Extrusores

El extrusor es el componente central de cualquier impresora 3D FDM, responsable de alimentar y depositar el filamento capa por capa. Desde sistemas Bowden livianos hasta configuraciones directas robustas, el diseño del extrusor influye profundamente en la calidad de impresión, la compatibilidad con materiales y la velocidad. Aquí hay una guía completa sobre cómo funcionan los extrusores, sus tipos clave y las prácticas críticas de mantenimiento.

Cómo funcionan los extrusores de impresoras 3D

La función principal del extrusor es empujar el filamento hacia el hotend, donde se funde y sale por la boquilla. Este proceso implica:

1. Alimentación del filamento: Un motor paso a paso acciona engranajes para sujetar y avanzar el filamento.

2. Fusión: El hotend calienta el filamento hasta su punto de fusión (p. ej., 200 °C para PLA) después de ser alimentado desde el extrusor.

3. Extrusión: El plástico fundido se fuerza a través de la boquilla, depositando material sobre la placa de construcción.

4. Adhesión entre capas: Un ventilador de enfriamiento solidifica el material, permitiendo la adhesión entre capas.

Los componentes clave incluyen el engranaje de accionamiento (empuja el filamento), tensador (aplica presión), hotend (funde el filamento), y boquilla (da forma al material extruido).

Tipos de extrusores: Bowden vs. Directo

1. Extrusores Bowden

• Diseño: El motor paso a paso está montado en el marco de la impresora, con el filamento alimentado a través de un tubo PTFE hasta el hotend.

• Ventajas:

  • Reduce el peso del cabezal de impresión para mayores velocidades y menos fantasmeo.

  • Ideal para filamentos rígidos como PLA y PETG.

• Limitaciones:

  • Mala gestión de filamentos flexibles (p. ej., TPU se atasca debido a la fricción en el tubo).

  • Mayores distancias de retracción para prevenir el stringing.

2. Extrusores de accionamiento directo

• Diseño: El motor paso a paso se monta directamente en el cabezal de impresión, minimizando la longitud de la trayectoria del filamento.

• Ventajas:

  • Control superior para filamentos flexibles (TPU, TPE).

  • Menores distancias de retracción mejoran la claridad de impresión.

• Limitaciones:

  • El cabezal de impresión más pesado limita la velocidad máxima.

  • Requiere un diseño de chasis robusto para manejar la inercia.

Gráfico de extrusor directo vs Bowden de Kingroon

Diseños y características avanzadas de extrusores

Los extrusores modernos mejoran el rendimiento mediante mecanismos especializados:

• Sistemas de doble engranaje: Utilizan engranajes sincronizados para un agarre consistente, reduciendo el deslizamiento del filamento.

• Cajas de engranajes orbitales: Emplean reducciones de engranajes compactas para alto par en paquetes ligeros.

• Opciones de alta temperatura: Integran refrigeración líquida para temperaturas de boquilla de hasta 500 °C, permitiendo la impresión de PEEK y PEI.

• Manejo de filamentos abrasivos: Engranajes y boquillas de acero endurecido son esenciales para compuestos con fibra de carbono o rellenos de vidrio.

Solución de problemas comunes del extrusor

Subextrusión

• Causas: Boquilla obstruida, agarre insuficiente del extrusor o configuraciones incorrectas del slicer.

• Soluciones:

  • Limpie la boquilla y el tubo Bowden.

  • Aumente la temperatura de la boquilla o la tasa de flujo.

  • Calibre los pasos E (E-steps) para asegurar una alimentación precisa del filamento.

Desgaste del filamento (trituración)

• Causas: Engranajes desgastados, presión excesiva del tensador o diámetro de filamento incorrecto.

• Soluciones:

  • Reemplace los engranajes de accionamiento desgastados.

  • Ajuste la tensión del tensador para equilibrar agarre y deformación del filamento.

Hilos/Exudación

• Causas: Temperatura excesiva de la boquilla o retracción inadecuada.

• Soluciones:

  • Optimice la distancia de retracción (1–2 mm para accionamiento directo; 4–6 mm para Bowden).

  • Active el coasting en la configuración del slicer.

Mejores prácticas de mantenimiento

• Limpieza regular: Retire los residuos de los engranajes y las vías del filamento usando cepillos o aire comprimido.

• Lubricación: Aplique una mínima cantidad de grasa PTFE en los engranajes para reducir la fricción.

• Almacenamiento del filamento: Mantenga materiales higroscópicos (nylon, PC) en cajas secas para evitar la absorción de humedad.

• Revisiones de la boquilla: Inspeccione el desgaste al imprimir abrasivos; reemplace las boquillas de latón por variantes endurecidas según sea necesario.

Elección del extrusor adecuado

Aplicación	Tipo de extrusor recomendado
Filamentos flexibles	Accionamiento directo
Impresión a alta velocidad	Bowden
Compuestos abrasivos	Doble engranaje con componentes endurecidos
Alta temperatura	Refrigerado por líquido