Brass, hardened steel vagy tungsten carbide nozzle – melyik fúvóka mire való?

A hardened steel nozzle nem automatikusan jobb, mint a brass. A tungsten carbide pedig nem egyszerűen a hardened steel drágább változata. Mindhárom fúvóka más kompromisszumot köt hővezetés, kopásállóság, ár és nyomtatható filamentek között.

Ha kizárólag PLA-t és PETG-t nyomtatsz, lehet, hogy egy jó brass nozzle hosszú ideig pontosan azt tudja, amire szükséged van.

Ha viszont:

• PA-CF;
• PETG-CF;
• PLA-CF;
• PA-GF;
• glow-in-the-dark;
• fémmel töltött;
• vagy más abrazív filament

kerül rendszeresen a gépbe, akkor a sárgaréz fúvóka már fogyóeszközzé válhat.

És itt kezdődik az igazi kérdés:

olcsón cserélgeted a brass nozzle-t, hardened steelre váltasz, vagy egyszer beruházol egy tungsten carbide fúvókába?

Először tisztázzuk: mit csinál valójában a nozzle?

A fúvókáról könnyű úgy gondolkodni, mint egy egyszerű lyukról, amin kijön az olvadt filament.

Csakhogy valójában egyszerre több feladatot végez.

A nozzle:

• hőt ad át az anyagnak;
• meghatározza az extrudált vonal átmérőjét;
• ellenállást hoz létre az anyagárammal szemben;
• mechanikusan érintkezik az abrazív töltőanyaggal;
• és a geometriai pontosság egyik kulcseleme.

Vagyis a fúvóka anyaga közvetlenül hat:

• a maximális anyagáramra;
• a szükséges hőmérsékletre;
• a kopásra;
• a méretpontosságra;
• és akár a nyomtatási sebességre is.

A nozzle nem passzív csavar a hotend végén. Az olvasztórendszer része.

Brass nozzle – azért alapértelmezett, mert nagyon jó

A brass, vagyis sárgaréz nozzle gyakran úgy jelenik meg az összehasonlításokban, mint az olcsó, gyenge alapmegoldás.

Ez félrevezető.

A brass nem azért terjedt el, mert olcsón lehet legyártani.

Hanem azért is, mert nagyon jó hővezető.

A Prusa is a sárgaréz nozzle egyik fontos előnyeként emeli ki a jó hővezetést, és normál, nem abrazív filamentekkel több száz nyomtatási órás élettartam is teljesen reális lehet.

PLA-nál, PETG-nél, ABS-nél vagy ASA-nál ez kifejezetten jó kombináció:

• gyorsan átveszi a hőt;
• jól továbbítja azt az olvadék felé;
• nagyobb flow-nál is kedvező;
• olcsó;
• könnyen cserélhető.

Vagyis ha normál filamenteket használsz:

a brass nozzle-t nem feltétlenül kell lecserélni csak azért, mert létezik drágább.

A brass valódi gyenge pontja: a kopás

A probléma akkor kezdődik, amikor kemény részecskéket küldesz át rajta.

Például:

• karbonszálat;
• üvegszálat;
• fémporokat;
• világító pigmenteket;
• más ásványi töltőanyagokat.

Ezek nem egyszerűen átfolynak a nozzle-on.

Csiszolják.

A Prusa kifejezetten ezért javasol kopásálló fúvókát karbon-, üveg- és más abrazív kompozitokhoz, a Bambu pedig bizonyos CF/GF filamenteknél egyenesen előírja a hardened steel nozzle használatát.

Egy 0,4 mm-es brass furat tehát használat közben lassan lehet:

0,42.

0,45.

0,5.

Vagy valami szabálytalan alak, amit már csak megszokásból nevezünk 0,4-es nozzle-nak.

Honnan veszed észre, hogy elkopott a nozzle?

A kopás nem mindig látványos.

Nem fog a gép kiírni egy üzenetet:

„a fúvókád tegnap óta 0,47 mm”.

Inkább ilyen tüneteket láthatsz:

• szélesebb extrudált vonalak;
• romló részletesség;
• méretpontatlanság;
• túlzott flow;
• furcsa első réteg;
• rosszabb sarkok;
• ingadozó felület.

És persze ilyenkor mit csinálunk?

Flow-kalibráció.

Pressure Advance.

Extrusion multiplier.

