O que é uma extrusora direta na impressão 3D: Direct Drive vs Bowden Extruder

O desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D proporcionou aos seus fãs e profissionais muitas oportunidades. O tipo de extrusora, sem dúvida, afeta a qualidade e o desempenho da impressão, pois muitas tarefas exigem uma extrusora. Duas configurações principais de extrusora são usadas hoje: a direta e a Bowden. Este artigo tem como objetivo abordar e comparar exaustivamente os dois sistemas em termos de design, vantagens e desvantagens, se houver. Com o desenvolvimento posterior do artigo, os leitores conhecerão as diferenças operacionais fundamentais entre extrusoras de acionamento direto e Bowden. Isso os ajudará entender qual configuração é apropriado para uma tarefa específica. As diferenças em tipos de extrusora são valiosos para entusiastas e profissionais, pois impactam a qualidade final e a eficiência geral das impressões 3D.

Qual é a diferença entre um Extrusora de acionamento direto e um Extrusora Bowden?

Extrusora de acionamento direto pode ser definida como um mecanismo de extrusora em que o motor é posicionado diretamente acima da extremidade quente. Tal arranjo provavelmente aumentará o controle do filamento, essencial no uso de tipos de filamentos flexíveis, pois o motor os controla melhor e mais rápido. Isso também beneficia o processo de retração e permite mudanças instantâneas na extrusão, o que é crucial para garantir que a qualidade da impressão esteja correta, especialmente para modelos multicamadas ou quando as formas são complicadas. No lado negativo, no entanto, esse tipo de geometria coloca alguma carga extra na cabeça de impressão. Portanto, há uma chance de que algumas impressoras 3D nas quais a cabeça de impressão é operada ativamente possam se tornar mais lentas e menos precisas no movimento de seus eixos.

Por outro lado, a extrusora Bowden torna mais fácil lembrar do tubo de PTFE que alimenta o filamento na extremidade quente. Neste arranjo, o motor é instalado longe da cabeça de impressão. Neste caso, a distância entre a massa em movimento e a cabeça de impressão é minimizada, o que aumenta a taxa de deslocamento e, ao mesmo tempo, torna o processo de impressão menos violento. Isso é particularmente útil para modelos ou estruturas maiores que devem ser exponenciadas rapidamente. No entanto, o aumento da distância entre a extremidade quente e o motor pode criar problemas ao retrair o filamento e usar filamentos flexíveis. Isso significa que, na maioria dos casos, as configurações Bowden são preferidas quando rígidas, qualquer que seja o padrão usado. No entanto, entender como cada extrusora funciona ajudará a fazer escolhas com base nas necessidades de impressão.

Resposta concisa para Extrusora Tipos

Uma extrusora de acionamento direto conecta o motor diretamente à extremidade quente, dando a ela controle sobre o filamento e facilitando a impressão com materiais flexíveis porque a necessidade de retração é reduzida. Embora aumente a precisão da configuração, há um aumento de peso na cabeça de impressão, o que pode diminuir a velocidade. Em contraste, a extrusora Bowden é um tipo de arranjo em que um motor não é montado diretamente sobre a extremidade quente; em vez disso, um tubo de PTFE conecta a extremidade quente com o motor. Esse arranjo diminui o peso na cabeça de impressão, resultando em maiores taxas de deslocamento e menos vibrações, o que ajuda a produzir impressões grandes usando filamentos normais em uma comparação de Bowden versus sistema de acionamento direto. Por outro lado, isso pode criar um problema com a impressão de filamento flexível devido à longa rota do filamento. Portanto, ao tomar tal decisão sobre o acionamento direto versus uma extrusora Bowden, é aconselhável primeiro considerar os requisitos do projeto e as propriedades do material.

Como é que Caminho do filamento Difere?

