PARTE 1 - Il mondo delle stampe multi estrusore

Iniziamo il viaggio all'interno della stampa a più estrusori, per ora sto scrivendo l'articolo che pubblicherò a puntate visto che sarà molto lungo. Seguirà poi un video dedicato nel quale spiegherò tutte queste cose in dettaglio, in particolare l'utilizzo e la configurazione dei 3 slicer Prusa, IDM e S3D con relativi pregi e difetti. Ma prima è bene precisare un pò di cose :)

Maledetti supporti di stampa

La stampa a filamento multi estrusore è qualcosa che affascina anche lo stampatore 3D più esperto, vuoi perchè risolve il fastidioso problema dei supporti che non si staccano dalle stampe ma ancor più perchè apre le possibilità della stampa con materiali differenti tra loro (tipo flessibili e rigidi nella stessa stampa) e la stampa multicolore. La prima stampante che abbiamo acquistato in Help3D nel 2013 è stata proprio una doppio estrusore, ma alla fine ci siamo trovati il più delle volte ad utilizzarla solo come mono estrusore. Perchè ? Molto semplice, le possibilità offerte da software, hardware,firmware e materiali nel 2013 non erano lontanamente paragonabili a quelle che oggi si possono avere in pochi click. Aggiungiamo il fatto che “all’epoca” (sono passati solo 8 anni ! ) una stampante a doppio estrusore costava parecchi euro, tanto per dare l’idea la nostra clone makerbot costruita in legno multistrato tagliato laser è costata più di 1300€ in kit (da montare). Oggi è possibile acquistarle con poco meno di 400€ (le più economiche) e sono disponibili nuove soluzioni che prevedono un singolo hotend e più feeder consentendo anche il color mixing o addirittura stampanti con hotend indipendenti (sistema IDEX), che si alzano e si abbassano, sino ad arrivare a complessi sistemi di “tool change automatici” stile fresa CNC: quando non utilizzato lo strumento va a posizionarsi in una zona di parcheggio e poi ne viene prelevato un altro con caratteristiche diverse, tipo un nozzle in acciaio o un nozzle con diametro differente ecc ecc. Questo tutorial nasce con il preciso intento di far capire allo stampatore che vuole affrontare questa nuova sfida, quali aspetti deve tenere in considerazione e come deve preparare i files per una corretta stampa multi estrusore. Il video spiega molto più in dettaglio anche i settings da considerare all’interno dello slicer quindi ti consigliamo sicuramente di visionarlo per intero.

Quale sistema scegliere

Nota bene non abbiamo scritto quale stampante comprare ma proprio quale sistema di multiestrusione scegliere. Una volta capito quale potrebbe fare al caso tuo poi proseguirai con la ricerca della marca della stampante che si abbina al tuo budget. La prima domanda che devi porti è la seguente : devo stampare con materiali differenti o mi interessano solo le stampe multicolore ?

Singolo Hotend e più estrusori/feeder

Se nelle tue ricerche ti sei imbattuto in un “flusso canalizzatore” tranquillo non sei finito in una scena di “Ritorno al Futuro”. Correva l’anno 2014 quando una coppia di pazzi (in senso assolutamente buono) si sono messi a creare un sistema di caricamento filamento basato su un unico hotend ma con 6 o 8 ingressi di filamento nello stesso hotend. La parte hardware era gestita da Davide di Immagina e Crea e la parte firmware invece dal Mago Kimbra che però ora ha ufficialmente terminato lo sviluppo del suo FW basato su Marlin. All’epoca erano già presenti altri sistemi simili che condividevano lo stesso principio (singolo hotend e più input) ma questo era l’unico che arrivava a 6 differenti colori e che… funzionava ! Per dovere di cronaca anche la “Falla” montava una cosa simile ma si chiamava FUM ed era sempre il 2014.

