Parte 2 - Le stampanti con più estrusori

Più ugelli = Più velocità ?

Sfatiamo subito un mito, lavorare con più ugelli non velocizza la stampa 3D anzi la rallenta ! Ad ogni cambio colore o cambio ugello la stampante solitamente deve attendere che il nuovo arrivi a temperatura e alle volte potrebbero esserci delle pause. Inoltre i due (o più) ugelli non creano l’oggetto nello stesso tempo ma in maniera alternata, prima lavora un colore/materiale e poi lavora l’altro e così via fino al completamento della stampa.

Multi Hotend abbinati a relativi estrusori/feeder

Questa è la situazione più comune e versatile, ad ogni hotend è abbinato un relativo motore di caricamento (feeder) quindi ogni materiale che si deciderà di lavorare avrà il suo ugello dedicato e privo di contaminazioni di altri materiali. Anche per questo sistema di caricamento esistono numerose configurazioni, possono essere di tipo direct drive come le stampanti Raise3D  oppure bowden come le Ultimaker. Curioso delle varie differenze ?

• (Caso 1) Hotend a dissipatore unico: come puoi notare dalla foto, questo è un doppio hotend con due ingressi distinti e due nozzle separati ma un unico dissipatore. In genere si trova in configurazione bowden poiché la ridotta distanza tra i due ugelli non permette di montare due motori e relativi estrusori l’uno accanto all’altro. Questo tipo di hotend ha uno svantaggio legato alle temperature di lavoro quando si estrudono due polimeri con temperature abbastanza differenti, quella più alta (visto che il dissipatore è in comune) potrebbe influire negativamente sul taglio termico all’interno della gola di quello che lavora a temperature inferiori. Resta comunque una soluzione molto compatta e leggera, però presta molta attenzione alla regolazione delle altezze dei due ugelli.

• (Caso 2) Hotend con dissipatore separato: questa è forse la soluzione più quotata proprio perchè permette la massima libertà nella scelta dei polimeri da utilizzare. Può essere abbinata sia con un caricamento bowden sia con un direct drive, in quest’ultimo caso è preferibile utilizzare dei motori di tipo “pancake” più sottili e leggeri abbinati magari ad un gruppo di estrusione con motoriduzione. Le stampanti di fascia professionale utilizzano hotend basculanti o che si alzano/abbassano quando attivati, questo per minimizzare l’influenza del nozzle non attivo sul pezzo in stampa.

• (Caso 3) IDEX - Hotend indipendenti: di recente hanno iniziato a fare capolino queste soluzioni molto versatili che introducono anche la possibilità di poter realizzare più pezzi contemporaneamente sfruttando i due ugelli in modalità “specchiata o duplicazione”, ma il vero vantaggio è che l’ugello non attivo resta parcheggiato in un’area nella quale non può danneggiare o percolare materiale sul pezzo stampato. Essendo l’asse in comune non sarà possibile effettuare due oggetti diversi o parti differenti dell’oggetto nello stesso momento in cui sta lavorando l’altro ugello. Solitamente le configurazioni si limitano ad un massimo di due estrusori per asse completamente indipendenti.

• (Caso 4 ) Cambio utensile: questa soluzione è sicuramente la più complicata da realizzare e configurare, ma è anche quella che lascia la piena libertà all’utente di decidere cosa e come stampare il pezzo. Pensa che oltre a montare hotend/feeder completamente diversi l’uno dall’altro (non i nozzle ma tutto il sistema), potrai anche inserire un mandrino per fresare il pezzo o magari un laser per incidere, tutto questo gestito automaticamente attraverso i comandi di cambio utensile. C’è molto lavoro da fare a livello firmware ma anche a livello CAM (slicer) per poter gestire tutte queste configurazioni differenti.

Una inevitabile conseguenza dall’utilizzo di questi sistemi rispetto al precedente mono ugello, è che l’area di stampa utile diminuirà in funzione della distanza che ci sarà tra i due (o più) nozzle installati. Un sistema IDEX permette una migliore gestione dell’area di stampa ma è anche più complesso da realizzare e richiede uno spazio dedicato per il parking del nozzle in modo tale che non impatti in altri componenti della stampante.

Attento alle calibrazioni

Con la stampa monougello ormai sarai diventato un drago nel capire come tarare ogni singolo parametro dello slicer e piegare alla tua volontà la stampante. Non disperare perchè con il doppio (triplo quadruplo ecc ecc) estrusore si aggiunge un nuovo set di parametri da calibrare e testare !

