Kai Parthy modifica l’hotend della Bambu Lab A1 per stampare TPU morbido fino a 70 Shore A
Una semplice modifica alla zona termica dell’hotend permette alla A1 di estrudere un TPU molto più morbido rispetto ai materiali ufficialmente supportati
Kai Parthy, noto da anni nel settore della stampa 3D per lo sviluppo di filamenti sperimentali e materiali come Laywood, ha mostrato una modifica relativamente semplice all’hotend della Bambu Lab A1 che gli ha permesso di stampare con successo un TPU Filaflex da 70 Shore A. L’intervento non riguarda l’extruder, il firmware o il sistema di movimentazione del filamento, ma direttamente la geometria termica dell’hotend: Parthy rimuove circa tre grammi di ottone dalla zona superiore del corpo metallico in modo da ridurre la superficie attraverso la quale il calore viene trasferito al canale del filamento. Il risultato è una zona di fusione effettivamente più corta, che mantiene il TPU solido per una distanza maggiore prima dell’ingresso nella regione più calda. È una modifica apparentemente minima, ma affronta uno dei problemi fondamentali dei filamenti estremamente flessibili: quando il materiale diventa morbido troppo presto, smette di comportarsi come un elemento capace di trasmettere una forza di compressione e comincia invece a deformarsi, comprimersi e creare attrito all’interno del percorso.
La A1 può già stampare TPU, ma 70A rappresenta un problema completamente differente
La Bambu Lab A1 viene ufficialmente indicata come compatibile con TPU e il produttore supporta anche il proprio TPU 90A sulla serie A. Il TPU 85A Bambu, invece, non è indicato come compatibile con A1 e A1 mini. La distinzione è importante perché parlare genericamente di “TPU” nasconde materiali dal comportamento estremamente diverso.
Un TPU 95A può essere relativamente rigido quando viene presentato in forma di filamento da 1,75 mm.
Un TPU 90A si piega molto più facilmente.
Scendendo verso 85A, 70A o ancora più in basso, il filamento comincia ad assumere un comportamento sempre più simile a una corda elastica.
Ed è proprio qui che un normale sistema FFF incontra difficoltà.
La scala Shore A non è lineare
Passare da 95A a 70A non significa semplicemente ottenere un materiale “circa il 26% più morbido”.
La scala Shore misura la resistenza all’indentazione mediante un durometro e non rappresenta una scala lineare di modulo elastico.
Due materiali distanti di pochi punti possono mostrare differenze molto significative nel modo in cui:
- si piegano;
- si comprimono;
- passano attraverso il feeder;
- resistono al buckling.
Questo spiega perché una stampante che lavora senza particolari problemi con TPU 95A possa diventare molto difficile da utilizzare con 70A.
Il problema non è soltanto spingere il filamento attraverso un tubo
Quando si parla di TPU morbido viene spesso indicato il Bowden come principale responsabile dei problemi.
È vero che un lungo tubo PTFE può complicare enormemente la situazione.
Un materiale rigido può essere spinto lungo il tubo trasferendo abbastanza efficacemente la forza dell’extruder.
Un TPU molto morbido tende invece a:
- flettersi;
- comprimersi;
- strisciare contro le pareti;
- immagazzinare elasticamente parte dello spostamento.
Per questo un direct drive è normalmente preferibile.
La Bambu Lab A1 dispone già di un extruder collocato sul toolhead, eppure anche con questa configurazione i materiali estremamente morbidi possono continuare a dare problemi.
La dimostrazione di Parthy riguarda proprio il motivo per cui il direct drive da solo non risolve tutto.
Il filamento deve rimanere sufficientemente rigido fino a quando arriva davvero nella zona di fusione
All’interno di un hotend ideale il filamento attraversa concettualmente tre regioni:
zona fredda → transizione → zona fusa
Nella parte superiore deve rimanere solido.
Più in basso comincia ad ammorbidirsi.
Soltanto vicino al nozzle deve trasformarsi completamente in materiale fuso.
Per un PLA abbastanza rigido questa transizione è relativamente semplice da controllare.
Con un elastomero molto morbido, invece, una zona calda troppo lunga può rendere il filamento cedevole molto prima del punto desiderato.
