Cosa considerare quando si sceglie un ugello per stampante 3D
Quali sono le proprietà degli ugelli della stampante 3D e cosa significano?
Molto tempo fa l’idea di un ugello per stampante 3D per un dispositivo FFF era abbastanza semplice: era un ugello in ottone da 0,4 mm, si spera con un modello di filettatura che si abbinasse alla tua estremità calda.
Ma i tempi sono cambiati e la scelta di un ugello è un po’ più complessa.
Naturalmente, molti operatori di stampanti 3D non scelgono affatto l’ugello della stampante 3D: usano semplicemente l’ugello fornito con la macchina. Funziona, ma spesso crea limitazioni nei materiali e potrebbe comportare la necessità di una sostituzione in futuro.
Le caratteristiche principali di un ugello per stampante 3D FFF sono:
Diametro
Compatibilità
Durata
Flusso di calore
Resistenza all’usura
Diamo un’occhiata a ciascuno.
Diametro dell’ugello della stampante 3D
Questa è la specifica più familiare per gli ugelli della stampante 3D FFF e si riferisce semplicemente al diametro dell’orifizio attraverso il quale viene spinta la plastica ammorbidita.
Il diametro standard per la maggior parte dei dispositivi è di 0,4 mm, ma ci sono alcune macchine fornite con ugelli da 0,5 mm.
Detto questo, molte macchine offrono la possibilità di scambiare gli ugelli con altri di diverso diametro. Ad esempio, un ugello da 0,25 mm consentirebbe la stampa 3D di dettagli molto più fini, ma aumenterebbe anche in modo significativo la durata della stampa.
I diametri maggiori, invece, servono per depositare più materiale nello stesso tempo, velocizzando così i tempi di stampa. Tuttavia, ciò va a scapito della qualità di stampa e alcune stampe potrebbero presentare linee di strato estremamente grossolane. Tuttavia, ciò potrebbe andare bene in molte applicazioni, in particolare per stampe di dimensioni maggiori.
Gli ugelli di grandi dimensioni sono generalmente disponibili con diametri di 0,6, 0,8 e 1,0 mm. Sono possibili diametri maggiori, ma di solito si trovano solo su attrezzature specializzate.
Compatibilità degli ugelli della stampante 3D
Questo risponde alla domanda se l’ugello si adatta al tuo particolare hot end. Molte macchine seguono gli standard, ma alcune hanno i propri per vari motivi. È meglio controllare l’elenco di compatibilità fornito dal produttore dell’ugello per vedere se corrisponde alla tua attrezzatura prima dell’acquisto.
La compatibilità è fondamentalmente una combinazione del modello di filettatura e della lunghezza dell’ugello. Alcune estremità calde richiedono un ugello più lungo poiché hanno un design termico diverso.
Durata dell’ugello della stampante 3D
La durabilità è una funzione del materiale di base per l’ugello. Mentre il materiale dell’ugello predefinito per molte macchine è l’ottone, è un materiale piuttosto morbido che può deformarsi nel tempo a causa di incontri con chiavi, calore elevato e altri fattori.
Vedrai alcuni ugelli realizzati in acciaio, che è molto più duro e resistente. E’ possibile ottenere anche ugelli in tungsteno, in grado di resistere a temperature molto elevate. Generalmente gli ugelli in ottone sono di fascia bassa e le alternative saranno più durevoli.
Flusso di calore dell’ugello della stampante 3D
Il flusso di calore è un aspetto critico di qualsiasi ugello per stampante 3D FFF, poiché questo è lo scopo ultimo dell’ugello: convogliare il calore attraverso il filamento in entrata e ammorbidirlo rapidamente. Se il trasferimento di calore è inefficiente, la velocità di stampa deve essere rallentata per consentire più tempo al calore di penetrare nel materiale del filamento. Se stai stampando troppo velocemente per il trasferimento di calore, il materiale non sarà abbastanza ammorbidito quando colpisce la punta e potresti avere un inceppamento.
In altre parole, più efficiente è il trasferimento di calore dell’ugello, più velocemente puoi stampare in 3D.