• Offset XY degli ugelli: escludendo la prima soluzione presentata relativa al singolo nozzle/hotend ma con più filamenti in ingresso, tutte le altre necessitano di una calibrazione di fino per poter capire come allineare tra di loro gli ugelli. Se questa procedura non viene effettuata correttamente, ti ritroverai con stampe disallineate o con colori sfalsati. La procedura è molto semplice e consiste nello stampare una serie di linee verticali e orizzontali con entrambi gli ugelli e poi stabilire quale di queste linee risulta essere perfettamente allineata. In genere si interviene dal secondo ugello in poi in quanto il primo lo terremo come riferimento, basterà inserire le nuove coordinate di offset nello slicer che utilizziamo oppure inserirle nel firmware della stampante. Nota bene: questa calibrazione va rivista ogni volta che si mette mano al nozzle/hotend.

• Offset Z degli ugelli: i casi in cui è più evidente questa regolazione sono quelli relativi al doppio hotend con dissipatore unico o separato che non si muovono tra di loro. Come ben potrai notare, se monti un ugello leggermente più basso dell’altro ti ritroverai quasi certamente con la stampa rovinata o staccata dal piano perchè questo tocca sul pezzo. Il segreto è tenerli a differenze non superiori a 0.1/0.15 mm ed eventualmente compensare (se lo prevede il firmware della stampante) attraverso uno Z offset distinto per ogni ugello che si monta.
• Temperatura di parking e oozing:  quando un hotend viene “disattivato” e inizia a lavorare un altro, è buona norma considerare di abbassare la temperatura per evitare che il materiale rimasto in camera di estrusione continui a percolare per effetto della pressione residua e della forza di gravità. Quando si utilizza un IDEX (indipendente) è molto comodo perchè l’ugello inattivo non resta mai sopra la stampa mentre l’altro sta estrudendo, questo significa minori contaminazioni di materiale o “caccole” di colore non volute sul pezzo. Quando si lavora con sistemi a doppio ugello fisso (casi 1 e 2 escludendo quelli basculanti), oltre ad abbassare la temperatura è necessario spostare temporaneamente l’hotend in una posizione esterna all’oggetto in stampa, in cui possa raffreddarsi ed eventualmente lasciar uscire ancora qualche piccolo residuo di filamento. Spesso si vedono delle spazzoline in rame o lamelle in silicone che aiutano a pulire i residui rimasti attaccati. Una volta arrivato alla temperatura impostata nello slicer (non tutti gestiscono questo parametro), la stampa riprende con l’altro estrusore che precedentemente si era riscaldato. Oltre alla temperatura di parking è possibile impostare anche una retraction per evitare ancor più il fenomeno di oozing ma fai molta attenzione… più ritrai e più rischi di far bloccare il “moncone” di filamento in una zona che poi non verrà riscaldata in tempo creando così un tappo di materiale.

Torre di spurgo e parete di pulizia

Ti sarai sempre chiesto cosa sono queste opzioni che si vedono in tutti gli slicer. Non le hai mai utilizzate perchè lavorando con un solo ugello/materiale/colore non c’è la necessità di crearle. Ma ricorda che non sempre vanno attivate entrambe, ecco perchè:

• Torre di spurgo: quando abbiamo parlato dei mono-ugello con diversi filamenti in ingresso, la torre di spurgo era d’obbligo per poter spurgare correttamente il precedente materiale. Ma quando si lavora con hotend dedicati perchè si deve creare questa torre ? Quando l’estrusore non lavora tende a scaricare la camera di estrusione, inoltre il filamento è spesso in posizione ritratta e necessita di essere estruso per un breve tratto prima di iniziare a lavorare sul pezzo. In questo modo eviteremo di creare buchi o tratti inconsistenti di materiale estruso non appena riparte a lavorare sul pezzo. Dalle impostazioni dello slicer è possibile selezionare quanto grande e piena realizzare questa torre, solitamente ti adatti in base al materiale che stai trattando. Presta attenzione anche a posizionarla in un punto strategico del piano in modo tale da limitare i movimenti necessari ed evitare che passi sopra i pezzi in fase di costruzione.

• Parete di pulizia: come dice il termine, trattasi proprio di una parete che viene costruita attorno al pezzo per ripararlo da eventuali “caccoline” di materiale che restano attaccate al nozzle in fase di riscaldo/raffreddamento. Solitamente la sua costruzione si interrompe quando uno dei due ugelli viene disattivato definitivamente e non ha senso costruirla in tutta l’altezza del pezzo.

Quindi cosa mi consigli di attivare ? Se hai un caso 1 o 2 sicuramente sono da attivare entrambe, se monti un sistema IDEX (caso 3) oppure cambio utensile (caso 4) basta solamente la torre di spurgo anche se in realtà molto dipende dai filamenti che stai utilizzando. Se sai che stai per utilizzare materiali come Nylon, TPU o TPE che tendono a stringare molto, abilitale entrambe anche per i casi 3 e 4.