A quel punto l’extruder non sta più spingendo una sorta di piccolo pistone polimerico.
Sta cercando di comprimere un materiale gommoso all’interno di un canale stretto.
Il fenomeno ricorda il tentativo di spingere una corda invece di tirarla
Una barra rigida può trasmettere facilmente una forza di compressione.
Una corda no.
Se viene spinta tende a piegarsi.
Il TPU non è naturalmente una corda libera perché è confinato all’interno del percorso dell’extruder e dell’hotend, ma il principio è simile.
Più il materiale si ammorbidisce, più aumenta il rischio che:
- si allarghi lateralmente;
- si comprima;
- aumenti il contatto con la parete;
- generi ulteriore attrito.
Si può instaurare una sorta di feedback negativo:
più attrito → maggiore forza richiesta → maggiore deformazione del TPU → ancora più attrito.
Il risultato finale può essere forte sottoestrusione o blocco completo.
Parthy interviene quindi sulla zona di fusione e non sull’extruder
La modifica consiste nell’asportare materiale dalla parte in ottone cromato dell’hotend utilizzando un utensile rotativo.
Riducendo la sezione esterna e quindi il contatto termico con la zona riscaldata, la parte superiore del canale riceve meno calore.
La transizione solido-fuso viene spostata più in basso.
Il TPU mantiene così una maggiore consistenza per una distanza superiore.
L’extruder riesce a trasferire la forza fino a una zona più vicina al nozzle, dove il materiale può finalmente fondere.
È una soluzione interessante perché non cerca di aumentare la forza di spinta.
Cerca invece di ridurre la forza necessaria per spingere il materiale.
Più coppia sull’extruder non sarebbe necessariamente la soluzione migliore
Quando un TPU si blocca, potrebbe sembrare logico installare:
- motore più potente;
- maggiore tensione sulle ruote;
- ingranaggi più aggressivi.
Ma un materiale estremamente morbido può essere semplicemente deformato ancora di più.
Le ruote dentate possono:
- schiacciarlo;
- ovalizzarlo;
- incidere la superficie.
Una volta deformato, il filamento può incontrare ancora più resistenza nel percorso.
L’approccio termico prova invece a intervenire sulla causa a valle.
La zona di fusione corta non è però universalmente migliore
Questo è probabilmente il compromesso più importante dell’intervento.
Gli hotend moderni destinati alla stampa veloce vengono spesso progettati esattamente nella direzione opposta:
zone di fusione più lunghe e maggiore trasferimento termico.
L’obiettivo è fondere più polimero nell’unità di tempo.
Se un hotend deve produrre 25, 30 o 40 mm³/s, il filamento deve ricevere moltissima energia in pochissimo tempo.
Aumentare la lunghezza della melt zone aiuta.
Parthy fa deliberatamente il contrario per migliorare il comportamento del TPU morbido.
Il prezzo potenziale è quindi una riduzione della massima portata volumetrica disponibile con materiali rigidi.
È una modifica per materiali difficili, non un upgrade universale della A1
Un hotend modificato in questo modo potrebbe essere particolarmente adatto a:
- TPU molto morbidi;
- TPE;
- materiali molto viscosi;
- alcuni filamenti con comportamento simile agli hot-melt adhesive.
Potrebbe invece essere meno interessante quando l’obiettivo è stampare PLA ad altissima velocità.
È quindi più corretto considerarlo un hotend specializzato.
Questo spiega anche perché l’architettura a cambio rapido della A1 renda l’esperimento particolarmente pratico.
L’utilizzatore può teoricamente conservare:
- hotend standard per PLA/PETG e alte portate;
- hotend modificato per materiali estremamente morbidi.
Il costo relativamente basso dell’hotend rende l’esperimento meno rischioso economicamente
L’hotend della serie A è un componente sostituibile e relativamente economico.
Questo permette di modificare una seconda unità senza intervenire irreversibilmente sull’unico hotend disponibile.
È però importante distinguere costo e rischio.
Il fatto che il ricambio sia economico non significa che la modifica sia priva di conseguenze.
Asportare manualmente materiale cambia:
- distribuzione termica;
- robustezza meccanica;
- comportamento previsto dal produttore.
Non è quindi una procedura ufficiale Bambu Lab.
