Der Extru­der ist bei dei­nem 3D-Dru­cker die Kom­po­nen­ten wel­che dafür sorgt, dass das fes­te Fila­ment geför­dert, ver­flüs­sigt und ziel­ge­rich­tet durch die Düse aus­ge­bracht wird. Das wird ent­spre­chend »extru­die­ren« genannt. Der Extru­der dei­nes Dru­ckers, oder Tei­le davon, sit­zen auf den Ach­sen des Dru­ckers und wer­den wäh­rend des Druck­vor­gangs an die ent­spre­chen­den Posi­ti­on über dem Druck­bett gefah­ren. Gleich­zei­tig wird fes­tes Fila­ment geför­dert, auf­ge­schmol­zen und durch das Hotend mit Düse aus­ge­ge­ben. Durch die Über­la­ge­rung der zwei Pro­zes­se, Bewe­gung und Extru­die­ren, erstellt Dein 3D-Dru­cker in meh­re­ren Schich­ten das gewünsch­te Objekt auf dem Druckbett.

Der Extru­der besteht prin­zi­pi­ell aus zwei Komponenten:

• Extru­der­an­trieb
• Hotend

Du kannst bei dei­nem Dru­cker ver­schie­de­ne Arten von Extru­dern ein­set­zen. Je nach­dem ob Antrieb und Hotend direkt mit­ein­an­der ver­bun­den sind oder ob die­se räum­lich getrennt sind unter­schei­det man die fol­gen­den Bauformen.

Direct Drive Extruder

Bei die­ser Bau­form besteht nur ein mini­ma­ler Abstand zwi­schen dem Extru­der­an­trieb, der das Fila­ment för­dert, und dem Hotend. So wer­den Rei­bungs­ver­lus­te mini­miert und die gewünsch­te Men­ge Fila­ment, bzw. geschmol­ze­ner Kunst­stoff, kann sehr prä­zi­se aus­ge­bracht wer­den. Möch­test Du fle­xi­ble Fila­men­te, wie zum Bei­spiel elas­ti­sches TPE oder TPU, dru­cken benö­tigst Du zwin­gend die­se Bau­form. Das fol­gen­de Bild zeigt den prin­zi­pi­el­len Aufbau.

Die Her­stel­ler von Direct Dri­ve Extru­dern, also Extru­dern mit Direkt­an­trieb, ver­su­chen meist die­se so kom­pakt und leicht wie mög­lich zu kon­stru­ie­ren. Und das mit gutem Grund! Die kom­plet­te Extru­der­ein­heit wird bei den Druck­be­we­gun­gen ver­fah­ren. Dazu muss die Mas­se des Sys­tems zunächst beschleu­nigt und dann an der gewünsch­ten Ziel­po­si­ti­on wie­der abge­bremst wer­den. Je grö­ßer die Mas­se, des­to mehr Dreh­mo­ment müs­sen die Achs­an­trie­be auf­brin­gen um die gewünsch­te Beschleu­ni­gung zu errei­chen. Da die­ses Dreh­mo­ment jedoch begrenzt ist, sin­ken bei einem schwe­re­ren Extru­der die erreich­ba­ren Beschleunigungen.

Kurz gesagt: Da bei ein Direkt Dri­ve Extru­der nicht nur das Hotend son­dern auch der Step­per­mo­tor des Extru­der­an­triebs bewegt wird, kannst Du in der Regel nicht so hohe Druck­ge­schwin­dig­kei­ten errei­chen. Dafür lässt sich die Fila­ment­zu­fuhr sehr prä­zi­se steu­ern und auch fle­xi­ble Fila­men­te kön­ne pro­blem­los gedruckt werden.

Bowdenextruder

Ein soge­nann­ter Bow­den­ex­tru­der ist zwei­te Bau­form wel­che an den meis­ten 3D-Dru­ckern zu fin­den ist. Hier bil­den Extru­der­an­trieb und das Hotend kei­ne kom­pak­te Ein­heit wie beim oben beschrie­be­nen Direct Dri­ve Extru­der. Statt­des­sen sind Antrieb und Hotend getrennt mon­tiert. Schau dir die fol­gen­de Abbil­dung an um das Prin­zip zu verstehen.