Il funzionamento è molto semplice, c’è un unico hotend/nozzle montato ma al di sopra di esso arrivano 2 o più filamenti gestiti da altrettanti motori stepper. A sua volta si divide poi in:

• Ingresso alternato: il filamento che entra e viene estruso non può essere miscelato con il secondo per creare dei gradienti di colore. In sostanza prima lavora un colore e poi viene ritratto per far entrare il secondo e così via alternandosi fino a completare l’oggetto. Essendo l’ugello unico per tutti gli input, è necessario effettuare uno “spurgo” (torre di spurgo) per pulire il colore precedentemente estruso e permettere a quello nuovo di arrivare alla colorazione desiderata. I problemi più evidenti si hanno quando si passa da colori forti tipo il nero e si estrude poi il bianco, per diversi centimetri di estrusione non vedremo il bianco pulito ma una sorta di grigio. Al contrario lo spurgo è molto più veloce e viene sprecato molto meno materiale. Esistono delle funzioni dedicate nello slicer per poter creare queste torri di spurgo e posizionarle nel punto più idoneo sul piano di stampa, ma esiste anche la possibilità tramite custom gcode nelle routine di cambio “tool” di portare l’ugello in una precisa coordinata e farlo spurgare all’interno di un contenitore.

• Ingresso mixato: condivide il 99% della struttura del precedente ma l’ugello, invece di essere uno standard con ingresso unico, presenta una camera di fusione comune. In questo modo i filamenti si potranno anche mescolare in fase di estrusione creando delle gradazioni di colori in quadricromia o esacromia. Per quanto il color mixing sia ufficialmente supportato da firmware come Marlin, resta comunque una pratica abbastanza da smanettoni e poco ripetibile. Questo tipo di hotend è comunque utilizzabile nella modalità “ingresso alternato” e necessita di spurgo tra un colore e l’altro.

Quali sono però i problemi derivanti dall’utilizzo di questi sistemi ?

• Meglio lavorare con un solo tipo di materiale per volta, miscelare polimeri differenti o comunque lasciare impurità di uno precedente all’interno della camera di estrusione è sempre un punto a sfavore di questo metodo. C’è poi da considerare che tipi di filamento differenti estrudono a temperature differenti: utilizzandoli in modalità alternata si riesce in qualche modo a spurgare il precedente, ma miscelarli non è mai una buona soluzione e porta quasi sicuramente all’occlusione dell’ugello.
• Quando si lavora in modalità alternata devi fare i conti con la punta del filamento che stai rimuovendo, hai mai fatto caso quando cambi un filamento che la parte terminale è sempre sciolta e molto volte si rigonfia ? Ecco, questo è un grosso problema che crea grattacapi non da poco per chi si avventura la prima volta in questo tipo di multi estrusione. Come facciamo ad essere certi che la parte terminale del filamento sia il più pulita possibile per evitare che si blocchi nel successivo reinserimento ? Ci viene in aiuto Prusa Slicer che ha un controllo dedicato proprio di questi parametri in fase di cambio filamento e anche una sezione specifica del “Ramming”
• Torre di spurgo che spreca materiale e tempo: purtroppo è necessaria e non si può farne a meno dato che si utilizza un singolo ugello. Per evitare contaminazioni è necessario spurgare a sufficienza ma questo richiede tempo di stampa aggiuntivo e materiale di scarto. Se l’oggetto è sufficientemente grande è possibile eseguire parte dello spurgo all’interno dell’oggetto mentre realizza l’infill. Per questo tipo di stampa cerca di evitare la stampa di un singolo oggetto ma organizzati per stamparne più di uno alla volta ed ottimizzare la torre di spurgo che tanto sarà uguale per uno o per 30 oggetti !

⚠️ Questo tipo di setup prevede stampanti con caricamento di tipo Bowden, quindi abbiamo da un lato il peso ridotto che grava sull’asse dell’hotend ma dall’altro la difficoltà nel trattare materiali flessibili. Se sai già in partenza che dovrai lavorare con questo tipo di filamenti cerca di partire con uno dei sistemi che spiegheremo più avanti.

A conti fatti questo sistema è più indicato per una stampa multicolore che multimateriale. In realtà se si trovano i giusti settaggi (temperature e velocità) è possibile estrudere in maniera alternata diverse tipologie di polimeri senza rischiare contaminazioni. Ti stai chiedendo “ Ma il Prusa MMU2 e il Palette 2 PRO come funzionano allora ? “ non disperare, avremo modo di spiegarti le differenze anche di queste due innovative modalità di caricamento del filamento.