La modifica richiede anche attenzione durante la lavorazione del metallo
Usare un Dremel su un componente in ottone genera:
- trucioli;
- particelle fini;
- calore.
La lavorazione dovrebbe quindi essere eseguita lontano dalla stampante e dall’elettronica.
È inoltre opportuno evitare di danneggiare:
- foro interno;
- superficie di tenuta;
- geometria di accoppiamento.
Lo scopo è ridurre selettivamente il materiale esterno che trasferisce il calore, non alterare il percorso del filamento o la sede del nozzle.
Una modifica troppo aggressiva potrebbe compromettere l’hotend.
Il test più significativo è stato effettuato con Filaflex 70A di Recreus
Filaflex 70A appartiene alla fascia dei TPU molto morbidi.
Il produttore stesso prescrive parametri decisamente più conservativi rispetto a PLA e PETG.
Con nozzle da 0,4 mm indica una portata volumetrica nell’ordine di 2,5 mm³/s a 240 °C.
Per confronto, la Bambu Lab A1 dichiara per il proprio hotend portate molto più elevate con materiali rigidi.
Questo rende evidente quanto diversa sia l’applicazione.
Non si modifica l’hotend per stampare TPU 70A a 500 mm/s.
Lo si modifica per riuscire a estruderlo in maniera stabile.
Parthy ha utilizzato circa 20 mm/s e 240 °C
La velocità utilizzata nel test è coerente con la logica di stampa dei TPU molto morbidi.
Riducendo la velocità si riduce la portata richiesta.
Il materiale ha quindi più tempo per:
- ricevere calore;
- attraversare il nozzle;
- rilassare parte delle pressioni interne.
Parthy ha inoltre asciugato preventivamente il filamento, altro elemento particolarmente importante con i poliuretani.
Il TPU è fortemente sensibile all’umidità
Molti TPU assorbono acqua dall’ambiente.
Quando il materiale umido entra nell’hotend, l’acqua può trasformarsi rapidamente in vapore.
Il risultato può comprendere:
- piccoli scoppi;
- bolle;
- superficie irregolare;
- variazioni del flusso;
- riduzione delle proprietà meccaniche.
Con un materiale già difficile da estrudere, introdurre anche questo elemento di variabilità rende molto più complicato capire l’origine di un problema.
L’essiccazione non è quindi un dettaglio secondario.
La 0,4 mm ha funzionato, ma una 0,6 mm è una scelta più prudente
Parthy è riuscito a ottenere il primo risultato già con una nozzle da 0,4 mm, ma suggerisce una 0,6 mm.
Anche Recreus raccomanda diametri superiori quando si vogliono aumentare portata e facilità di estrusione.
Un foro più grande può ridurre la pressione necessaria a far passare il materiale.
Con TPU morbido è un vantaggio importante perché la pressione interna deve essere generata proprio da un filamento che tollera male la compressione.
Il nozzle più grande non rende automaticamente il materiale più veloce
È utile però evitare un’equivalenza troppo semplice.
Passare da 0,4 a 0,6 mm permette di aumentare la sezione del percorso e potenzialmente ridurre alcune perdite di carico.
Ma se contemporaneamente si stampa:
- linea più larga;
- layer più alto;
la quantità di materiale richiesta per ogni millimetro di percorso aumenta.
Il limite continua a essere espresso meglio attraverso la portata volumetrica piuttosto che attraverso i soli mm/s.
Per Filaflex 70A il produttore indica circa:
- 2,5 mm³/s con 0,4 mm;
- 5,6 mm³/s con 0,6 mm;
- 10 mm³/s con 0,8 mm.
Sono valori molto più utili per comprendere la reale capacità di estrusione.
Il materiale morbido si comporta diversamente perfino dopo essere uscito dal nozzle
Recreus segnala un effetto particolare: durante l’estrusione il TPU può contrarsi e produrre una linea più stretta rispetto al diametro dell’ugello.
Con nozzle da 0,4 mm viene quindi indicata una line width di circa 0,35 mm.
Questo dimostra ancora una volta perché applicare semplicemente un profilo PLA a un TPU 70A sia poco efficace.
Il comportamento reologico ed elastico del materiale modifica perfino la geometria della traccia depositata.