A extrusora de acionamento direto é mais acessível e direta, pois o caminho do filamento é curto. O filamento é retirado diretamente do motor e alimentado na extremidade quente. Portanto, há um atraso mínimo no sistema e a retração está sob controle direto, o que ajuda a lidar com filamentos flexíveis. Por outro lado, uma extrusora Bowden compreende um caminho de filamento mais longo, que consiste em um tubo de PTFE conectando o motor montado em um local diferente da extremidade quente. Esse tipo de design pode resultar em maior atrito e, se o movimento do filamento for atrasado, a precisão com material flexível seria difícil, especialmente as diferenças no contexto de Bowden vs. acionamento direto. Isso significa que, mais precisamente, no acionamento direto, rebarbas ou nós no filamento são mais elásticos do que no Bowden. O caminho do filamento deve ser escolhido cuidadosamente após considerar todos os requisitos de impressão, tipo de material e nível de precisão em relação aos sistemas Bowden vs. acionamento direto.

Comparando Velocidade de impressão e Qualidade de impressão

Existem alguns parâmetros técnicos que cada sistema deve considerar quando se trata de comparar qualidade de impressão e velocidade de impressão. Por exemplo, notamos que acionamentos diretos são geralmente mais lentos porque, neste caso, seus motores, que são montados na cabeça de impressão, têm que fazer mais trabalho, afetando a velocidade de deslocamento e aumentando os problemas relacionados à inércia. No entanto, em tais sistemas, a impressão é de excelente qualidade, especialmente para materiais flexíveis, graças à baixa distância axial entre a engrenagem de acionamento e as seções de extremidade quente, o que melhora a condução precisa baseada em calor e minimiza os erros de retração do filamento.

Não obstante, como as extrusoras Bowden não têm um motor na cabeça de impressão, elas podem exercer velocidades de deslocamento mais altas, o que significa que podem ser usadas para fazer impressões maiores que exigem movimento mais rápido na cama de impressão. Infelizmente, esses sistemas não estão isentos de falhas. O comprimento do caminho aumentado do filamento aumenta a probabilidade de problemas de precisão sempre que a geometria for complexa ou quando materiais flexíveis forem usados no processo. Isso acontece devido à compressão ou expansão do filamento dentro do tubo de PTFE, o que leva a uma deposição menos precisa.

Alguns dos principais parâmetros a serem observados incluem:

1. Velocidade de extrusão: o acionamento direto pode ser mais lento, mas compensa isso por meio de um controle mais rígido sobre a extrusão, um fator crucial para garantir impressões de alto nível de detalhes para qualquer modelo.
2. Velocidade de impressão: com o uso de configurações Bowden, o tempo de inatividade durante a impressão de objetos maiores é reduzido, pois você pode atingir velocidades de deslocamento mais altas.
3. Configurações de retração: O encordoamento e o escoamento são menos problemáticos com extrusoras de acionamento direto, pois a distância necessária para retrair é menor devido ao controle do filamento. Com configurações Bowden, distâncias de retração maiores devem ser empregadas para levar em conta o caminho do filamento extensível.

No final das contas, o que importa é a rapidez com que você deseja imprimir, os materiais com os quais está trabalhando e a precisão com que deseja que a impressão seja feita para aquele projeto específico, o que ajudará a decidir qual desses sistemas usar.

Quais são os Vantagens de um Bowden Sistema?

Benefícios do Configuração Bowden

A configuração Bowden tem vários benefícios, especialmente quando se trata de impressão 3D, onde velocidade e minimização de peso são parâmetros-chave. Estas são as principais vantagens com base em publicações respeitáveis:

1. Menor Peso do Cabeçote de Impressão: Como o extrusor de passo está situado longe do cabeçote de impressão, as configurações Bowden reduzem consideravelmente o peso nas partes móveis. Isso resulta em movimentos mais rápidos e suaves, que são muito adequados para impressoras com grandes câmaras de construção ou aquelas que precisam ter mudanças rápidas na direção do movimento.
2. Impressão mais rápida: Como a quantidade de massa a ser movida é reduzida, os sistemas Bowden podem atingir maiores velocidades de impressão do que os sistemas de acionamento direto. Isso é útil para impressões grandes, onde um pouco de eficiência pode resultar em uma economia substancial de tempo.
3. Maior confiabilidade para impressões grandes: devido ao menor peso e inércia, o estresse e a tensão nas peças da impressora devido ao funcionamento da configuração Bowden também são menores. Isso aumenta a durabilidade e a confiabilidade da impressora durante longos ciclos de produção ou ao imprimir impressões de grande porte com sistemas Bowden ou de acionamento direto.
4. Combinação de velocidade e movimento: Há preocupações quanto ao uso de filamentos flexíveis; no entanto, as configurações Bowden podem suportar movimentos rápidos devido às forças mecânicas reduzidas da cabeça de impressão.

