¿Qué tipos de extrusor hay en impresión 3D FDM?

El extrusor es el motor que lleva el filamento hasta el hotend. Se pueden clasificar por situación, siendo de extrusión directa o bowden, o por estar engranados o no, y si lo estan pueden ser con multiplicador y/o con tracción por dos lados. E incluso otras puntos a tener en cuenta. En este artículo te lo explicamos mejor…

Tipos de extrusores FDM.

Vamos a entrar en el detalle de cada tipo de extrusor. Hay dos características que los definen: su situación, que puede ser directa o bowden, o por el tipo de tracción. Y estas características se pueden combinar entre sí.

Es importante puntualizar que no hay un sistema mejor que otro. Todos se adaptan a diferentes funciones y necesidades. Lo importante es que este sea coherente con el resto de la impresora y con el uso que se le va a dar.

 

Por situación:

Se puede clasificar el extrusor dependiendo de si está en el carro del cabezal o no.

 

Extrusión directa

La extrusión directa es la que tiene el punto de tracción del hilo directamente encima de la entrada del cabezal. Esto hace que la distancia de hilo que hace presión hacia la boquilla sea la mínima y permite tener un mejor control de la presión, lo que reduce los problemas de hilillos y goteo.

Además como no hay pérdida de tracción por fricciones el motor puede ser más pequeño. Sin embargo el peso extra que añade al carro del cabezal da problemas de precisión, pues añade inercias y vibraciones. Esto es crítico dependiendo de la disposición de los ejes. Por ejemplo, una cartesiana XZ solo va a notar ese peso extra en el eje X.

El extrusor ocupa un espacio en el carro, y por lo tanto limita su movimiento, restringiendolo, sobretodo en el eje Z.

Y es importante saber que en este sistema no hay problema para usarlo con materiales flexibles o semiflexibles. E incluso los materiales abrasivos no lo desgastan tanto.

 

Sistema Bowden

En el sistema bowden el motor del extrusor está fuera del carro del cabezal. Y recibe el nombre por el tubo bowden (fijado por conectores neumáticos), que lleva el filamento hacia el cabezal y lo restringe. 

La principal ventaja es que el peso del extrusor queda fuera del cabezal, que es el gran problema de la extrusión directa. Eliminando muchos problemas de inercia, vibraciones y esfuerzos. También la estructura y los ejes no tienen que soportar tanto peso en movimiento. Lo que añade precisión y puede soportar más velocidad de impresión.

Pero eso acarrea otros problemas. La distancia extra hace que haya un retardo en la transmisión de la presión desde el extrusor al cabezal. Es bastante común que este sistema de problemas de hilillos y goteo. Y si añadimos que además que la fuerza del motor se pierde por fricciones dentro del tubo… tendremos bastantes quebraderos de cabeza para configurar con éxito los parámetros de impresión.

También por esa fricción el motor del extrusor tiene que ser más grande, y posiblemente tenga que estar engranado con reducción. No es muy problemático, puesto que estará seguramente fijado en la carcasa. Pero es cuestión de fijarse bien en el motor extrusor al evaluar una impresora con sistema bowden.

Además los materiales flexibles se comprimen dentro del tubo, en vez de transmitir el esfuerzo del motor. Así que estos filamentos son imposibles de imprimir en Ø1.75 mm, y dan problemas añadidos con los de Ø2.85 mm. Además los materiales abrasivos acaban dañando el tubo por dentro, lo que añade un coste de mantenimiento extra si los utilizas.

 

Por tracción

Dependiendo de cómo se agarre el filamento y si hay multiplicador en el motor podemos ver que hay extrusores de:

 

Tracción directa

Entre el eje del motor y el filamento solo hay una pieza que lo tracciona, normalmente un cilindro moleteado, o una pequeña rueda engranada. La transformación del movimiento circular al movimiento lineal es directa. Es lo más simple. Lo más ligero. Pero a veces es insuficiente en cuanto a fuerza de tracción.

Otra de las desventajas es que es un poco impreciso, pues cada paso del motor mueve mucha distancia del hilo. Por lo que en movimientos rápidos (como en las retracciones del hilo) se puede deslizar, perdiendo precisión.

Este tipo de tracción suele utilizarse en extrusores directos (de ahí la confusión a veces entre ambos). Pero no siempre, como vimos en las primeras Prusas con el carro “Wade’s extruder”.

 

Tracción engranada

Al eje del motor se pueden añadir engranajes para mejorar las características del extrusor. Estos dos tipos de engranajes no son excluyentes entre sí, y los encontramos indistintamente, combinados o no:

• Con reducción: Una mejora del motor, pero que añade peso, es añadir entre el eje del motor y la tracción sobre el hilo, un engranaje multiplicador. Este quita velocidad y multiplica la fuerza. Eso añade precisión y tracción (y peso).
• Con tracción por dos lados: Es otro tipo de engranado con el que se añade otro cilindro moleteado que se mueve a la par con el primero. Eso agarra el filamento por dos lados, añadiendo mucha tracción. Es difícil que el hilo se deslice, incluso en movimientos rápidos y bruscos.

 

Otras características

También nos tenemos que fijar en otras características en cuanto al extrusor:

• Desarrollo del hilo: El filamento en la bobina viene viciado en su forma por estar enrollado. Es importante no ir en contra la dirección de desbobinado, ni que haya giros o ángulos bruscos durante el recorrido del hilo hacia el cabezal.
• Sensor de fin de filamento: Algunas impresoras incluyen esta característica, la cual es muy interesante. Pues la impresora detecta cuando se queda sin hilo y pausa la impresión, para permitir el cambio de bobina. Y una vez cambiado reanudar la impresión donde la dejó. Esto evita fallos de impresión por no calcular bien el material restante en una bobina, y permite escurrirla hasta el final, aprovechándola al máximo.
• Aspectos del mantenimiento: El extrusor es una parte que es propensa a tener averías. Es casi inevitable, puesto que es una parte crítica que hace mucho esfuerzo. Es importante que la reparación sea fácil y accesible. Y si el extrusor es directo, eso también facilitará el cambio del cabezal, que es aún más propenso a fallar y tener que reemplazarse. A veces más complicado no significa mejor.

 

Más contenido

Este artículo es parte de la serie: Todo lo que deberias saber sobre impresión 3D FDM.