Retrazione e pressure advance diventano più difficili
Il TPU morbido immagazzina energia elastica.
Quando il motore dell’extruder avanza, parte dello spostamento può inizialmente comprimere il filamento.
Quando rallenta o arretra, il materiale non risponde immediatamente come un elemento rigido.
Questo crea:
- ritardo;
- ooze;
- stringing;
- variazioni del flow.
Con il direct drive questi effetti vengono ridotti grazie alla distanza relativamente corta tra gears e nozzle.
Non vengono però eliminati completamente.
Ridurre il percorso non è la stessa cosa che rendere incomprimibile il materiale
È un punto importante.
Anche se il filamento percorresse soltanto pochi millimetri tra extruder e melt zone, un 70A continuerebbe a essere molto più deformabile di un PLA.
Per questo non basta ottimizzare l’hardware.
Anche il profilo slicer deve essere conservativo.
In particolare diventano importanti:
- acceleration;
- volumetric flow;
- retraction;
- pressure compensation.
L’AMS Lite rimane fuori dal workflow per questi materiali
Bambu Lab stessa raccomanda di non utilizzare AMS Lite con TPU, TPE e altri filamenti molto flessibili convenzionali.
Il problema è semplice.
Prima di raggiungere l’extruder, il materiale deve attraversare:
- feeder;
- tubi;
- curve;
- sistemi di movimentazione.
Per un PLA non rappresenta un grande problema.
Per un 70A significa aggiungere molti centimetri di filamento comprimibile tra spool ed extruder.
È quindi preferibile un percorso il più possibile diretto.
La bobina deve inoltre girare con pochissima resistenza
Se l’extruder deve contemporaneamente:
- trascinare la spool;
- comprimere il TPU;
- vincere l’attrito del percorso;
- generare pressione nel nozzle,
la probabilità di problemi aumenta.
Un portabobina molto scorrevole può quindi fare una differenza sorprendentemente grande.
Con i materiali rigidi questo aspetto viene spesso ignorato perché il filament trasmette facilmente la forza.
Con un TPU molto morbido diventa parte del sistema di estrusione.
Anche il diametro reale del filamento acquista maggiore importanza
Un filament nominalmente da 1,75 mm può presentare piccole variazioni.
Con un polimero rigido queste differenze vengono normalmente tollerate senza grossi problemi.
Un elastomero che si espande lateralmente sotto compressione può invece diventare molto più sensibile al gioco disponibile nel percorso.
La qualità dimensionale del filament può quindi influenzare sensibilmente il risultato.
Il problema fondamentale è evitare qualsiasi spazio nel quale il TPU possa scappare lateralmente
Un extruder per materiali morbidi deve guidare il filament quasi continuamente.
Se tra:
- gear;
- guida;
- ingresso hotend;
esiste uno spazio sufficiente, il TPU può piegarsi e uscire dal percorso previsto.
È il classico fenomeno di buckling.
Per questo molti extruder progettati specificamente per elastomeri utilizzano percorsi fortemente confinati.
La modifica di Parthy non cambia questa parte della A1.
Interviene su un secondo collo di bottiglia: il comportamento all’interno dell’hotend.
Questo spiega perché altri utenti siano riusciti a stampare TPU 85A sulla A1 anche senza modificare l’hotend
Il limite dichiarato dal produttore non significa che ogni A1 fallisca inevitabilmente con qualsiasi TPU più morbido.
Marca, formulazione, diametro, essiccazione e percorso del filament possono fare una grande differenza.
Esistono esperienze riuscite anche con materiali intorno a 85A e inferiori.
Ma un risultato occasionale non equivale a una compatibilità ufficiale ripetibile.
Il lavoro di Parthy cerca un approccio più sistematico al problema termico.
70A porta il fenomeno abbastanza lontano da renderlo evidente
A questa durezza le strategie che possono essere sufficienti per un 90A cominciano ad avere margini molto minori.
Il materiale si deforma facilmente anche semplicemente maneggiandolo.
È quindi un buon test per capire dove il percorso dell’hotend stia introducendo resistenza.
Se una modifica consente di passare stabilmente da materiali relativamente rigidi a un 70A, significa che il profilo termico dell’hotend svolge effettivamente un ruolo importante.