Der Vor­teil ist, dass nur das ver­gleichs­wei­se leich­te Hotend bewegt wird. Der Extru­der­an­trieb mit dem schwe­ren Step­per­mo­tor ist an einer ande­ren Ach­se des Dru­ckers mon­tiert. Meist ist das die Z‑Achse, da die­se nur sel­ten und über kur­ze Distan­zen bewegt wird. Hier spielt das Gewicht des Extru­der­an­triebs eine unter­ge­ord­ne­te Rol­le. Durch die getrenn­te Bau­wei­se muss das Fila­ment jedoch über einen grö­ße­ren Weg geför­dert wer­den. Die Ver­bin­dung zwi­schen Extru­der­an­trieb und Hotend wird über den soge­nann­ten Bow­den­tu­be (Bow­den­schlauch) her­ge­stellt. Die­ser Schlauch ist meist aus PTFE und hat einen Innen­durch­mes­ser der gering­fü­gig grö­ßer ist als der Fila­ment­durch­mes­ser. Der Bow­den­tu­be muss einer­seits das Fila­ment sehr prä­zi­se füh­ren damit es nicht ver­klemmt oder ver­kan­tet. Ande­rer­seits soll mög­lichst wenig Rei­bung zwi­schen dem Fila­ment und der Innen­wand des Bow­den­tu­be entstehen.

Tipp: Wenn Dein 3D Dru­cker einen Bow­den­ex­tru­der hat, dann ach­te dar­auf dass der Bow­den­schlauch prä­zi­se gefer­tigt ist. Meist sind die ver­bau­ten Stan­dard­schläu­che nicht von opti­ma­ler Qua­li­tät. Ich emp­feh­le Dir einen Bow­den­schlauch der Mar­ke Capri­corn. Die­ser ist rei­bungs­arm, prä­zi­se gefer­tigt und dazu noch Tem­pe­ra­tur­be­stän­di­ger als die Stan­dard­ver­si­on. Ein kos­ten­güns­ti­ges Upgrade für Dei­nen 3D Drucker! 

Die Vor­tei­le eines Bow­den­ex­tru­ders sind die gerin­gen beweg­ten Mas­sen. Das ermög­licht wie­der­um deut­lich höhe­re Druck­ge­schwin­dig­kei­ten. Vie­le aktu­el­le Model­le von 3D Dru­ckern kom­men des­halb mit einem Bowdenextruder. 

Nachteile des Bowdenextruders

Doch es gibt auch deut­li­che Nach­tei­le bei die­sem Kon­zept. Stell Dir das Fila­ment inner­halb des Tef­lon­tu­bes wie eine Feder vor. Beim durch­schie­ben wird die Feder gespannt und Ener­gie gespei­chert. Wird nun kein Fila­ment mehr durch den Extru­der geför­dert, weil Du zum Bei­spiel den Druck­kopf an eine neue Posi­ti­on bewegst, kommt es trotz­dem zu einem Nach­lau­fen von Fila­ment. Das äußert sich im Druck­bild durch die Druck­feh­ler Oozing und Strin­ging. Moder­ne Sli­cer haben Ein­stel­lun­gen die das ver­hin­dern sol­len, zum Bei­spiel durch ein kur­zes Zurück­zie­hen von Fila­ment durch den Extru­der (Retract). Lei­der ist es trotz­dem schwie­rig bis unmög­lich fle­xi­bles Fila­ment wie TPU mit­tels Bow­den­ex­tru­der zu verarbeiten.

Möch­test Du fle­xi­ble Fila­men­te dru­cken, dann musst du Dei­nen Bow­den­ex­tru­der umrüs­ten. Bei man­chen 3D Dru­ckern ist ein Umbau sogar vom Her­stel­ler bereits vor­ge­se­hen. Neben der Bau­wei­se Dei­nes Extru­ders ist für die Ver­ar­bei­tung des Fila­ments auch das Hotend und des­sen Kom­po­nen­ten extrem wich­tig. Lies im fol­gen­den Arti­kel was es dabei zu beach­ten gibt: Hotend