Análisis del sistema de extrusión Sigma y Sigmax R19: asociación con los fabricantes e3D™ y Bondtech™

Este artículo va dirigido a empresas y profesionales que puedan estar planteándose la introducción de la tecnología de impresión 3D en sus instalaciones y necesitan saber cómo funciona un Sistema de Extrusión, especialmente en lo que hace única a la nueva generación de impresoras BCN3D. El siguiente blog es solo un resumen del artículo completo. 

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El enfoque principal se centra en el Sistema de Extrusión incorporado en las Sigma R19 y Sigmax R19 de BCN3D, compuesto por componentes de máxima calidad de los principales proveedores de la industria de impresión 3D: Extrusores Bondtech™, BCN3D Hotends de e3D™ y Sensores de Fin de Filamento.

¿Cómo funciona?

El Sistema de Extrusión recibe el filamento de una bobina, lo hace pasar por el sensor de fin de filamento, que pondrá en pausa la impresión que esté activa en caso de que se acabe el filamento, y entra dentro del extrusor Bondtech™. Este mecanismo empuja adelante y hacia atrás el filamento para alimentar el hotend e3D™, que es la parte que funde el filamento para depositarlo capa por capa.

Hotends e3D™

El hotend puede describirse como el componente de una impresora 3D FDM que calienta, funde y extruye el material capa por capa a través de una boquilla. Toda la estructura del hotend ayuda a mantener una temperatura de salida constante y precisa, así como a proporcionar una disipación térmica optimizada.

A continuación se muestran las partes comunes de la mayoría de los hotends:

Comparación

En este artículo, el hotend e3D™ que forma parte de las impresoras BCN3D se comparará térmicamente con un hotend estándar. Cómo se transfiere el calor a través del hotend define la diferencia en calidad y fiabilidad entre los hotends.

La fiabilidad de un hotend se puede calcular a través de la diferencia de temperatura entre la temperatura objetivo esperada y la temperatura real alcanzada por el hotend. Cada hotend tiene su propia estructura para transferir el calor, por lo que, según las tolerancias de fabricación, siempre aparecerá una diferencia al calcular la temperatura real. Esta diferencia de precisión se muestra en la siguiente distribución.

Se puede observar que los hotends e3D™ tienen tolerancias considerablemente más estrechas que los hotends estándar, con una diferencia máxima de ± 0.5ºC. Casi la mayoría de estos hotends no muestran una diferencia significativa respecto la temperatura real. Por contra, un hotend estándar puede estar a ± 2ºC de la temperatura real.

Cuando esta precisión tiene tolerancias estrechas para todos los hotends, se garantiza que cada impresora se comportará exactamente de la misma manera en términos de experiencia de impresión. Eso significa que los perfiles de impresión que los ingenieros de BCN3D preparan en sus instalaciones funcionarán perfectamente en todas las impresoras BCN3D.

La disipación de calor, es decir la transferencia de calor de las partes más calientes a las más frías, se analizará mediante simulaciones térmicas. La prueba se ha realizado utilizando filamento de PLA y calentando el hotend a 220ºC (493 K).

Al comparar los hotends, se puede ver que el hotend e3D™ disipa fácilmente el calor debido a un disipador de calor de alto rendimiento y a su número de aletas laterales, que es considerablemente mayor que un hotend estándar sin cambiar las dimensiones globales del inyector. Eso significa que los hotends de e3D™ pueden reducir la zona de transición y tener más control sobre el flujo que pasa a través de sí mismo. Los hotends estándar tienen más probabilidades de tener problemas de falta de extrusión cuando se imprime en 3D, debido a la fricción del filamento durante la zona de transición.

La experiencia de e3D™

E3D™ ensambla más de 800 hotends por día, utilizando un mecanizado de alta precisión que le da a los hotends una de las fiabilidades más altas del mercado de impresión 3D. Durante la producción, cada hotend se prueba rigurosamente de forma individual y luego se aprieta en caliente en las instalaciones de e3D™. E3D™ utiliza su propio equipo de ensamblaje hecho a medida para semiautomatizar el proceso y realizar un control de calidad para garantizar que cada hotend se desempeña siempre en las mismas condiciones.

Extrusor Bondtech™

Un extrusor es un motor y todos los mecanismos asociados que empujan y tiran del filamento para transportarlo desde la bobina hasta el hotend. El objetivo principal de esta sección es comprender cómo funciona un extrusor y analizar por qué los extrusores de doble engranaje de Bondtech™ son probablemente los mejores que existen actualmente en la industria de la impresión 3D.