Il test non dimostra però che qualsiasi TPU 70A funzionerà automaticamente
“70 Shore A” descrive soltanto una proprietà del materiale.
Due TPU con la stessa durezza possono avere:
- viscosità di fusione differente;
- elasticità differente;
- coefficiente d’attrito differente;
- temperatura di processo differente.
Uno può attraversare facilmente l’hotend.
Un altro può continuare a creare problemi.
La compatibilità deve quindi essere verificata sulla formulazione concreta.
Shore hardness e viscosità allo stato fuso sono proprietà completamente differenti
Questo è particolarmente importante.
La durezza Shore viene misurata sul materiale solido.
Il comportamento nell’hotend dipende invece in larga parte dalla reologia del melt.
Un TPU molto morbido a temperatura ambiente potrebbe avere una viscosità relativamente gestibile quando fuso.
Un altro materiale apparentemente più rigido potrebbe creare una massa estremamente viscosa.
Non è quindi possibile costruire una tabella universale:
“se è 70A, usa questo hotend”.
La modifica sembra funzionare anche con Laywood per la stessa ragione generale
Parthy ha utilizzato l’hotend modificato anche con il proprio Laywood, uno dei materiali che lo hanno reso noto nel mondo dei filamenti speciali.
Laywood contiene una componente polimerica insieme a materiale di origine legnosa e viene utilizzato anche per ottenere variazioni cromatiche modificando la temperatura di estrusione.
A temperature differenti il materiale può apparire:
- più chiaro;
- più scuro.
Variando la temperatura durante la stampa si possono quindi creare anelli cromatici che ricordano il legno naturale.
Il problema con l’hotend originale emergeva soprattutto alle temperature più alte
Secondo Parthy, oltre circa 230 °C il materiale diventava sufficientemente viscoso e adesivo da creare problemi nel lungo percorso riscaldato dell’hotend originale.
La riduzione della zona calda permette al materiale di restare solido più a lungo e limita il tratto nel quale la massa viscosa deve essere spinta contro le pareti.
Il principio è quindi molto simile a quello osservato con il TPU morbido.
Il materiale è differente.
Il problema geometrico-termico presenta però una componente comune.
È un richiamo interessante a un principio spesso dimenticato: l’hotend fa parte del materiale
Naturalmente il materiale non cambia composizione.
Ma il suo comportamento osservabile dipende fortemente dalla macchina che lo processa.
Lo stesso filamento può:
- stampare perfettamente su un hotend;
- bloccarsi continuamente su un altro.
Cambiano:
- lunghezza della melt zone;
- conducibilità;
- diametro interno;
- nozzle;
- cooling.
Dire semplicemente:
“questo filament è stampabile”
è quindi incompleto.
La frase corretta è più vicina a:
“questo filament è stampabile in una determinata finestra di processo con una determinata architettura di hotend”.
Gli hotend ad alto flusso stanno andando nella direzione opposta a quella richiesta dai materiali estremamente morbidi
Negli ultimi anni la corsa alla velocità ha prodotto:
- heater più potenti;
- nozzle più lunghi;
- inserti che dividono il flow;
- melt zone estese.
Sono ottime soluzioni per materiali relativamente rigidi.
Ma un filamento elastomerico può beneficiare di un percorso termico più corto.
Si crea quindi un conflitto di progetto.
massima portata con PLA
e
massima controllabilità con TPU 70A
non richiedono necessariamente lo stesso hotend.
Parthy propone proprio per questo un hotend con due zone di riscaldamento
L’idea futura descritta dal progettista consiste nell’utilizzare due elementi riscaldanti controllabili separatamente.
Con un materiale convenzionale il sistema potrebbe attivare entrambe le zone, creando:
melt zone lunga → elevato throughput.
Con un TPU morbido potrebbe spegnere la zona superiore:
melt zone corta → filament solido più vicino al nozzle.
In teoria lo stesso hotend potrebbe quindi cambiare comportamento termico via software.
È un concetto molto più interessante della semplice modifica con il Dremel perché trasformerebbe una caratteristica fisica fissa in un parametro controllabile.
La zona di fusione diventerebbe quasi una variabile del profilo filament
Oggi il slicer può controllare:
- temperatura;
- velocità;
- ventola;
- flow.
