挤出机组件

挤出机是任何FDM 3D打印机的核心部件，负责逐层送料和沉积耗材。从轻量级的Bowden系统到坚固的直驱结构，挤出机设计深刻影响打印质量、材料兼容性和速度。以下是关于挤出机工作原理、主要类型及关键维护实践的全面指南。

3D打印机挤出机的工作原理

挤出机的主要功能是将耗材推进到热端，在那里熔化并通过喷嘴流出。该过程包括：

1. 耗材进给：步进电机驱动齿轮夹持并推进耗材。

2. 熔化：耗材从挤出机被送入热端，热端将其加热到熔点（例如PLA约200°C）。

3. 挤出：熔融塑料被迫通过喷嘴，向打印床沉积材料。

4. 层间粘结：冷却风扇使材料固化，从而实现层间粘附。

关键组件包括 驱动齿轮 （推动耗材）， 惰轮 （施加压力）， 热端 （熔化耗材），以及 喷嘴 （塑形挤出材料）。

挤出机类型：Bowden 与 直驱

1. Bowden 挤出机

• 结构：步进电机安装在打印机机架上，通过一根PTFE管将耗材送到热端。

• 优点:

  • 减少打印头重量以实现更高速度并降低鬼影现象。

  • 非常适合像PLA和PETG这样的刚性耗材。

• 局限:

  • 对柔性材料处理能力差（例如TPU因管内摩擦易堵塞）。

  • 为防止拉丝需要更长的回抽距离。

2. 直驱挤出机

• 结构：步进电机直接安装在打印头上，最大程度缩短耗材路径长度。

• 优点:

  • 对柔性耗材（TPU、TPE）有更好的控制。

  • 较短的回抽距离提升打印清晰度。

• 局限:

  • 较重的打印头限制了最高速度。

  • 需要坚固的机架设计以应对惯性。

Kingroon 的直驱与 Bowden 挤出机对比图

高级挤出机设计和功能

现代挤出机通过专用机制提升性能：

• 双齿轮系统：使用同步齿轮实现一致抓取，减少耗材打滑。

• 轨道齿轮箱：采用紧凑的齿轮减速以在轻量化结构中提供高扭矩。

• 高温选项：集成液冷以支持高达500°C的喷嘴温度，从而可打印PEEK和PEI等材料。

• 耐磨耗材处理：碳纤维或玻璃填充复合材料需使用硬化钢齿轮和喷嘴。

常见挤出机故障排查

欠挤出

• 原因：喷嘴堵塞、挤出机抓取不足或切片器设置不正确。

• 解决方案:

  • 清洁喷嘴和Bowden管。

  • 提高喷嘴温度或流量率。

  • 校准E步进以确保准确的耗材进给。

耗材磨损（打齿）

• 原因：齿轮磨损、惰轮压力过大或耗材直径不正确。

• 解决方案:

  • 更换磨损的驱动齿轮。

  • 调整惰轮张力以平衡抓取力和耗材变形。

拉丝/流淌

• 原因：过高的喷嘴温度或回抽不足。

• 解决方案:

  • 优化回抽距离（直驱为1–2毫米；Bowden为4–6毫米）。

  • 在切片器设置中启用溢出（coasting）。

维护最佳实践

• 定期清洁：使用刷子或气枪清除齿轮和耗材通道的碎屑。

• 润滑：在齿轮上少量涂抹PTFE润滑脂以减少摩擦。

• 耗材存储：将吸湿性材料（尼龙、PC）放在干燥箱中以防吸潮。

• 喷嘴检查：打印耐磨材料时检查磨损；根据需要用硬化材质喷嘴替换黄铜喷嘴。

如何选择合适的挤出机

应用场景	推荐的挤出机类型
柔性耗材	直驱
高速打印	Bowden
耐磨复合材料	带硬化部件的双齿轮
高温打印	液冷