Ciò è influenzato principalmente dalle proprietà termiche del metallo che compone l’ugello. L’ottone è abbastanza buono nel trasferimento termico, forse più dell’acciaio, ma l’ottone non è così resistente, come descritto sopra.
Alcuni ugelli esotici sono realizzati in rame, che ha forse le migliori proprietà di trasferimento termico. Tuttavia, è un metallo molto morbido, quindi alcune opzioni di rame, come il “bi-metallo” di Bondtech, hanno “inserti di rinforzo in acciaio al vanadio” per compensare il rame debole, pur mantenendo la maggior parte del trasferimento di calore.
L’insolito ugello CHT di Bondtech [Fonte: Bondtech]
Infine, c’è uno stile emergente di ugello che mostra un trasferimento di calore superiore attraverso una modifica del design, piuttosto che una modifica del materiale. Anche con Bondtech, offrono quello che chiamano un ugello “CHT”. Questo stile offre più canali interni per il flusso del materiale ammorbidito, aggiungendo una significativa esposizione alla superficie e aumentando così notevolmente il trasferimento di calore.
In genere, gli ugelli ad alta efficienza vengono utilizzati nelle stampanti 3D che funzionano a velocità di stampa elevate.
Resistenza all’usura dell’ugello della stampante 3D
Nel tentativo di rendere le stampe 3D più resistenti, sono stati sviluppati materiali compositi. Questi sono fondamentalmente gli stessi vecchi polimeri, ma mescolati con qualche tipo di materiale fibroso. È come aggiungere pietre al cemento per creare cemento.
Le fibre più comuni utilizzate nei materiali compositi sono la fibra di carbonio o di vetro, entrambe tagliate a lunghezze molto piccole per garantire che passino attraverso l’ugello senza ostruirsi. A volte i metalli sono utilizzati anche nei materiali compositi.
Questi infatti rendono le stampe notevolmente più resistenti, ma c’è un problema: le fibre – vetro e fibra di carbonio – sono più dure dell’ottone. Quando queste fibre passano attraverso l’ugello, agiscono come carta vetrata e consumano gradualmente l’ugello.
Alla fine l’orifizio dell’ugello diventa più grande di quanto dovrebbe essere e la deposizione inizia a diventare imprecisa. Il problema viene risolto utilizzando ugelli più duri del materiale composito.
L’approccio più semplice qui è utilizzare un ugello in acciaio temprato, che può resistere a materiali abrasivi molto più a lungo. Tuttavia, ci sono altri approcci.
Alcuni produttori di ugelli risolvono il problema dell’abrasione utilizzando un materiale diverso sulla punta. Tipicamente vengono utilizzati zaffiro o rubino, poiché sono estremamente duri. Mentre solo la punta è coperta, può esserci ancora abrasione più in alto sopra la punta, ma non importa perché la punta lascia passare una quantità consistente di materiale.
Un altro approccio consiste nel rivestire l’interno dell’ugello con un materiale alternativo più duro. Il nichel è un materiale di rivestimento comune grazie alla sua capacità di rivestimento e durezza.
Scegliere un ugello per stampante 3D
Come per qualsiasi acquisto, la prima cosa da chiedersi è quali sono le tue intenzioni con l’ugello. Quali materiali intendi stampare? Quanto spesso lo farai? Quanto velocemente vuoi stampare? E, naturalmente, qual è il tuo budget?
Una volta che conosci le risposte, puoi restringere la scelta dell’ugello osservando le varie proprietà descritte dal produttore.
È affascinante vedere come alcuni produttori di ugelli combinino queste proprietà in ugelli “universali” che tentano di fare tutto in una volta, come Bondtech Bi-metal CHT che ha un corpo in rame, inserti in acciaio e rivestimento in nichel con geometria CHT all’interno. Un altro ugello all-in-one è l’E3D “Nozzle X”, che utilizza acciaio ad alta temperatura con rivestimento in nichel, ma anche con un rivestimento nano per un flusso uniforme.
Queste sono solo due delle dozzine di opzioni di ugelli disponibili sul mercato.
Di Kerry Stevenson da Fabbaloo.com