Con due heater potrebbe controllare anche:
lunghezza effettiva della regione riscaldata.
Il profilo PLA potrebbe richiedere:
- heater superiore ON;
- heater inferiore ON.
Il profilo TPU 70A:
- heater superiore OFF;
- heater inferiore ON.
La macchina potrebbe adattare il proprio comportamento termico alla reologia del materiale.
Sarebbe una forma di hotend realmente multimateriale
Oggi molti hotend vengono definiti “all metal” o “high flow”, ma sono comunque strutture relativamente passive.
La distribuzione del calore è determinata principalmente da:
- geometria;
- materiali;
- una singola temperatura impostata.
Aggiungere più zone controllabili permetterebbe una gestione molto più attiva.
È un concetto già noto in altri sistemi di estrusione industriale, dove barili ed estrusori possiedono più zone termiche.
Portarlo su un hotend desktop compatto richiederebbe però:
- heater aggiuntivo;
- sensore;
- controllo firmware;
- isolamento termico.
Il semplice prototipo manuale serve quindi soprattutto a dimostrare il principio
La modifica da tre grammi non deve necessariamente essere il prodotto finale.
Dimostra che riducendo il trasferimento termico nella parte superiore:
- Filaflex 70A diventa stampabile;
- alcuni materiali viscosi migliorano il proprio comportamento.
È esattamente il tipo di test che può giustificare lo sviluppo successivo di una soluzione controllata e ripetibile.
Parthy ha indicato di aver depositato una domanda di brevetto relativa a hotend modulari
È importante usare la terminologia corretta.
Una domanda di brevetto non equivale a un brevetto concesso.
Durante l’esame:
- le rivendicazioni possono cambiare;
- alcune possono essere respinte;
- la protezione finale può essere più stretta.
Il deposito indica soprattutto che Parthy sta cercando di proteggere alcune delle proprie idee relative all’architettura modulare.
Non dimostra da solo l’esistenza di un futuro prodotto commerciale.
L’inventore non vede invece problemi nel fai-da-te privato della modifica mostrata
La filosofia dell’esperimento rimane quindi molto maker.
Un hotend economico viene:
- modificato;
- testato;
- confrontato.
Questo tipo di sperimentazione è stato storicamente uno dei motori dello sviluppo FFF desktop.
Molte architetture oggi considerate normali sono nate da modifiche relativamente semplici effettuate dagli utenti.
Ma non bisogna confondere una dimostrazione funzionante con una modifica ufficialmente supportata
Bambu Lab non ha progettato o qualificato la A1 per funzionare con un hotend fresato manualmente.
Chi effettua un intervento del genere deve quindi accettare che:
- comportamento termico possa cambiare;
- profili standard non siano più necessariamente ottimali;
- la garanzia sul componente modificato possa non essere applicabile.
È un esperimento destinato a utenti che comprendono il funzionamento dell’hotend, non un aggiornamento software one-click.
Anche la protezione termica deve continuare a funzionare correttamente
Rimuovere materiale non modifica soltanto la zona di fusione.
Può cambiare:
- thermal mass;
- velocità di riscaldamento;
- velocità di raffreddamento.
Il controllo PID della macchina potrebbe quindi trovarsi davanti a un sistema leggermente diverso.
L’entità reale della variazione dipende dalla quantità e dalla posizione del materiale rimosso.
Nel test l’hotend ha continuato a funzionare, ma una modifica manuale non garantisce che due utenti producano esattamente la stessa geometria.
Questo è uno dei limiti del Dremel come metodo di produzione
La soluzione è eccellente per dimostrare il fenomeno.
È molto meno adatta per un prodotto industriale.
Due hotend lavorati a mano possono differire per:
- sezione residua;
- simmetria;
- area di contatto.
Di conseguenza possono avere profili termici differenti.
Una versione commerciale dovrebbe ottenere la stessa funzione mediante una geometria prodotta con tolleranze controllate.
La stampa di materiali morbidi mostra quanto la corsa alla velocità non sia l’unica direzione possibile per FFF
La A1 è capace di movimenti molto rapidi e viene pubblicizzata con velocità dell’ordine di centinaia di millimetri al secondo.