Especificação técnica: 

1. Velocidade de impressão: Normalmente varia entre 50 e 100 mm/s, o que proporciona modelos de qualidade em menos tempo.
2. Velocidade de deslocamento: geralmente mais de 150 mm/s, o que a torna rápida para posicionamento, embora tenha pouco impacto na qualidade de impressão.
3. Configurações de retração: Na maioria dos casos, distâncias de retração maiores (3-6 mm) e velocidades de retração menores tendem a ser mais eficazes na eliminação dos efeitos da elasticidade e do encordoamento do caminho do filamento.

Essas vantagens permitem que a configuração Bowden seja ideal para impressão rápida com impressoras 3D industriais, já que o estresse mecânico mínimo e a eficiência são os principais requisitos.

Impacto na velocidade de impressão e velocidades de impressão mais rápidas

Dizem que os sistemas de extrusora Bowden afetam significativamente a velocidade de impressão, e essas informações podem ser encontradas nos principais sites do setor hoje. Isso é verdade porque esses sistemas separam o motor da cabeça de impressão, reduzindo o peso geral e a resistência mecânica com que as peças móveis têm que lidar, o que é um grande benefício de ter uma extrusão Bowden. Nesse sentido, uma impressora direcionada com configurações Bowden pode trabalhar confortavelmente com uma impressora com uma velocidade de impressão muito maior do que quando o alvo dos sistemas de acionamento a seco é usado. A velocidade aumentada auxilia na reprodução rápida, o que é vital em termos de produção para indústrias onde alta produção é necessária. No entanto, algumas desvantagens devem ser consideradas quando você vai mais longe com as configurações de retração, como encordoamento de filamentos. Uma mistura única é necessária para garantir a máxima eficiência sem sacrificar a qualidade da impressão. Para resumir, a configuração Bowden torna possível imprimir rapidamente, garantindo que todas as peças impressas possam suportar cargas durante os ciclos de trabalho.

Por que usar um Tubo Bowden?

Um tubo Bowden tem alguns benefícios na impressão 3D. Primeiro, ele ajuda a melhorar a velocidade da impressora minimizando o peso do cabeçote de impressão móvel. Isso é obtido realocando o motor da extrusora para uma distância, reduzindo assim a inércia do carro e permitindo um deslocamento rápido com menor oposição mecânica. Além disso, os tubos Bowden reduzem os efeitos de encordoamento melhorando o controle sobre o filamento, especialmente de materiais flexíveis, o que torna as impressões mais limpas e precisas e minimiza todos os artefatos vinculados à extrusora. Essa configuração também é usada para impressoras que operam em alto rendimento e têm cronogramas de produção eficientes, comumente vistos em fábricas e empresas.

Por que escolher um Sistema de transmissão direta?

Vantagens de Extrusão de acionamento direto

A extrusão de acionamento direto é benéfica, especialmente quando há necessidade de precisão e versatilidade em relação à impressão 3D. O maior controle de retração e extrusão de filamentos oferecido por esta configuração resulta da extrusora ser colocada mais perto do hotend. Esta configuração atinge precisão muito alta e significativamente menor encordoamento durante o processo de impressão. Esta configuração é particularmente eficaz ao imprimir com filamentos flexíveis ou especiais, que de outra forma seriam difíceis de usar junto com o sistema Bowden. Os caminhos de alimentação mais curtos que os sistemas de acionamento direto têm para permitir um controle rápido do material, tornando-os ideais para impressões 3D detalhadas que exigem a deposição exata do filamento e saída consistente. Além disso, a configuração auxilia no trabalho de manutenção, pois quanto menos componentes houver no caminho de extrusão, menores serão as chances de problemas operacionais.

