Директ или Боуден экструдер? Отличия, преимущества, что выбрать

Всем привет. С вами компания 3Dtool!

Головки экструзионных (FDM) 3D-принтеров традиционно делятся на два типа — директ-экструдеры и экструдеры с боуденовской подачей филаментов. Разбираемся в преимуществах каждого типа.

Боуденовскими называются экструдеры, у которых механизм подачи расходного материала (фидер) вынесен на корпус 3D-принтера и соединен с головкой длинной направляющей тефлоновой трубкой. Такие трубки называются трубками Боудена в честь ирландского изобретателя Эрнеста Боудена, отсюда и название всей системы.

Головка и боуденовский подающий механизм 3D-принтера Ultimaker 2+

В экструдерах с прямой подачей филамента — так называемых директ-экструдерах — подающий механизм устанавливается прямо на каретку вместе с остальными компонентами — хотэндом, термоблоком, радиаторами.

Директ-экструдер 3D-принтера QIDI Q2 со снятой крышкой

У каждого варианта есть свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе 3D-принтера, особенно если конструкция не располагает к модификации. Некоторые 3D-принтеры можно кастомизировать, например заменой штатной боуденовской головки 3D-принтера Creality CR-10 директ-экструдером от Bondtech, как на иллюстрации ниже. Особенно хорошо для таких модификаций подходят аппараты с открытым рабочим объемом, так как более крупный директ-экструдер может не вписаться в закрытую рабочую камеру по габаритам.

Преимущества директ-экструдеров

3D-принтер Creality K2 Plus Combo с директ-экструдером и системой автоматической смены филаментов CFS

Пониженная нагрузка на привод подающего механизма

Установка подающего механизма прямо на головку избавляет от необходимости в длинных направляющих трубках, генерирующих значительное трение при работе с определенными филаментами, например эластомерами. 3D-принтеры с прямой подачей могут использовать трубки для подачи филаментов от катушек к экструдерам по сложным траекториям, но это скорее особенность компоновки отдельных 3D-принтеров, чем конструкции самих экструдеров. Во многих случаях, особенно когда речь идет о 3D-принтерах с открытыми рабочими камерами, от трубок можно избавиться, разместив катушки над рабочей зоной.

Директ-экструдер 3D-принтера Creality K2 Proсо снятой крышкой

Упрощенная настройка ретракта

Ретракт, то есть обратная подача филамента, необходим для предотвращения загрязнения моделей расплавом при холостом перемещении головок. Образно говоря, 3D-принтер «втягивает сопли», чтобы расплав не задевал ненужные места, и чтобы не образовывалась так называемая паутина — тонкие нити пластика, тянущиеся за соплом при переезде головки на новое место. Скорость и длина ретракта зависят от используемого материала и требуют достаточно точной настройки. В директ-экструдерах эта задача значительно упрощается, особенно при работе с эластичными материалами: эластомеры могут сильно растягиваться, сжиматься и изгибаться в длинных боуденовских трубках, делая настройку более сложной, тогда как в директ-экструдерах дистанция от шестерней подающего механизма до горла хотэнда минимальная, измеряемая миллиметрами, а значит и влияние эластичности на точность подачи материала несущественно.

Менее мощный двигатель

Из-за небольшого расстояния между экструдером и соплом для проталкивания нити требуется меньший крутящий момент от двигателя.

Лучшая совместимость с определенными материалами

Обе разновидности способны работать с любыми доступными филаментами, но директ-экструдеры значительно удобнее при 3D-печати эластомерными и абразивными композиционными филаментами, обеспечивая более надежную подачу.

3D-принтер Creality Hi Combo с директ-экструдером и системой автоматической смены филаментов CFS

Минусы:

- Наличие вибраций: поскольку экструдер установлен на печатающей головке, то это увеличивает вес всей конструкции, что создает ограничения скорости, вызывая большую вибрацию и, возможно, потерю точности при перемещении по осям X и Y. 

- Более сложное обслуживание: в некоторых конфигурациях установка экструдера на печатающей головке может затруднить доступ к определенным деталям для обслуживания.

