Perché gli appassionati di stampa 3D dovrebbero prendere nota del nuovo E3D Revo Hot End?
Lo spazio della stampa 3D esiste in due universi paralleli: quello professionale chiuso dietro i brevetti, dove le stampanti fanno la magia ma costano poche centinaia di migliaia di dollari l’una, e quello abitato da noi consumatori che dobbiamo aspettare decenni che scadano brevetti ridicoli solo per stampare tutt’altro che la più semplice delle plastiche.
Questo non accade molto spesso, ma lo spazio di stampa 3D dei consumatori ha motivo di essere entusiasta grazie al nuovo hot end Revo della società di stampa 3D con sede nel Regno Unito E3D. Analizziamo i sistemi di estrusione di stampa 3D per capire di cosa si tratta.
Cos’è un hot end?
È più facile capire il concetto di stampa 3D se la pensi come un fornaio che fa la glassa su una torta. Proprio come un fornaio manovra una sac a poche per stampare i nomi sulle torte di compleanno, una stampante 3D sposta gli ugelli per appoggiare la plastica sulla superficie di costruzione.
In effetti, il sistema di estrusione della stampante 3D è abbastanza simile alla tasca da pasticcere di un fornaio.
Usare la mano per spremere la glassa su una torta non è diverso da un estrusore che spinge il filamento attraverso l’ugello. La stampante 3D, tuttavia, è un po’ più complicata. Poiché la plastica non scorre come la glassa a temperatura ambiente, ogni stampante 3D deve essere dotata di un ugello riscaldato.
Si tratta essenzialmente di una sac a poche ad alta tecnologia costituita da un estrusore che spinge il filamento attraverso un gruppo di ugelli riscaldato, controllando la temperatura e la pressione dell’ugello per dirigere il flusso del filamento.
Il problema con gli hot end esistenti
Poiché l’industria della stampa 3D di consumo si è appoggiata al lavoro pionieristico svolto dal progetto open source RepRap, le stampanti 3D di livello consumer adottano lo stesso approccio fai-da-te dell’utilizzo di parti standard.
Il moderno design dell’hot end è un ottimo esempio di questo fenomeno.
Un’estremità calda tradizionale comprende un ugello che si avvita nel blocco riscaldatore, che a sua volta viene riscaldato da una cartuccia di riscaldamento cilindrica separata. Il blocco ospita anche un termistore rimovibile per la misurazione della temperatura. Infine, una separazione termica separata isola termicamente l’estremità calda dal percorso di alimentazione del filamento, impedendo così che si sciolga durante il percorso verso l’estremità calda.
Sfortunatamente, questo è un sistema altamente inefficiente.
La presenza di un traferro tra il blocco del riscaldatore e il termistore, nonché le cartucce del riscaldatore, rende impossibile un trasferimento di calore efficiente e un controllo accurato della temperatura. Anche la maggiore distanza tra questi elementi e l’ugello non aiuta le cose.
Ciò si traduce in sistemi di estrusione che non sono in grado di controllare la temperatura degli ugelli con velocità o precisione apprezzabili.
Questo è un grosso svantaggio perché la stampa 3D a velocità e volumi di estrusione variabili non è possibile senza rapidi cambiamenti nella temperatura degli ugelli necessari per tenere il passo con la portata fluttuante del filamento.
Questo, a sua volta, si manifesta come un gremlin di stampa 3D esibito da tutte le stampanti 3D di livello consumer e rimane irrisolto fino ad oggi.
Ispirato dai moderni saldatori
L’industria della saldatura ha risolto proprio questo problema molti decenni fa eliminando il traferro tra la punta, l’elemento riscaldante e il sensore di temperatura combinando questi tre elementi in un’unica parte composita. Tali saldatori potrebbero riscaldarsi più rapidamente e saldare giunti ad alta massa termica con estrema facilità.
L’hot end Revo adotta lo stesso approccio integrando il riscaldatore e il termistore in un nucleo riscaldatore composito più piccolo. Ciò risolve una serie di problemi con le estremità calde esistenti.
E il fissaggio del riscaldamento lento dell’ugello è solo l’inizio, come dimostrato da un prototipo E3D Revo che raggiunge le temperature di esercizio in una frazione del tempo impiegato da un hot-end concorrente con un wattaggio più elevato.
La maggiore efficienza termica del nucleo del riscaldatore Revo ha permesso a E3D di creare un hot-end significativamente più piccolo. Il suo ingombro ridotto riduce l’ostruzione al flusso d’aria dalla ventola di raffreddamento della parte. Ciò migliora di conseguenza la qualità di stampa di parti complicate che richiedono ponti e sporgenze ripide.
Sebbene alcuni potrebbero obiettare che la massa termica inferiore del piccolo nucleo del riscaldatore dell’estremità calda Revo renderebbe più difficile la regolazione della temperatura, i moderni saldatori che utilizzano lo stesso approccio optano anche per progetti con massa termica ridotta.
E3D potrebbe essere su qualcosa qui.
Un gruppo riscaldatore altamente efficiente non ha bisogno di immagazzinare una grande quantità di calore. In effetti, la massa termica inferiore dell’hot end Revo gli consente anche di raffreddarsi più velocemente.
Sostituzione rapida degli ugelli senza attrezzi
C’è una buona ragione per cui vorresti che questo hot end si raffreddasse più velocemente. Il motivo è la capacità di sostituzione degli ugelli senza attrezzi di E3D Revo. Questa è una manna dal cielo per uno spazio in cui la frequenza degli intasamenti degli ugelli è superata solo dalla conseguente interruzione che scatenano.
