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Um in den Genuss des 3D-Drucks zu kommen, müssen die Nutzer keine detaillierten Kenntnisse über das Bau von 3D-Druckern haben. Es lohnt sich jedoch, zumindest die Grundlagen zu lernen und all die geheimnisvollen Elemente, die in diesen Maschinen stecken, ein wenig zu lüften. Heute der Extruder, das kleine Herzstück eines 3D-Druckers. Werfen wir einen Blick darauf, wofür er zuständig ist und wofür er verwendet wird.
Wie druckt man in 3D?
Die meisten Hersteller und Bastler denken bei 3D-Druck an eine Sache: Sie sehen stationäre Maschinen, die in der Regel gar nicht so groß sind und ein inkrementelles Herstellungsverfahren verwenden, das als Fused Deposition Modelling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt ist – je nachdem, wen Sie fragen, denn die beiden Akronyme bedeuten praktisch dasselbe.
Kurz gesagt: Bei der FDM-Methode wird ein Kunststofffaden (Filament) in einen heißen Metallblock mit einer Düse eingeführt. Das Filament schmilzt, und die Bewegungen des Druckers bringen es in die gewünschte Form. Diese Bahn wird wiederholt und schrittweise aufgebaut, bis ein vollständiges 3D-Objekt entstanden ist. Aber das wissen alle Botland-Blog-Leser und 3D-Drucker-Besitzer.
Wie funktioniert der Extruder in einem 3D-Drucker?
Die Verarbeitung des Materials – das Schmelzen und “Ausspucken” um das gewünschte Modell zu erstellen – erfolgt in einer Baugruppe von Teilen, die von manchen als Extruder bezeichnet wird. Ohne ihn wäre die Herstellung von Drucken nicht möglich. Und obwohl es mechanisch nicht so kompliziert ist, sollte man wissen, dass der 3D-Drucker weitere Teile hat, die die Extrusion des Filaments ermöglichen.
Zunächst einmal: Es gibt zwei Schulen. Manche meinen, ein Extruder sei nur der Motor und die dazugehörigen Teile, die das Filament schieben und ziehen. Andere betrachten die gesamte Baugruppe, einschließlich des hot ends, als Extruder, in dem das 3D-Druckfilament geschmolzen und aufgetragen wird.
Betrachten wir den Extruder in seiner Gesamtheit – als Bausatz oder als Satz spezialisierter 3D-Drucker-Komponenten. Um die Funktionsweise eines Extruders zu erklären, muss man sich zwei wichtige Teile genauer ansehen, die gemeinhin als hot end (mit den Bezeichnungen: hotend, hot-end) und cold end bezeichnet werden. Es ist ein heißes und kaltes Ende.
Kaltes Wissen. Extruder und cold end
Das kalte Ende bezieht sich auf das obere Ende des Extrudersystems des 3D-Druckers, wo das Filament zugeführt und an das heiße Ende (das untere Ende des Extrudersystems) weitergeleitet wird, um das Filament zu schmelzen und zu extrudieren, damit es auf das Druckbett treffen kann – dies ist die Grundlage für unsere Konstruktion, den Arbeitsbereich des 3D-Druckers.
Diese 3D-Drucker-Extruder-Komponente besteht in der Regel aus:
- einem Schrittmotor, der es ermöglicht, das Filament zu bewegen,
- einer Zylinderschraube mit Innensechskant oder ein auf der Motorwelle montiertes Zahnrad, das die Bewegung überträgt,
- ein federbelastetes Zahnrad, das den Druck auf das Filament aufrechterhält,
- ein PTFE-Schlauch, der das Filament an seinen Bestimmungsort führt.
Die tatsächliche Platzierung und Positionierung hängt davon ab, um welche Art von Extruder es sich handelt, genauer gesagt, ob es sich um einen Direktextruder oder einen Bowdenextruder handelt. Das cold end kann mit Zahnrädern ausgestattet sein, die entweder am Druckerrahmen oder am Druckkopf selbst befestigt sind – auch dies hängt vom Extrudertyp ab. Darüber hinaus können sich im Extruder die bereits erwähnten PTFE-Schläuche befinden, die das Filament zum heißen Ende führen (im Falle eines Bowden-Extruders, der am Druckerrahmen befestigt ist).
Ein wichtiges Bauteil im 3D-Druck - der Schrittmotor
Es ist ein guter Ort für einen Zwischenstopp, bevor es weitergeht zum Hotend. Der bescheiden erwähnte Schrittmotor treibt die Bewegung und Extrusion des Filaments in den meisten, wenn nicht allen modernen 3D-Druckern an. Es macht keinen Sinn, uns zu wiederholen – wir haben die bürsten- und bürstenlosen Schrittmotoren in diesem Artikel ausführlicher beschrieben. Wir empfehlen Ihnen, sich mit ihrer Funktionsweise vertraut zu machen, denn das Verständnis von Schrittmotoren ist nicht nur die absolute Grundlage für den 3D-Druck, sondern auch für die Montageelektronik, Unterhaltungselektronik und mehr.
3D-Druck heiß oder gar nicht, d. h. Extruder und Hotend
Die Anatomie eines Hotends ist ein wichtiges Thema beim 3D-Druck. Das Hotend ist ein wesentlicher Bestandteil der Konstruktion von 3D-Druckern. Interessanterweise wird das Hotend im Gegensatz zu vielen anderen Komponenten wahrscheinlich nicht gedruckt – so ein Hinweis zur Vorsicht für diejenigen, die… einen 3D-Drucker aus dem 3D-Druck erstellen. Dieses Bauteil erwärmt sich stark, weshalb es nicht aus irgendeinem Material bestehen kann.
Die Heizzone des Extruders umfasst:
- Heizblock mit Heizung, also unser Hotend. Erzeugt einen Kanal für die Zuführung des Filaments,
- Düse (nozzle), das letzte Arbeitselement des 3D-Druckers. aus Metall oder einer geeigneter Legierung (oft Kupfer oder Messing), robust, hitzebeständig. Legt das erhitzte Filament auf die Arbeitsplattform.
Funktionsweise und Aufbau eines Extruders - gängige Typen
- Standard-Extruder – das Rändelrad befindet sich auf der Motorachse. Weniger genau als seine Verwandten. Es kann vorkommen, dass das Filament über die Zähne des Rändelrades “springt”.
- Extruder mit Ritzel – die Motorachse ist mit dem Ritzel verbunden und nicht wie beim Vorgängermodell mit dem Rändel – das Rändel selbst sitzt auf einem anderen Ritzel. Höheres Drehmoment, was sich in einem stabileren Filamentvorschub niederschlägt.
- Doppelmaschiger Extruder – das Ritzel auf der Motorachse überträgt die Bewegung (oder besser: die Kraft) auf das andere Ritzel. Dies ist ein Platz für eine weitere Rändelung anstelle eines Lagers zur Fixierung des Filaments. Das Material wird also von beiden Seiten bewegt – einen solchen Extruder hat der legendäre Prusa i3 MK3 der bei Botland im Angebot ist.
Ein 3D-Drucker ist nicht so kompliziert, wie er dargestellt wird. Wir haben heute das Hintergrundwissen präsentiert – schauen Sie bei uns vorbei und wir denken gemeinsam über Ihre Wahl oder eventuelle Probleme mit Ihrem Extruder nach.
