ボーデンエクストルーダーの説明:機能、セットアップ、互換性のあるフィラメント

ボーデン押出機は、長いチューブを通してフィラメントをホットエンドに押し込む 3D プリンター材料供給機構です。長いチューブは、押出機のモーターと押出機のホットエンドを接続します。したがって、押出機に材料を供給する供給機構を、モーション制御のホットエンドとは別に 3D プリンターのフレームに取り付けることができます。この設定により、プリント ヘッドの移動質量が軽減され、より高い加速またはより低いモーター出力が可能になります。 PLA、ABS、PETG、ナイロンなど、さまざまなフィラメント素材がボーデン押出機と互換性があります。

この記事では、ボーデン押出機とは何か、その用途、仕組み、使用される材料などについて説明します。  

ボーデン エクストルーダーとは何ですか?

ボーデン押出機は、多くの溶融フィラメント製造 3D プリンターで使用されるフィラメント供給機構です。フィラメントは、柔軟な PTFE チューブを介してホットエンドに供給されます。 「ボーデン」という用語は機械制御ケーブルに由来していますが、3D プリンティングにおけるボーデン押出機は、特にフィラメントを PTFE チューブに押し込むシステムを指します。この設計により、力コンポーネント (押出機モーター) をホットエンドとは別に取り付けることができます。フィラメント送りモーターはプリントヘッドではなくマシンのシャーシに取り付けられているため、プリントヘッド自体の重量が増加することはありません。そのため、ヘッドはより速く、より正確な動きを行うことができます。

ボーデンエクストルーダーはどのように機能しますか?

駆動機構はさまざまで、ギアまたはピンチホイールを使用して、フィードモーターまたは駆動モーターの回転をフィラメントの直線的な進行に変換します。フィラメントが供給機構を通って押し込まれると、圧縮されてボーデン チューブ内に送られます。この圧力は、ホットエンドでの抵抗によって打ち消され、そこで溶解して分配されます。

ボーデン チューブは座屈を最小限に抑えながらフィラメントをガイドします。チューブは縦方向に硬いため、フィラメントが通過します。チューブは横方向のサポートを提供しますが、拘束が不十分なために柔軟なフィラメントが座屈する可能性があります。チューブは縦方向に硬いため、フィラメントが通過します。フィラメントに圧縮力がかかるため、フィラメントが湾曲するのは正常です。これにより、フィラメントがチューブの内側に押し付けられ、余分な摩擦が発生します。

ボーデン押出機が使用される理由

ボーデン押出機は、比較的重いフィードモーターとギア機構を可動ノズルとホットエンドアセンブリから分離します。これにより、可動コンポーネントの重量が軽減され、プリントヘッドの慣性応答が向上します。これにより、ホットエンドの熱が押出機モーターから遠ざけられます。

ボーデン押出機と互換性のあるさまざまな材料は何ですか?

以下に、ボーデン押出機と互換性のあるフィラメント材料を示します。

1. ABS

ABS フィラメントは、冷却が速すぎると反ったり縮んだりする傾向があることで知られています。フィラメントの経路が長いと、フィラメントの収縮と圧力変動の問題が悪化して、にじみ、糸引き、流れの一貫性の低下が生じます。 ABS フィラメントは正確な温度から大きな恩恵を受けます。ただし、ボーデン設定では押し出しの応答にわずかな遅れが生じる可能性があり、一貫した結果を得るにはリトラクト設定と印刷速度の微調整が必要になる場合があります。

詳細については、ABS プラスチックとは何かに関する完全ガイドをご覧ください。

2.人民解放軍

PLA フィラメントは、ABS やナイロンなどの材料に比べて比較的剛性が高く、収縮や反りが少ないため、一般にボーデン押出機でうまく機能します。フィラメントの経路が長くなると、圧縮を補い、糸引きやにじみを防ぐために、収縮距離を長くするなどの調整が必要になる場合があります。全体として、PLA は印刷温度が低く、温度変動に対する感度が比較的低いため、他の許容度の低いフィラメント材料よりもこの構成に適しています。温度が一貫して制御されていれば、PLA フィラメントは反りにくくなります。

