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El mecanismo de accionamiento del filamento de la extrusora termoplástica de su impresora 3D

La extrusora es una de las partes más importantes de una impresora 3D, por lo que la calidad y confiabilidad de las piezas son críticas. El mecanismo de accionamiento del filamento casi siempre adopta la forma de un perno o varilla redonda con dientes cóncavos que se agarran al plástico.

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Accionamientos de filamentos típicos utilizados en extrusoras termoplásticas.

Los mecanismos de accionamiento de filamentos se pueden mecanizar de diversas formas. Busque dientes impulsores uniformes y bien cortados que se agarren, pero que no pelen ni muelen a través del filamento. Los dientes demasiado afilados pueden ser tan malos como los dientes demasiado desafilados.

Los accionamientos de filamentos utilizados en extrusoras termoplásticas realizan el mismo trabajo pero se fabrican de varias formas. En la parte superior de la figura se encuentra una unidad de filamento de perno tallado tradicional , que es el tipo más común de unidad de filamento; funciona adecuadamente. En el medio hay una rueda motriz maquinada profesionalmente, que generalmente proporciona el mayor agarre alrededor del filamento cuando se empuja hacia la extrusora. Esta rueda generalmente se monta directamente en el eje del motor de la extrusora o en una caja de engranajes unida al motor. En la parte inferior hay otra barra mecanizada con ranuras poco profundas y romas; este diseño no se agarrará con tanta firmeza como los accionamientos superior o central que se muestran.

Puede montar una extrusora de varias formas. En el montaje más simple, la rueda motriz del filamento encaja directamente en el eje del motor paso a paso de la extrusora e impulsa el filamento directamente mediante la rotación del eje del motor. Este método proporciona el par de torsión más bajo pero requiere la menor cantidad de otros componentes.

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La extrusora de filamentos más básica puede funcionar adecuadamente si tiene un motor de accionamiento potente y un hot-end bien mecanizado para reducir las fuerzas necesarias para empujar el filamento. En el lado izquierdo de la siguiente figura se encuentra la misma rueda motriz mecanizada profesionalmente que se muestra anteriormente. En el lado derecho hay otro motor de transmisión directa, pero con solo un engranaje de transmisión básico con una ranura para el filamento; no tendrá tanto agarre como el que se muestra a la izquierda.

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Dos extrusoras de filamentos de accionamiento directo.

Este engranaje cuesta poco de fabricar, pero también tiene el rendimiento de transmisión más bajo. Un motor de transmisión directa no tiene engranajes para mejorar el par, por lo que debe evitar este tipo si es posible. Las extrusoras de accionamiento directo tienen una ventaja: dos de ellas se pueden colocar juntas para proporcionar una extrusión doble.

Se puede conectar una caja de cambios compacta a la salida de un motor paso a paso para mejorar en gran medida el par y la resolución de rotación en comparación con los extrusores de accionamiento directo (consulte la siguiente figura). La caja de cambios puede ser compacta para permitir una doble extrusión.

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Una caja de cambios de fabricación profesional se conecta al motor paso a paso, mejorando el rendimiento incluso de los motores pequeños.

En los últimos años se han desarrollado muchas mejoras en los mecanismos de accionamiento de la extrusora. Uno de los más exitosos es el sistema de doble agarre, que se muestra en la siguiente figura. La ventaja de un sistema de doble agarre es que el filamento redondo se agarra y empuja desde ambos lados en lugar de presionarlo plano en el lado loco (que generalmente lo aplasta contra un cojinete giratorio de metal). Cada vez más fabricantes están cambiando a un sistema de engranajes de doble transmisión, que aumenta el agarre en filamentos más blandos como el caucho de uretano termoplástico (TPU) y ayuda a impulsar materiales más duros o resbaladizos más rápido.

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Un mecanismo de extrusión de engranajes de doble accionamiento Bondtech puede ofrecer una extrusión extremadamente potente.

En las impresoras RepRap 3D, todavía es común que el motor esté conectado a una serie de engranajes impresos en 3D (consulte la siguiente figura). El engranaje permite que el motor gire rápidamente mientras que el mecanismo de accionamiento gira lentamente, lo que aumenta el par y permite que el filamento sea impulsado con mayor fuerza y ​​precisión hacia el extremo caliente. Esta disposición proporciona una impresión y retracción rápidas con menos posibilidades de que el material se atasque debido a la falta de torque.

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La extrusora de engranajes impresa en 3D tiene más piezas para ensamblar, pero puede producir una mayor potencia y una impresión más rápida.

Otro tipo común de extrusora es la Bowden, que funciona según el mismo principio que el cable de la palanca de freno de una bicicleta. Un tubo de teflón (PTFE) resbaladizo separa el motor de accionamiento de la extrusora del extremo caliente. Este tubo permite que el filamento impulsado sea constreñido y empujado hacia la sección del extremo caliente.

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La extrusora Bowden se usa a menudo en máquinas pequeñas o livianas porque ofrece varias ventajas:

  • El diseño elimina el volumen, la masa y el peso del motor del carro en movimiento, dejando solo el extremo caliente.
  • Se pueden montar más hot-ends en una impresora 3D.
  • El diseño puede ser ideal para máquinas con un cabezal ligero que se mueve rápidamente.

Una extrusora Bowden tiene algunas desventajas:

  • El diseño tiene más partes y complejidad en comparación con un diseño que no es de Bowden.
  • La impresora debe realizar una retracción más larga del filamento después de cada movimiento de impresión para minimizar el supuración debido a la presión y el resorte que se producen cuando el filamento se empuja hacia abajo del tubo.
  • El diseño puede ser difícil de controlar y ajustar.

La extrusora Bowden que se muestra aquí usa un tubo PFTE de 1 metro y se usaría en una impresora 3D grande que produce modelos de más de 500 mm de ancho.

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Una extrusora Bowden.

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