 Преимущества экструдеров с боуденовской подачей филаментов

3D-принтер Ultimaker S5 c двойным боуденовским экструдером

Быстрое позиционирование головок

В боуденовских системах экструдер фактически делится на две части, одна из которых — подающий механизм — крепится неподвижно на раме 3D-принтера. Это приводит к значительному снижению массы головки и соответственно, снижению нагрузки на приводы системы позиционирования. Как результат, таким системам проще работать на высоких скоростях. Пониженная инерция также благоприятно сказывается на точности позиционирования головок. Меньший вес печатающей головки позволяет печатать более быстро, тихо и качественно.

Увеличение полезного объема

Крепление подающих механизмов на головки съедает часть доступного рабочего объема, тогда как головки боуденовских экструдеров максимально компактны, позволяя получать более плотную компоновку и максимизировать полезный объем.

Более простое обслуживание

Это проявляется не во всех случаях, но многие директ-экструдеры, особенно на устаревших моделях 3D-принтеров, требуют довольно трудоемкой разборки и сборки головки для замены или чистки хотэнда. В некоторых случаях этот момент нивелируется модульностью конструкции, но обслуживание боуденовских экструдеров в целом считается более простым, так как дли чистки достаточно просто отсоединить трубку, без необходимости в демонтаже механизма подачи..

Экструдер с боуденовской подачей филамента на 3D-принтере Creality CR-10 Max

Недостатки

- Необходимость в более мощный двигателе: поскольку экструдер должен проталкивать и протягивать нить через длинную трубку, между ними возникает определенное трение. Это трение требует большего крутящего момента для адекватного управления нитью.

- Более медленное время отклика: учитывая расстояние подачи от экструдера до печатающей головки, наблюдается заметная задержка времени отклика, которая может усугубиться, если нить изгибается внутри трубки из ПТФЭ и вызывает трение. Для предотвращения проблем с экструзией обычно требуется большее расстояние ретракта и более высокая скорость ретракта.

- Проблемы с материалами: некоторые гибкие и абразивные нити могут легко застревать и изнашивать трубки Боудена, особенно в старых моделях принтеров.

Какой вариант лучше

Выбирать всегда стоит с учетом насущных задач. Боуденовские экструдеры хорошо подходят для быстрой 3D-печати простыми полимерами вроде полилактида (PLA) или полиэтилентерефталатгликоля (PETG), тогда как директ-экструдеры более универсальны и лучше справляются с эластомерами вроде термопластичных полиуретанов и композитами со стекло- и углеволоконными наполнителями, создающими дополнительное трение и повышающими износ деталей, включая подающие трубки.

В целом, сейчас на рынке доминируют директ-экструдеры. Хотэнды в современных 3D-принтерах обычно делаются модульными и быстрозаменяемыми, что устраняет одно из преимуществ боуденовских систем. К тому же, в последние годы все чаще используется прошивка Klipper с алгоритмами активного гашения вибраций (Input Shaping), обеспечивающими более высокую точность позиционирования на высоких скоростях и ускорениях и тем самым компенсирующими недостатки, связанные с повышенной массой директ-экструдеров.

Дельта-принтер 3DQuality Mini Dual с двойным боуденовским экструдером. Механизмы подачи филаментов размещены в верхней части аппарата

Одно направление, где боуденовские экструдеры до сих пор играют ведущую роль — так называемые дельта-принтеры, разновидность параллельных роботов. В дельта-принтерах положение головки регулируется тремя рычажными или рельсовыми приводами. Синхронное движение приводов дает поправки по высоте, а асинхронное позволяет позиционировать головку в горизонтальной плоскости. Такие 3D-принтеры славятся высокой скоростью позиционирования, на за нее приходится платить цену в виде высокой нагрузки на приводы. Снижение массы головок в таких случаях играет важную роль, отсюда и предпочтение экструдерам с боуденовской подачей филаментов.

3Dtool — российский дистрибьютор и интегратор 3D-оборудования, станков с ЧПУ и промышленной робототехники.

Связаться с нами можно:

По телефону: 8 (800) 775-86-69

Электронной почте: Sales@3dtool.ru

На нашем сайте: 3dtool.ru

Наши материалы также доступны в Telegram канале, на Dzen и в группе Вконтакте