Extruder und Extruderarten

Extruder gehören zu den wichtigsten Bauelementen eines FFF bzw. FDM-Druckers, daher widmen wir diesem Thema einen eigenen Blogbeitrag.

Der Extruder erfüllt die Aufgabe eines Fördergerätes und presst eine bestimmte Menge eines Filaments unter hohen Temperaturen durch das sogenannte Hotend bestehend aus einer Düse, einem Hitzeblock mit Temperatursensor und Hitzepatrone, einem verjüngten Übergangsstück welches als Hitzebremse fungiert und einem Kühlkörper mit Ventilator. Für den Vorschub sorgt das sog. Coldend. Dieses besteht aus einem Steppermotor, einen kleinen Zahnrad und einer Andruckrolle.

Extruderarten

Es gibt sehr viele verschiedene Ausführungen von Extrudern, die sich im Detail unterscheiden. So wird zum einen zwischen Einzel-und Dual-Extrudern und zum anderen zwischen Direkt-und Bowden-Extrudern unterschieden. Mittlerweile gibt es sogar sog. Pellet-Extruder. Dabei werden Kunststoffpellets direkt für die Extrusion verwendet ohne den Zwischenschritt daraus aufgewickelt Fäden zu machen. Sollte sich diese Technologie durchsetzen kann sie helfen, künftig die Produktionskosten zu senken.

Einzel- und Dual-Extruder

Im Falle des Dual-Extruders hat dieser gegenüber dem Einzelextruder den Vorteil, dass man zwei Filamente gleichzeitig drucken kann. Damit sind unterschiedliche Farben aber auch unterschiedliche Materialien denkbar. Ein prominente Anwendung des Dual-Extruders ist der Einsatz von Trägermaterialien wie wasserlösliches PVA, HIPS u.ä.. Damit wird der Bau von komplexen Geometrien und Geometrien mit Überhängen ermöglicht.

IDEX-Dual-Extruder

Eine Sonderbauform bildet die IDEX-Technologie von BCN3D und Raise3D, die mit zwei unabhängig voneinander operierenden Druckköpfen parallel arbeitet. Damit können zwei Bauteile gleichzeitig oder zwei gespiegelte Bauteile gedruckt werden.

Bowden-Extruder

Beim Bowden-Extruder ist der Schrittmotor am Rahmen bzw. Drucker-Gehäuse befestigt und wird mit dem Druckerkopf (Hotend) durch einen Schlauch separat verbunden.

Direkt-Extruder

Beim Direkt-Extruder ist der Steppermotor direkt mit dem Druckerkopf verbunden. In den Schrittmotoren sind kleine Zahnräder eingebaut, die das Filament aus der Spule ziehen. Das Filament wird in exakten Schritten vor- und zurückbewegt. 

Um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, ob nun Direkt- oder Bowden-Extruder gewählt werden soll, stellen wir Ihnen die Vor- und Nachteile beider Systeme vor.

Durch den verkürzten Zufuhrweg vom Feeder zum Druckkopf beim Direkt-Extruder wird eine bessere und gleichmäßigere Extrusion ermöglicht. Zudem wird eine schnellere Retraktion gewährleistet, d.h. der Direkt-Extruder kann das Filament schneller zurückziehen. Ein geringeres Drehmoment reicht bereits aus, um das Filament durch das Hotend zu fördern. Ein weiterer Vorteil ist die breitere Filamentauswahl. Rauhe und abrasive Materialien lassen sich einfacher verarbeiten.

Beim Direkt-Extruder befindet sich der Feeder (Filamentförderer) direkt am Druckkopf was ein zusätzliches Gewicht auf die Achsen verursacht. Das kann zur Verlangsamung der Druckgeschwindigkeit führen, einen unruhigeren Lauf aufgrund von Vibrationen verursachen und damit verbunden einen leichten Verlust von Genauigkeit und Präzision bewirken.

Demgegenüber verläuft der Druck beim Bowden-Extruder schneller und präziser, da ausreichend Abstand zwischen Feeder und Druckkopf besteht. Dadurch ist das Gewicht das auf die Achsen wirkt minimal. Ein weiterer Vorteil des Bowden-Extruders ist, dass durch die kompaktere Bauweise des Druckkopfschlittens ein größerer Bauraum ermöglicht werden kann.

Der Bowden-Extruder benötigt jedoch auch eine stärkere Motorisierung (elektrisch), da durch das längere Bowdenzugrohr, meist aus PTFE, zwischen Rohrwand und Filament mehr Reibung vorherrscht, die kompensiert werden muss. Mehr Reibung im Rohr bedeutet auch, dass der Bowden-Extruder mehr Zeit und einen schnelleren Rückzug benötigt. Da zwischen Extruder und Hotend ein längerer Förderweg besteht, lassen sich beispielweise flexible Filamente schwieriger verarbeiten.

Fazit:

Für welche der beiden Extruderarten Sie sich auch entscheiden, beide Systeme bieten Ihre Vorteile und letztlich wird bei beiden Varianten ein gutes Druckergebnis erzielt. Drucken Sie gerne mit einer Vielzahl von Filamentarten, wie flexiblen oder abrasiven Filamenten, ist der Direkt-Extruder vorzuziehen. Ziehen Sie die schnelle und präzise Modellerstellung mit den grundlegenden Filamentarten vor, dann ist der Bowden-Extruder das Mittel der Wahl.