Manuseio Filamento Flexível com facilidade

Devido à proximidade do hotend com a extrusora em sua estrutura, os sistemas de acionamento direto são bem adequados para aplicar filamentos flexíveis. Isso minimiza o comprimento do filamento que deve ser empurrado, reduzindo as chances de encurvamento ou emperramento comuns com as configurações Bowden. Esse controle dimensional próximo resulta em movimento fino do filamento flexível durante a alimentação ou tração, melhorando a precisão e a usabilidade efetiva dos materiais flexíveis na impressão. As extrusoras de acionamento direto ajudam a reduzir o deslizamento do filamento enquanto mantêm uma pressão consistente, facilitando assim um fluxo suave e constante, o que é necessário para impressões de qualidade ao usar filamentos flexíveis.

A importância de Proximidade da Extrusora

Para os tipos padrão e especiais de impressão 3D, a posição da extrusora sobre o hotend é muito importante para obter o controle adequado do filamento. Em sistemas de acionamento direto, esse arranjo próximo minimiza a distância que o filamento tem que percorrer da extrusora até o hotend, permitindo assim maior precisão no posicionamento do hotend cada vez que ele é empregado durante o procedimento de impressão. A transferência dessa distância reduz o controle do hotend e a taxa de fluxo do filamento, aumentando a qualidade e a precisão das impressões produzidas. Isso é mais verdadeiro com materiais flexíveis ou delicados, pois lutas como a flexão geralmente seriam reduzidas, melhorando drasticamente a taxa de fluxo e a qualidade dos itens impressos em 3D.

Quais são os Desvantagens de cada um Tipo de extrusora?

Desafios com Bowden Configuração

Embora as extrusoras Bowden tenham a grande vantagem de reduzir a massa total no cabeçote de impressão móvel da impressora 3D, elas envolvem certos desafios que podem reduzir a qualidade geral da impressão. A maior distância entre o hotend e a extrusora leva a problemas como compressão do filamento, bem como um atraso na retração. Isso dificulta a resposta eficiente e precisa aos comandos de mudança de extrusão, o que se torna ainda mais problemático ao imprimir filamentos flexíveis ou especiais que tendem a entortar devido à alta força exercida para empurrá-los através do tubo Bowden. Além disso, pode ser bastante exaustivo manter o tubo Bowden porque qualquer nível de atrito presente no tubo pode resultar em extrusão irregular, o que se traduz em baixa qualidade e detalhes nas impressões. Da mesma forma, o carregamento e o descarregamento do filamento têm mais ajustes do que em sistemas de acionamento direto, o que significa que eles exigem mais ajuste e arranjo cuidadoso para tentar corrigir esses problemas.

Possíveis desvantagens de Acionamento direto

Embora as extrusoras de acionamento direto possam ser uma opção mais adequada para alguns, há mais do que algumas desvantagens que é preciso considerar. A principal desvantagem é a inércia adicional que vem com a cabeça de impressão, o que reduz as velocidades de impressão e cria, junto com movimentos mais rápidos, a chance de vibrações potenciais. Esse peso extra pode afetar a estabilidade estrutural da impressora CNC e os limites de velocidade para evitar artefatos indesejados ou imprecisões na impressão final, especificamente em sistemas de extrusão Bowden. Em outra nota, a complexidade adicionada à estrutura da cabeça de impressão pode dificultar a manutenção de rotina e a resolução de problemas básicos, principalmente com plugues de bico e atolamentos da extrusora. Por fim, vale a pena notar que a necessidade de ajustes precisos ao longo da unidade de impressão durante a fase de instalação de um sistema de acionamento direto pode ser bastante intensa quando mal feita, exigindo uma calibração demorada para garantir que a alimentação do filamento e a extrusão estejam funcionando corretamente.

Gerenciando Configurações de retração

Um aspecto crucial da impressão 3D é modelar as configurações de retração corretamente, o que inclui a distância e a velocidade de retração. Além disso, um objetivo principal neste caso é manter a qualidade da impressão e evitar os efeitos desagradáveis do deslocamento do filamento, como vazamento ou encordoamento. O termo distância de retração pode ser simplesmente definido como a distância em que o filamento é puxado ou recuado para dentro do bico enquanto a impressão está inativa. A velocidade de retração, por outro lado, representa apenas a velocidade na qual o movimento de retorno ocorre. Para começar, uma configuração de retração padrão pode incluir um comprimento de 1-6 mm e uma velocidade de 20-60 mm\s. No entanto, os números podem diferir significativamente com base no tipo de impressora e no material usado. Nesses casos, varia de impressora para material usado, portanto, otimizar essas iterações de configurações ou com pequenas amostras de impressão de teste é melhor. Além disso, o encordoamento pode exigir mais ajustes no parâmetro de retração, pois temperaturas ou velocidades mais altas agravariam o encordoamento, exigindo mais ajustes de temperatura junto com a velocidade. Além disso, o cuidado e a calibração adequados do acionamento Direct ou Bowden ajudariam a resolver esses problemas e minimizar os problemas decorrentes da configuração dos parâmetros do filamento em questão.

