Устройство 3D принтера с механизом SCARA

Экструдер — одна из важнейших частей 3D-принтеров, основанных на аддитивном методе печати (FDM или FFF технология). Экструдером часто называют печатную головку FDM принтера, но в общем случае экструдер и печатная головка, формирующая печатаемый объект, могут быть раздельными. Экструдер 3D-принтера нагревает и расплавляет рабочий материал и формирует тонкую разогретую нить методом выдавливания через сопло. Чаще всего используются полимерные пластиковые материалы. Именно в экструдере материал для печати подготавливается и обрабатывается для непосредственного формирования изделия. А печатающая головка готовую тонкую нить укладывает в соответствии с виртуальной 3D-моделью объекта. В FDM 3D-принтерах чаще всего в качестве материала используется готовая нить из термопластика, который плавится при нагревании и снова затвердевает при остывании. Такая нить рабочего материала называется филаментом и поставляется обычно в катушках.

Часто экструдер и печатающая головка объединены в единый блок (система прямой подачи). Такие единые системы удобны, т.к. в них нет сложной системы подачи материала от экструдера на печатающую головку. Минусом таких систем является их большие размеры и вес, что существенно сказывается на скорости печати. Разделенные печатающая головка и экструдер получили название Боуден. В системах типа Боуден нить от экструдера на печатающую головку подается через специальные трубки. За счет снижения веса в таких системах удается достичь больших скоростей печати. Минусом таких систем могут быть возможные порчи нити и застревание материала в подающих трубках. По этой причине чаще всего в системах Боуден не используются мягкие материалы и слишком тонкие пластиковые нити.

Рабочая нить — филамент —  вытягивается из катушки при помощи прижимного механизма и подающего ролика экструдера, соединенного с электродвигателем. Далее филамент направляется в блок для нагрева, где он расплавляется. После плавления материал выдавливается через сопло, формируя расплавленную нить нужного диаметра. В Боуден-экструдерах блок плавления и сопло перенесены вынесены отдельно и расположены в печатающей головке. В моделях с прямой подачей филамента между блоком подачи и блоком плавления устанавливают термоизоляцию, чтобы материал не начинал плавиться раньше времени. Дополнительно могут устанавливаться радиатор и вентилятор.

Существуют модели 3D-принтеров, в которых вместо катушек с пластиковой нитью используются гранулы или порошок из рабочего материала. В этом случае материал засыпается в специальный бункер, далее нагревается, плавится и выдавливается через сопло. Основной принцип остается неизменным, но свойства расплавленной нити обычно хуже, чем при использовании готовых катушек и как следствие, качество готового изделия тоже падает. Однозначным плюсом таких экструдеров является снижение стоимости материалов – готовая нить дороже, чем гранулы или порошок. В случае неудавшейся печати бракованную модель можно пустить в переработку и использовать материал снова.

Еще одна важная деталь 3D-принтера — сопло, через которое выдавливается расплавленный материал. Сопло находится на печатающей головке, расплавленный материал проталкивается через тонкое отверстие и укладывается в слои печатаемого объекта. Чем меньше диаметр сопла, тем более детализированная печать возможна. Вместе с тем, с уменьшением диаметра сопла увеличивается время печати, растет мощность привода, который проталкивает материал через сопло. В современных принтерах чаще всего есть возможность использования сменных печатающих головок или сменных сопел для работы с разными материалами и печати слоев с разной толщиной.

Существуют 3D-принтеры, оснащенные двумя или более экструдерами. Такие принтеры позволяют печатать одновременно материалами разных цветов, либо материалами с различными свойствами. Это бывает удобно для создания поддерживающих конструкций в таких принтерах их можно печатать из материала, который впоследствии легче удаляется. Отдельные модели принтеров могут смешивать филаменты разных цветов и выдавливать их через единое сопло. В этом случае используется несколько экструдеров с одним соплом.