Боуден и директ: достоинства и недостатки

Все экструдеры на FDM 3D-принтерах можно условно разделить на два типа по методу подачи филамента — боуденовские и с директ-подачей. Давайте быстро разберемся в чем разница, а также пройдемся по достоинствам и недостаткам двух систем.

У каждого FDM 3D-принтера есть одна или несколько головок, каждая головка оснащена хотэндами с соплами для плавления и нанесения пластика для 3D-печати, а вот подающие механизмы — моторы с шестернями, проталкивающие филамент в горло хотэнда — устанавливаются по-разному.

Если подающий механизм устанавливается прямо на головку, это называется директ-подачей, то есть прямой подачей (от англ. direct, directly — прямая, напрямую).

Если же подающий механизм устанавливается на раму 3D-принтера и соединяется с головкой длинной фторопластовой (тефлоновой) трубкой, такая схема называется боуденовской, а сама трубка — трубкой Боудена в честь ирландского изобретателя Эрнеста Боудена.

На тему того, какая из этих схем лучше, сломано немало копий, но истина, как это обычно бывает, лежит где-то посередине. Все зависит от обстоятельств — в основном от кинематической схемы 3D-принтера и выбора расходного материала. Сразу скажем, что в последнее время директ-экструдеры набирают все большую популярность, но до окончательного вытеснения боуденовских систем дело пока еще не дошло и, скорее всего, не дойдет.

Директ-экструдеры

Достоинства

Высокая стабильность экструзии. Так как дистанция между подающим механизмом и горлом хотэнда минимальна, механизму проще проталкивать филамент в хотэнд.

Упрощенный ретракт. Ретракт — это «задняя передача», то есть когда филамент и расплав втягиваются обратно в хотэнд. Ретракт необходим во время холостого перемещения головки с места на место. Из-за опять-таки минимальной дистанции между проталкивающими шестернями и хотэндом дистанцию ретракта проще настроить, особенно когда речь идет об эластичных, растягивающихся материалах, а сам процесс ретракта протекает более точно.

Меньшая нагрузка на мотор. Так как подающему механизму не приходится бороться с сопротивлением длинной, гнущейся трубки, для подачи филамента требуется меньшее усилие, а запас мощности — это всегда хорошо.

Более широкий выбор филаментов. Это достаточно спорный момент, так как боуденовские экструдеры в принципе способны работать с тем же спектром материалов, что и директ-экструдеры, но в ряде случаев удобнее использовать прямую подачу, например при 3D-печати уже упомянутыми эластомерами.

3D-принтеры российской компании PICASO 3D используют экструдеры с директ-подачей филаментов

Недостатки

Повышенная масса головки. Так как подающий механизм и головка представляют собой единую сборку, общая масса растет, а в месте с ней растут инерция, нагрузка на двигатели системы позиционирования и риск возникновения нежелательных вибраций. Это, в свою очередь, может привести к снижению точности позиционирования. Если у 3D-принтера недостаточно жесткая конструкция, компенсировать приходится снижением скорости укладки с вытекающим падением производительности.

Более сложное обслуживание. Зачастую, например при необходимости прочистки или замены хотэнда, для начала требуется выполнить демонтаж подающего механизма, а затем снова собрать все вместе, что усложняет задачу и требует дополнительного времени. Справедливости ради нужно отметить, что здесь все зависит от модульности конструкции, а это уже зависит от производителя.

Боуденовские экструдеры

Достоинства

Быстрое и точное позиционирование. Раз часть экструдера установлена на раме, масса непосредственно головки на каретке относительно невелика, а следовательно снижаются инерция и усилие, требуемое для позиционирования. Все это выливается в повышение скорости, снижение шумности и повышение точности позиционирования, а следовательно и качества.

Увеличение рабочего объем. Тоже спорный момент, но некоторые производители предпочитают использовать боуденовские экструдеры ради оптимизации компоновки: меньшие габариты таких головок позволяют отводить больше внутреннего объема 3D-принтера под область построения.

Простота обслуживания. Если необходимо обслуживание хотэнда, достаточно просто отсоединить трубку от горла без необходимости в разборке всего экструдера.

Нидерландская компания Ultimaker традиционно устанавливает экструдеры с боуденовской подачей филамента

Недостатки

Повышенная нагрузка на двигатель. Мотору приходится толкать филамент через гибкую трубку, что создает дополнительное трение и требует более высокой мощности.

Инерционность подачи и ретракта. Из-за довольно большой дистанции между подающим механизмом и хотэндом могут появляться задержки между началом работа механизма и подачей расплава через сопло. Особенно ярко это проявляется при работе с эластомерами — пруток сначала нужно сжать по всей длине и сгенерировать необходимое усилие для того, чтобы материал начал выходить через сопло. С ретрактом то же самое, только наоборот. Чем длиннее трубка, тем больше задержка.

Какой вариант выбрать

Как мы сказали в самом начале, решайте по обстоятельствам. Если вы собираетесь печатать относительно жесткими материалами, например полилактидом (REC PLA), акронитрилбутадиенстиролом (REC ABS) или полиэтилентерефталатгликолем (ПЭТГ, REC Relax), и вам важны скорость 3D-печати и простота обслуживания, то вам вполне подойдет 3D-принтер, оборудованный боуденовским экструдером.

Если же вам важны универсальность, надежность подачи материала и, в особенности, стабильная работа с эластомерными материалами, например REC Easy Flex, REC Rubber или REC TPU D70, либо абразивными стекло- и угленаполненными композитами, такими как наши линейки X-Line, Clotho и Technika, то стоит присмотреться к директ-экструдерам.

Директ-экструдер на дельта-принтере — не самая лучшая идея ввиду высокой массы. Исключения бывают, но такие варианты в шутку прозвали «летающими кувалдами»

Относительно высокая масса директ-экструдеров — главная причина, по которой дельта-принтеры обычно оснащаются головками с боуденовской подачей филамента. Все остальные кинематические схемы подойдут для переоснащения, так что при необходимости боуденовский экструдер можно заменить на директ и наоборот. Стоит лишь помнить о том, что для работы с директ-экструдером на высоких скоростях необходима достаточно жесткая рама, и что компоновка некоторых аддитивных систем, особенно с закрытыми камерами, может не позволять установку более крупногабаритных головок с директ-подачей.