Il test con Filaflex 70A avviene invece intorno a 20 mm/s.
A prima vista potrebbe sembrare un passo indietro enorme.
In realtà misura una capacità completamente diversa.
La domanda non è:
“quanto velocemente può muoversi la testa?”
ma:
“quanti materiali differenti può trasformare in modo affidabile?”
La capacità di processo può valere più della velocità massima
Un oggetto che richiede:
- guarnizione morbida;
- grip elastico;
- bumper;
- componente wearable;
può essere impossibile da realizzare correttamente in 95A anche se la stampante lo produce a 200 mm/s.
Un materiale 70A stampato a 20 mm/s può essere molto più utile se fornisce la proprietà meccanica richiesta.
Nell’additive manufacturing la produttività ha senso soltanto dopo aver raggiunto la funzione desiderata.
70A apre applicazioni molto differenti rispetto ai TPU più rigidi
Un elastomero di questa classe può essere interessante per:
- guarnizioni;
- protezioni;
- soft-touch;
- wearables;
- ammortizzatori;
- componenti deformabili;
- pneumatici per piccoli modelli;
- elementi di presa.
La possibilità di produrre queste parti direttamente su una macchina desktop economica amplia significativamente il design space.
Non significa però che il TPU possa sostituire:
- silicone;
- gomma vulcanizzata;
- elastomeri stampati professionalmente.
Ogni materiale presenta comportamento meccanico, temperatura e ageing differenti.
TPU molto morbido e silicone non sono equivalenti
Una parte 70A può apparire “gommosa”, ma la durezza Shore non basta a rendere due elastomeri intercambiabili.
Possono cambiare:
- compression set;
- tear strength;
- resistenza chimica;
- temperatura;
- UV stability.
Per una guarnizione funzionale questi dati possono essere molto più importanti della semplice flessibilità percepita con la mano.
La stampa riuscita è soltanto il primo requisito.
La direzione più interessante potrebbe essere la stampa multimateriale rigido-morbido
Se una stampante potesse gestire in modo affidabile:
- PLA/PETG;
- TPU 70A;
nello stesso workflow, diventerebbero possibili oggetti con:
- struttura rigida;
- guarnizione integrata;
- grip morbido;
- hinge flessibile.
La A1 standard non offre però un vero sistema automatico multimateriale adatto a TPU così morbidi.
AMS Lite non è progettato per questi filamenti.
Il materiale deve quindi essere gestito separatamente.
Il vero ostacolo non è necessariamente l’hotend, ma l’intera catena del filamento
Il lavoro di Parthy risolve un collo di bottiglia specifico.
Restano:
- spool;
- feeding;
- extruder;
- slicer;
- nozzle.
Per utilizzare industrialmente materiali estremamente morbidi tutti questi elementi dovrebbero essere progettati insieme.
È il motivo per cui alcune stampanti specialistiche utilizzano percorsi del filament molto più corti e confinati rispetto alle FFF universali.
Il test è interessante proprio perché isola una variabile poco discussa
Gran parte delle modifiche TPU viste negli anni interviene su:
- extruder gear;
- guida del filament;
- pressione della leva;
- Bowden.
Parthy concentra invece l’attenzione sulla lunghezza termica dell’hotend.
È un promemoria importante: il filament può fallire anche dopo essere arrivato correttamente all’extruder.
Il modo in cui viene riscaldato può essere altrettanto decisivo.
La melt zone ideale dipende quindi dal materiale
Possiamo semplificare il compromesso in questo modo:
PLA veloce
melt zone lunga → più energia → maggiore portata
TPU molto morbido
melt zone corta → filament rigido più a lungo → migliore trasmissione della forza
Questa contrapposizione spiega perfettamente perché una singola geometria di hotend debba necessariamente rappresentare un compromesso.
Gli hotend del futuro potrebbero diventare adattivi anziché semplicemente “high flow”
L’idea di due heater indipendenti porta naturalmente verso una categoria più ampia.
Un hotend potrebbe modificare in tempo reale:
- distribuzione del calore;
- lunghezza della zona fusa;
- potenza.
Il materiale verrebbe riconosciuto e il firmware potrebbe adattare il profilo termico.
