensão excessivamente alta causará mordidas no filamento devido ao desgaste, diminuindo sua seção e podendo causar falha na extrusão.

Imagem 3: Mordida no filamento causada por tensão excessiva do extrusor.

Não é sempre que uma mordida no filamento pode ser causada por um problema no ajuste de tensão do extrusor. Às vezes, pode ser causada por um entupimento no hotend. Para diferenciar a causa, a maneira mais fácil é empurrar o filamento até que o extrusor o agarre novamente e verificar se o plástico flui normalmente pela boquilha.

Imagem 4: Parafuso de ajuste de tensão do extrusor. Fonte: Bondtech.se

É recomendável readjustar a tensão sempre que se troca por um material com propriedades diferentes. ABS, nylon, TPU ou TPE podem exigir ajustes de tensão muito diferentes. Para ajustar a tensão, os seguintes passos devem ser seguidos:

1. Afrouxe a tensão ao máximo

2. Inicie a extrusão da impressora 3D e carregue o filamento.

3. Aumente lentamente a tensão até que as rodas comecem a puxar o filamento e espere até que o plástico comece a sair do bico.

4. Aumente ainda mais a tensão até que o plástico flua de forma contínua e uniforme, se necessário.

A tensão apropriada é a mínima necessária para puxar o filamento consistentemente.

2. Manutenção das rodas de tração

Os extrusores puxam o filamento usando duas rodas opostas, pelo menos uma das quais tem uma superfície estriada ou áspera. Não é comum que ocorra desgaste nessas rodas, exceto ao usar materiais abrasivos (filamentos reforçados com fibras, metálicos ou cerâmicos). Se esses tipos de filamentos forem usados regularmente, é recomendável verificar periodicamente a condição das rodas e substituí-las quando sinais de desgaste aparecerem.

Imagem 5: Rodas de tração do filamento. 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.