Como você converte de Bowden para acionamento direto?

Passos para mudar Sistemas de Extrusão

1. Reúna as ferramentas necessárias: antes de começar a desmontar ou montar sua impressora, você deve reunir ferramentas como chaves de fenda e chaves inglesas específicas para seu modelo de impressora.
2. Desligue a impressora Antes de prosseguir com o trabalho de impressão 3D com a extrusora, desligue completamente e desconecte a impressora para reduzir riscos elétricos.
3. Remova a configuração Bowden. Observe que qualquer extrusora existente que esteja conectada ao tubo e ao próprio tubo Bowden deve ser removida sem danificar o hotend ou qualquer um dos tubos que os conectam.
4. Instalar o suporte de acionamento direto Fixe cuidadosamente o suporte de acionamento direto à estrutura da impressora, certificando-se de que ele esteja na mesma linha dos locais desejados para sua instalação.
5. Fixe a extrusora de acionamento direto Depois de posicionar e fixar a extrusora de acionamento direto no suporte, verifique se ela está bem encaixada para garantir um forte controle do filamento durante qualquer trabalho de impressão realizado.
6. Conecte a fiação: siga as orientações do fabricante para reconectar elementos de aquecimento, sensores e chicotes elétricos para evitar problemas de conectividade.
7. Calibre a extrusora para impressão 3D para garantir desempenho ideal, especialmente ao alternar entre Bowden e configurações diretas. Para garantir extrusão satisfatória, comece calibrando seu acionamento direto, o que inclui alterar os passos por milímetro no firmware da impressora.
8. Teste de impressão: para validar a eficácia do sistema, faça um teste de impressão e depois faça outras modificações para atingir a qualidade de impressão necessária.

Ferramentas necessárias para Conversão

Para converter com sucesso um sistema extrusor Bowden em um sistema extrusor Direct Drive, as seguintes ferramentas serão necessárias:

1. Chaves de fenda: tanto chaves de fenda Phillips quanto de ponta chata são essenciais para soltar e parafusar diferentes parafusos durante o processo de conversão.
2. Chaves Allen/Chaves Sextavadas são importantes para afrouxar e apertar parafusos em qualquer parte do conjunto da impressora.
3. Chaves: Vários tamanhos de chaves permitem apertar porcas e outros acessórios tanto nos sistemas Bowden quanto nos sistemas de extrusora direta.
4. Alicates são úteis para segurar e dobrar itens pequenos, principalmente ao remover o conjunto Bowden.
5. Alicates de corte: eles devem cortar os fios no comprimento necessário.
6. Multímetro: embora não seja um item "essencial", ele pode ser útil para verificar se a fiação foi feita corretamente e se todas as conexões elétricas estão intactas.
7. Abraçadeiras: elas podem alisar a fiação durante a conversão para melhorar a aparência e garantir a limpeza da montagem.

Superando problemas de distância entre a extrusora e o bico

É essencial considerar que a extrusora deve ser montada diretamente acima do hotend para que o caminho do filamento seja o mais curto possível e então confirmar que tanto o suporte da extrusora quanto a integração do hotend estejam firmes para que a posição não mude facilmente. Isso permitirá uma ação coordenada muito mais precisa e facilitará os processos de extrusão, resultando em melhor qualidade geral de impressão. Também pode ser enfatizado mais especificamente para o ponto 2, em que por meio da distância e uma torção mais apertada do cilindro, o alinhamento dos pontos pode ser melhor integrado, reduzir o atraso do deslocamento cronometrado e aumentar a precisão do tempo. Além disso, certifique-se de que não haja rebarbas de filamento presas no caminho do suprimento de filamento, mantenha a lubrificação adequada na alimentação para não correr o risco de um congestionamento de alimentação e garanta a limpeza dos componentes usados. Faça um esforço para conduzir verificações de manutenção rotineiramente para reduzir ou eliminar o problema em tais questões e manter a impressora operando sem problemas.