In prospettiva potrebbe essere molto più utile che inseguire soltanto temperature massime sempre superiori.
Il concetto avrebbe senso anche per materiali diversi dai TPU
Filamenti contenenti:
- legno;
- cere;
- componenti a bassa Tg;
- materiali altamente viscosi;
possono presentare problemi differenti nel percorso termico.
Un hotend adattabile potrebbe quindi servire una gamma più ampia di materiali speciali.
Il test su Laywood rappresenta già un primo esempio.
Resta però da dimostrare il vantaggio con test quantitativi
La dimostrazione mostra che il sistema funziona.
Per caratterizzarlo tecnicamente in modo completo sarebbero interessanti misure di:
- massima portata volumetrica;
- temperatura lungo l’hotend;
- forza richiesta all’extruder;
- ripetibilità.
Si potrebbe per esempio confrontare:
hotend originale vs hotend modificato
utilizzando la stessa bobina e aumentando gradualmente il flow fino al fallimento.
Questo permetterebbe di misurare esattamente il trade-off tra TPU morbido e capacità high-flow.
Una termocamera non sarebbe sufficiente a caratterizzare completamente l’interno
La temperatura esterna dell’hotend non corrisponde necessariamente a quella del percorso del filament.
Per comprendere esattamente la transizione servirebbero:
- simulazione termica;
- termocoppie;
- modellazione della conduzione.
La modifica di Parthy è quindi empiricamente efficace, ma il fenomeno potrebbe essere studiato con maggiore dettaglio.
È proprio da esperimenti così semplici che possono nascere architetture industriali più sofisticate
Il valore della dimostrazione non sta nei tre grammi di ottone rimossi.
Sta nell’aver identificato una relazione:
lunghezza termica → stampabilità del materiale morbido.
Una volta identificata, la soluzione può essere riprogettata in modo:
- ripetibile;
- controllabile;
- automatizzato.
Il Dremel è il prototipo.
Un hotend a zone multiple potrebbe essere il prodotto.
Per gli utenti A1, invece, il risultato immediato è molto pragmatico
Chi desidera sperimentare con TPU molto morbido dispone di una nuova strada:
- alimentazione diretta;
- filamento perfettamente asciutto;
- velocità molto bassa;
- nozzle preferibilmente più grande;
- hotend con zona di fusione accorciata.
Non è una configurazione ufficiale Bambu Lab e richiede modifiche hardware.
Ma il test dimostra che la limitazione non è necessariamente intrinseca alla cinematica o all’extruder della A1.
Una parte importante del problema si trova nel profilo termico dell’hotend.
Ed è probabilmente questa la conclusione più interessante del lavoro di Kai Parthy
La stampa di TPU estremamente morbido viene spesso affrontata cercando di rendere l’extruder più aggressivo.
Parthy segue la strada opposta: rende più facile il compito che l’extruder deve svolgere.
Mantiene il filament solido più vicino al nozzle.
Riduce la regione nella quale può trasformarsi prematuramente in una massa gommosa e viscosa.
E riesce così a portare una Bambu Lab A1 fino a un Filaflex 70A lavorando a circa 20 mm/s e 240 °C.
Non trasforma la A1 in una stampante industriale per elastomeri e non rende improvvisamente qualsiasi TPU morbido plug-and-play. Il materiale deve essere asciutto, alimentato direttamente e stampato con portate molto contenute.
Ma l’esperimento mette in evidenza un principio progettuale importante: la migliore melt zone non è necessariamente quella più lunga possibile, perché velocità e compatibilità dei materiali richiedono spesso scelte opposte.
La corsa agli hotend sempre più “high flow” ha portato enormi vantaggi nella stampa di PLA, PETG e altri polimeri relativamente rigidi. I TPU molto morbidi ricordano però che esiste un’altra direzione di sviluppo: hotend capaci di adattare il proprio comportamento termico al materiale.
Se l’idea delle zone riscaldanti indipendenti proposta da Parthy venisse trasformata in un prodotto reale, il futuro hotend multimateriale potrebbe quindi non essere semplicemente quello che fonde più plastica nel minor tempo possibile, ma quello capace di decidere quanto filament fondere, dove iniziare a fonderlo e per quanto tempo mantenerlo allo stato viscoso.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