詳細については、PLA フィラメントに関する完全ガイドをご覧ください。

3.ナイロン

ナイロン フィラメントは、ボーデン押出機を使用すると良好な結果が得られます。ただし、素材によってはいくつかの問題が発生する可能性があります。ボーデン セットアップのナイロン フィラメントは、チューブの経路が長いと摩擦が増加します。摩擦力によりフィラメントが変形し、収縮がより困難になる可能性があります。ナイロンフィラメントは、反らないように温度制御にも正確さが求められます。ボーデン システムでは押し出し応答と収縮が遅れるため、これを達成するのは困難な場合があります。満足のいく結果を得るには、後退距離、印刷速度、および押出機の温度を実験する必要があります。ナイロン フィラメントは、安定した信頼性の高い温度制御によって最大限のパフォーマンスを発揮し、反りを最小限に抑え、層間接着を強化します。

詳細については、ナイロン フィラメントのすべてに関する完全ガイドをご覧ください。

4. PETG

ポリエチレン テレフタレート グリコール (PETG) フィラメントは、ボーデン押出機のセットアップで使用できます。ただし、パフォーマンスを向上させることができるプロパティとパラメーターに関する考慮事項があります。 PETG は PLA に比べて適度に柔軟性がありますが、ボーデン システムで適切に機能するのに十分な剛性を維持しています。これにより、押出機のモーターで押されたときにチューブがカールしたり反ったりする傾向が低くなります。それでも、ボーデン チューブが長ければ長いほど、フィラメントが受ける摩擦と弾性圧縮は大きくなります。これらの要因により、リトラクション調整がより困難になり、糸引きやにじみのリスクが増加する可能性があります。 PETG フィラメントは一貫した温度制御によって多少の恩恵を受けますが、印刷品質は他の素材ほど変わりません。

詳細については、PETG フィラメントに関する完全ガイドをご覧ください。

5.柔軟な素材

一般に、柔軟なフィラメントをボーデン押出機で使用するのは困難です。カールする傾向があり、チューブ内で摩擦や圧縮が発生します。弾性があるため、送り出しが不均一になり、引き込みの精度が低くなります。不均一な流れは温度の均一性にも影響を及ぼし、層内および層間の接着を妨げる可能性があります。 

7.複合フィラメント

複合フィラメント (カーボンファイバー、木材、金属粒子などの添加剤を含むフィラメント) をボーデンセットアップで使用すると、通常、かなりの課題が生じます。ボーデンチューブと頻繁に接触するため摩擦が増加し、スムーズな押し出しが妨げられる可能性があります。添加剤を含んだフィラメントは、純粋なフィラメントよりも摩擦係数が高くなる傾向があります。これにより、特に研磨添加剤が含まれる場合、フィラメントの変形や詰まりが発生します。これにより、押出不足や断続的な流れなど、不均一な押出が発生する可能性があります。木材や金属粒子などの添加剤は、他の添加剤よりも目詰まりのリスクが高くなります。さらに、カーボンファイバーと金属充填フィラメントは摩耗性が高く、時間の経過とともに標準 PTFE ボーデン チューブが摩耗する可能性があるため、強化チューブまたは代替押出システム (ダイレクト ドライブなど) の使用が必要になります。

複合フィラメントは通常、添加剤により材料の流れの一貫性と結合強度が低下する可能性があるため、適切な接着を確保するために一貫した温度制御が必要です。フィラメントの流れがよりスムーズになり、制御がより正確になると、一般的に温度の安定性が向上し、プリントの接着性が向上します。

3D プリントにおけるボーデン押出機の主な機能は何ですか?

すべての 3D プリンティング フィラメント押出機は、同じ汎用目的を果たします。つまり、制御された方法で、接着に適切な温度でフィラメントを印刷対象物に供給します。ボーデン押出機は、固定押出機から移動するプリントヘッドまで延びるチューブを通してフィラメントを押し出すことによってこれを行います。これにより、重い押出機機構が可動ヘッドから離れた状態になりますが、供給プロセスにより多くの摩擦と弾性変形が生じる可能性があります。

ボーデン押出機は 3D プリント プロセス全体にどのように貢献しますか?

ボーデン押出機は、いくつかの点で印刷パフォーマンスを向上させますが、いくつかの欠点もあります。これらは通常、PLA、ABS、PETG などの硬質フィラメントで使用されますが、TPU や TPE などの柔軟なフィラメントでは、ボーデン チューブ内の摩擦と圧縮が増加するため、より困難になる可能性があります。このシステムは、最適化され、良好な機能状態に維持されると、スプールからホットエンドまでのフィラメントの動きの誘導と制御を向上させることができます。リモートボーデンセットアップでは、押出機モーターは固定されており、ホットエンドから離れた場所に取り付けられているため、プリントヘッドの重量が軽減されます。これにより、より高い精度でより高速な動作が可能になり、印刷品質が向上します。

フィラメントの選択はボーデン押出機の有効性に影響しますか?