Fontes de referência

Extrusora de impressora 3D

impressao 3D

Extrusão

Extrusora de silicone

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O que é uma extrusora direta na impressão 3D?

R: Uma extrusora direta se refere a um sistema de extrusão de impressão 3D acompanhado por uma extrusora fixada na cabeça de impressão. Tais arranjos permitem que o motor de passo e outros componentes que empurram o filamento fiquem próximos do hotend para melhor regulação do fluxo do filamento durante o processo de impressão.

P: Qual a diferença entre uma extrusora direta e uma extrusora Bowden?

R: A principal distinção entre extrusoras diretas e Bowden é a localização das duas extrusoras. Em um caso em que uma extrusora direta é usada, uma extrusora é colocada no cabeçote de impressão, enquanto em um caso em que uma Bowden é usada, uma extrusora é deixada a uma distância do cabeçote de impressão na maioria dos casos na estrutura da impressora 3D. As extrusoras Bowden puxam o filamento de uma extrusora usando um tubo de PTFE para o hotend.

P: Quais são as vantagens de usar uma extrusora direta?

R: Extrusoras diretas têm algumas vantagens, pois tendem a fornecer melhor controle sobre a extrusão, diminuem o deslizamento do filamento e são mais eficientes ao trabalhar com materiais flexíveis, como TPU. Elas também, na maioria dos casos, não precisam de muita retração, o que pode reduzir a duração da impressão e o encadeamento.

P: Há alguma desvantagem em usar uma extrusora direta?

R: O problema levantado por extrusoras diretas tem a ver com o aumento da massa móvel na cabeça de impressão. Esse peso pode inevitavelmente, e então em algum momento especialmente, forçar a velocidade da cabeça de impressão e impedir que ela faça curvas direcionais rápidas. Além disso, configurações de acionamento direto, por exemplo, teriam que usar motores mais potentes para deslocar o conjunto de cabeça de impressão mais massivo.

P: Qual tipo de extrusora é melhor para imprimir materiais flexíveis?

R: Geralmente, extrusoras diretas são bastante relevantes ao imprimir materiais flexíveis como TPU. Restringir a distância entre a extrusora e o hotend em uma configuração de acionamento direto significa que as chances do filamento ficar preso ou entortado devido à flexão excessiva são reduzidas na configuração Bowden.

P: Existe a possibilidade de trocar minha extrusora Bowden por uma extrusora direta?

R: Sim, na maioria das impressoras 3D, uma extrusora Bowden pode ser alterada para uma extrusora direta. Lembre-se de que esse procedimento geralmente exige a alteração de componentes específicos e pode implicar em alterações extensas na sua impressora. No entanto, antecipe mais benefícios ou talvez uma desvantagem exatamente onde você está alterando o tipo do sistema ejetor e sua área geral ou posição na impressora.

P: A diferença no desempenho da impressão FDM (Fused Deposition Modeling) é determinada pela mudança do acionamento direto para o sistema Bowden?

R: Embora os sistemas de acionamento direto e Bowden possam produzir impressões excelentes, eles podem ter forças diferentes. A maioria das impressões produzidas com sistemas de acionamento direto usa mais extrusão, o que pode aumentar a qualidade do produto final, especialmente para materiais flexíveis ou abrasivos. Com um peso menor no cabeçote de impressão, os sistemas Bowden podem aumentar sua velocidade e movimento de impressão, tornando-os disponíveis para movimentos mais finos e superfícies mais suaves.

P: Existem situações específicas em que uma extrusora Bowden pode ser mais aplicável do que uma extrusora direta?

R: Os sistemas Bowden devem ser usados somente em casos em que o cabeçote de impressão deve permanecer o mais leve possível, o que deve ser o caso de impressoras trabalhando em uma velocidade muito alta ou impressoras de configuração delta. Além disso, o uso de sistemas Bowden permite sistemas de impressão multimateriais menos complicados porque mais de uma extrusora pode ser alimentada em um único hotend sem adicionar peso considerável aos componentes móveis.