La principal diferencia entre Bondtech™ y otros fabricantes de extrusores reside en el hecho de que el sistema Bondtech™ consta de dos engranajes de transmisión de acero endurecido y mecanizados por CNC de alta precisión, mientras que la mayoría de las marcas tienen solo un engranaje de transmisión. La fuerza simétrica de dos engranajes ayuda a asegurar el agarre del filamento desde ambos lados y minimiza el riesgo de falta de extrusión, deformación del filamento y mordida de filamento.

Para entender completamente cómo esta diferencia puede afectar a las características de un extrusor, algunas partes de este mecanismo se muestran a continuación:

Comparación. La influencia de la Relación de Transmisión

La Relación de Transmisión se refiere a la relación entre el par suministrado por el motor y la velocidad rotacional del motor. En el caso de BCN3D, hay una relación que puede ser considerada equilibrada. Esto significa que el extrusor es capaz de hacer impresiones relativamente rápidas y también trabajar con retracciones constantes y rápidas. Además, el uso de esta Relación de Transmisión junto con la tecnología DualDrive de Bondtech™ aumenta la resolución del mecanismo, ya que el extrusor puede suministrar más fuerza de empuje, lo que permitirá que la impresora trabaje con alturas de capa bajas.

La fuerza de empuje para los extrusores Bondtech™ es considerablemente más alta que para cualquier otro extrusor estándar, para todos los materiales estudiados. Esta fuerza asegura que todos los filamentos puedan utilizarse para impresiones complejas y rápidas, además de obtener una alta resolución de impresión.

Experiencia de Bondtech™

Bondtech™ es líder en la fabricación de extrusores y es sinónimo de calidad y fiabilidad. Tiene  un gran volumen de producción y el ensamblaje es semiautomático, ya que la mayoría de los competidores ensamblan de forma manual. Cada unidad viene ensamblada, probada y verificada para un rendimiento óptimo.

Sensor de Fin de Filamento

En BCN3D Technologies, gracias al desarrollo continuo, se incrementó aún más la fiabilidad de las impresoras BCN3D ofreciendo una solución a los problemas de fin de filamento, a través del Sensor de Fin de Filamento (FRS).

Consta de un interruptor mecánico para detectar la presencia de filamentos, lo que permite prevenir uno de los problemas de impresión más comunes y frustrantes. En caso de quedarse sin filamento durante una impresión, la impresora se pausará automáticamente y advertirá al usuario de que cargue un nuevo filamento para reanudar la impresión, lo que le permitirá ahorrar tiempo y dinero.

Partes del FRS

Las partes más importantes del FRS se muestran a continuación:

Carcasa imprimible en 3D

Una carcasa imprimible en 3D era imprescindible, dado que varias piezas de las impresoras BCN3D son fabricadas por otras impresoras BCN3D. Esto demuestra que la tecnología FFF es una tecnología de fabricación perfecta para volúmenes de producción relativamente bajos. Esto ayuda a BCN3D a ahorrar tiempo de creación de prototipos, además de reducir considerablemente los costos de producción. Gracias a la impresión 3D, el número de iteraciones de diseño pudo ser mayor, obteniendo finalmente un diseño refinado. Usando los modos de Mirror y Duplication de las impresoras BCN3D R19, los tiempos de entrega se redujeron considerablemente para satisfacer la demanda de las impresoras.

El desarrollo de este nuevo mecanismo ha permitido a BCN3D resolver uno de los problemas más comunes que los usuarios encontraron durante sus impresiones. El FRS va en la misma dirección que los nuevos hotends y extrusores presentados anteriormente: establecer un nuevo estándar en fiabilidad. También es un ejemplo de cómo BCN3D aprovecha su propia tecnología para desarrollar sus productos, durante las fases de diseño y producción, y demuestra que la impresión FFF 3D se puede usar para crear piezas de uso final.

Conclusión

BCN3D se ha asociado con los principales fabricantes mundiales, como e3D™ y Bondtech™, para equipar a las impresoras BCN3D con los componentes de mayor calidad disponibles en la actualidad en la industria de la impresión 3D. Estas colaboraciones han permitido a BCN3D trabajar estrechamente con empresas conocidas mundialmente para equipar a las impresoras BCN3D con características de máxima calidad en cuanto a hotends y sistemas de extrusión. El resultado se puede encontrar en las nuevas Sigma R19 y Sigmax R19, que cuentan con un nuevo sistema de extrusión compuesto por extrusores con tecnología Bondtech™ y hotends optimizados por e3D™, además de un nuevo sensor de final de filamento para detectar la presencia de material.