はい、フィラメントの性質はボーデン押出機の機能に影響を与える可能性があります。市場にある多くの 3D プリント材料オプションはそれぞれ、ボーデン セットアップとの互換性が異なります。

TPU や TPE (熱可塑性エラストマー) などの柔軟なフィラメントは通常、フィラメント パスの座屈や変形を防ぐために非常に慎重な調整と監視を必要とします。カーボンファイバーや金属粒子などの研磨剤や高摩擦添加剤を含むフィラメントは、時間の経過とともにボーデンチューブを摩耗させ、摩擦が着実に増加し、供給速度が不規則になる可能性があります。 PTFE でライニングされたチューブは摩耗を軽減しますが、高温で長時間使用すると劣化する可能性があります。

フィラメントの直径が一貫していない場合、押出の問題が発生し、押出不足や詰まりが発生する可能性があります。 ABS、PETG などでは、滑らかでよく接着された部品を作成するために、より正確で狭い温度制御が必要です。ボーデン押出機はフィラメントの温度を直接制御しませんが、印刷を成功させるにはホットエンドでの適切な温度制御が重要です。  供給経路が変化し、弾性効果が押出速度に影響するため、これは困難な場合があります。

ボーデン押出機は、幅広いフィラメント材料に適しています。ただし、パフォーマンスを最適化するために、設定を試したり、メカニズムを変更したりする必要がある場合があります。

ボーデンエクストルーダーの利点は何ですか?

ボーデン押出機の利点は次のとおりです。

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プリンター ヘッドからエクストルーダーの重量を取り除くと、搬送機構の加速度を高めることができます。

高温のプリント素材はプリントヘッドからより熱的に隔離され、熱クリープを軽減します。

プリント ヘッドの高さを低くすることで、一部のプリンターでより高いパーツを構築できるようになります。

ボーデン エクストルーダーの欠点は何ですか?

ボーデン押出機には利点もありますが、欠点や不適応なシナリオもあります。これらの欠点には次のようなものがあります。

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ボーデン押出機は、長い経路により余分な摩擦が発生するため、柔軟なフィラメントに苦労することがあります。慎重なセットアップと適切なメンテナンスにより、この問題を部分的に軽減できます。

フィードはホットエンドから遠く離れた場所から開始されるため、フィードの弾性によりフィラメントの応答時間が遅くなり、押出制御の精度が低下する可能性があります。

フィラメントの摩擦と弾性により、収縮を確実に制御するのが難しい場合があります。

フィラメントのロードとアンロードは、ダイレクト ドライブのセットアップに比べて煩雑になる可能性があります。

ボーデン押出機は通常、他のタイプよりも摩耗と摩擦が多く、特に研磨フィラメントの場合が顕著です。

ボーデン押出機は他の押出機と比較してどれくらい高速で正確ですか?

正しく動作している場合、ボーデン押出機セットアップの主な利点は、プリントヘッドでの移動質量が軽減されることです。これにより、移動ヘッドの慣性が最小限に抑えられるため、より高い加速が可能になります。

ボーデン押出機は、高速印刷が不可欠な用途でよく使用されますか?

いいえ、ボーデン押出機は高度な高速プリンターでは一般的に使用されません。移動質量は減少しますが、印刷プロセスの精度は制限されます。ボーデン対応の印刷速度は、上で説明した不規則なフィードの問題により、上限に達する可能性があります。

ダイレクト ドライブとボーデンの違いは何ですか?

2 つのシステムは、次のような機能とメンテナンスの問題を定義するいくつかの重要な点で異なります。

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ダイレクト ドライブでは、プリント ヘッドにあるピンチ ホイールまたはギア フィラメント フィードを使用し、中間ステージや機構を介さずにホットエンドに直接フィードします。

リモート ボーデン システムは、押出機のフィード機構をホットエンドから離れた固定位置に配置します。張力がかかったチューブを使用して、圧縮下でフィラメントを送ります。

ダイレクト ドライブ押出機は、柔軟で研磨性の高いフィラメントに対してより効果的です。

詳細については、ダイレクト ドライブ エクストルーダーに関する完全ガイドをご覧ください。

概要

この記事では、ボーエン押出機を紹介し、説明し、その仕組みとさまざまな用途について説明しました。 Bowen 押出機の詳細については、Xometry の担当者にお問い合わせください。

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ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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