Fino ad ora, cambiare un ugello era un’impresa titanica che implicava numerosi cicli di riscaldamento e raffreddamento scanditi dall’ugello che richiedeva un serraggio a caldo alla temperatura massima consentita. In caso contrario, si otterrebbero più zoccoli.
Insaponare, risciacquare, ripetere.
Gli ugelli E3D Revo, d’altra parte, possono essere semplicemente avvitati e svitati a dita nude. Una volta che l’hot end si sarà raffreddato, ovviamente. Poiché l’ugello e il tagliacalore sono una singola unità, non devi preoccuparti del serraggio a caldo e del rischio associato di intasamento o perdite di plastica.
E non si tratta solo di prevenire gli intasamenti degli ugelli.
Le diverse dimensioni degli ugelli consentono inoltre di raggiungere un ottimo equilibrio tra velocità di stampa e qualità. Vuoi stampare un piccolo oggetto con tolleranze più strette? Rompi l’ugello da 0,2 mm. Hai bisogno di depositare molta plastica in poco tempo? invece l’ugello da 0,8 mm.
Se gli ugelli a cambio rapido dell’ecosistema Revo funzionano davvero come pubblicizzato, questo metterà finalmente i cambi di strumento nello spazio di stampa 3D quasi alla pari con quelli delle sue controparti di produzione CNC sottrattiva di fascia alta.
Sicurezza integrata e rapida accelerazione
I rischi di incendio sono una vera preoccupazione con le stampanti 3D quando i guasti di regolazione della temperatura portano a una pista termica, che successivamente provoca la fusione dell’elemento riscaldante attraverso il blocco riscaldatore e l’inizio di incendi.
L’hot end Revo incorpora un elemento riscaldante a coefficiente di temperatura positivo (PTC) che aumenta la sua resistenza interna man mano che diventa più caldo. Questo riduce automaticamente la potenza erogata (wattaggio del riscaldatore) man mano che l’ugello si riscalda progressivamente. Sulla carta, questo dovrebbe ridurre significativamente le possibilità che la tua stampante 3D bruci la casa.
Un design hot end con massa termica ridotta ha il piacevole effetto collaterale di essere notevolmente leggero. L’hot end Revo pesa solo 30 grammi, il che rende possibile comporre i valori di accelerazione del motore passo-passo senza preoccuparsi delle vibrazioni.
Ciò dovrebbe consentire alle stampanti di raggiungere le loro velocità massime per una durata più lunga dei movimenti di stampa effettivi, riducendo anche il ronzio e altri artefatti di stampa 3D che indeboliscono la qualità associati al lancio intorno a hot-end più pesanti ad alte velocità.
Sul fronte della durata, i cavi del riscaldatore e del termistore sono rinforzati con un serracavo con armatura in acciaio. Questo dovrebbe tornare utile quando si affrontano enormi errori di stampa che richiedono la rimozione della plastica fusa dall’estremità calda. Solo che questa volta hai meno probabilità di strappare inavvertitamente i cavi.
Brevetti E3D: la buona notizia…
La società con sede nel Regno Unito si è impegnata nella filosofia open source e ha rilasciato le risorse ingegneristiche necessarie alla comunità della stampa 3D per modificare e integrare le sue offerte in altri progetti fai-da-te e open source.
Mentre Revo Micro è il nuovo design hot-end, Revo Six è un sostituto drop-in per gli onnipresenti hot-end E3D V6 che si trovano in un gran numero di stampanti 3D consumer e fai-da-te. Ciò significa che praticamente tutti coloro che utilizzano hardware E3D hanno un percorso di aggiornamento al nuovo ecosistema di estrusione Revo.
Questa tradizione continuerà con Revo, perché E3D ha scelto di rendere open source l’interfaccia lato freddo. Ciò dovrebbe aiutare gli appassionati di stampa 3D a progettare i propri dissipatori di calore e supporti per gli ugelli Revo e i nuclei del riscaldatore.
In altre parole, le stampanti 3D open source come Rat Rig, HevORT, HyperCube, la gamma Voron e altre possono essere facilmente aggiornate per integrare questi hot end potenzialmente rivoluzionari nel prossimo futuro.
…e la cattiva notizia
D’altro canto , E3D sostiene che il furto di proprietà intellettuale dilagante lo ha costretto a richiedere e (in futuro) a far valere i brevetti su aspetti non specificati del sistema di estrusione Revo. Tuttavia, promette anche di desistere dal contenzioso contro individui, ricercatori, università e organizzazioni senza scopo di lucro che utilizzano i suoi progetti per promuovere la tecnologia di stampa 3D.
Dal momento che i brevetti di E3D non sono stati pubblicati al momento della stesura di questo documento, si può solo indovinare se riguarderà il nucleo del riscaldatore unificato o il design dell’ugello avvitabile composito con un taglio di calore integrato.
Sfortunatamente, entrambi i brevetti ipotetici violerebbero la promessa dell’azienda di evitare di depositare “i brevetti più ampi e più ampi che impediscono alle persone di contribuire anche al progresso tecnico”.
Il nucleo del riscaldatore unificato che combina il riscaldatore e il sensore di temperatura in un’unica unità è stato utilizzato nell’industria della saldatura per diversi decenni. Nel frattempo, esiste già un brevetto per la stampa 3D per un design di ugello a vite abbastanza simile che sfoggia un heatbreak integrato.
Abbiamo contattato E3D per chiarimenti sull’argomento e aggiorneremo questo articolo non appena avremo notizie da loro. In ogni caso, un sistema di estrusione potenzialmente rivoluzionario completo di quattro dimensioni di ugelli per $ 120 merita sicuramente l’hype che ha portato al suo lancio.