Másik filamentprofil.

Majd végül kiderül:

a lyuk egyszerűen már nem akkora, mint gondoltuk.

Hardened steel – amikor az abrazív filament mindennapossá válik

A hardened steel nozzle egyik fő előnye egyértelmű:

sokkal jobban ellenáll a kopásnak.

Ezért tipikus választás:

• PLA-CF;
• PETG-CF;
• PA-CF;
• PA-GF;
• fémtöltésű;
• glow-in-the-dark

filamentekhez.

A Prusa hardened nozzle-ját is kifejezetten abrazív filamentekhez pozicionálja, a Bambu pedig a karbon- és üvegszállal töltött filamentek jelentős részénél hardened steel nozzle-t javasol vagy követel meg.

Ez azonban még nem jelenti azt, hogy minden szempontból jobb.

A hardened steel ára nem csak a pénztárnál jelenik meg

Az acél egyik problémája:

rosszabb hővezető, mint a sárgaréz.

Ez azt jelenti, hogy azonos hotend, azonos filament és azonos sebesség mellett más lehet az anyag tényleges hőállapota.

Az E3D is kiemeli, hogy a nozzle anyagának megváltoztatása a hővezetésen keresztül közvetlenül megváltoztatja a filamentbe jutó hő mennyiségét.

Gyakorlati következmény lehet:

• valamivel magasabb nozzle-hőmérséklet igénye;
• alacsonyabb maximális volumetrikus flow;
• más hőmérsékleti profil;
• nagy sebességnél hamarabb megjelenő alulolvadás.

Nem minden hotendnél és minden hardened nozzle-nál egyformán.

De a tendencia valós.

A hardened steel kopásállóságot ad. Nem ingyen.

Ezért nem biztos, hogy PLA-hoz hardened steel kell

Tegyük fel, hogy kizárólag ezt nyomtatod:

• PLA;
• PETG;
• ABS;
• ASA.

Nincs CF.

Nincs GF.

Nincs glow filament.

Nincs fémpor.

Miért kell hardened steel?

Azért, mert tartósabb?

Igen.

Csakhogy a brass normál anyaggal eleve nagyon sokáig használható, miközben kedvezőbb a hővezetése. A Prusa normál filamenteknél több száz órás brass-élettartamot is említ.

Vagyis lehet, hogy olyan problémát oldasz meg, ami nincs.

Ha nem nyomtatsz abrazív anyagot, a brass továbbra is kiváló nozzle.

És akkor miért érdekes a tungsten carbide?

A tungsten carbide, vagyis volfrám-karbid nozzle azért különleges, mert megpróbálja összehozni azt, amit a brass és a hardened steel külön-külön tud jól.

A cél:

• nagyon nagy kopásállóság;
• jó hővezetés;
• magas hőmérsékleti használhatóság;
• és hosszú élettartam.

A Dyze Design tungsten carbide nozzle-ját például kifejezetten a kopásállóság és a nagy termikus teljesítmény kombinációjaként kínálja. A gyártó szerint a jó hőátadás nagyobb anyagáramot is lehetővé tehet, mint gyengébben hővezető kopásálló nozzle esetén.

Vagyis leegyszerűsítve:

a cél egy olyan nozzle, amely nem kopik úgy, mint a brass, de termikusan sem viselkedik úgy, mint egy klasszikus hardened steel.

Fontos: tungsten és tungsten carbide nem ugyanaz

Ez könnyen összekeverhető.

A tungsten maga a volfrám fém.

A tungsten carbide pedig volfrám-karbid alapú, extrém kemény anyag.

A 3D nyomtató nozzle-knál általában tungsten carbide-ról beszélünk.

És még itt sem minden termék pontosan ugyanolyan.

Eltérhet:

• a karbid minősége;
• a kötőanyag;
• a nozzle konstrukciója;
• a betét és a test kialakítása;
• és emiatt a tényleges hővezetés is.

Ezért nem írnék egyetlen univerzális W/mK számot minden tungsten carbide nozzle mellé.

A terméknév nem anyagvizsgálati jegyzőkönyv.

Miért olyan kopásálló a tungsten carbide?

A volfrám-karbidot olyan ipari alkalmazásokban is használják, ahol:

• fémet forgácsolnak;
• követ törnek;
• erős abrazív kopás jelentkezik.

A Dyze Design is erre a nagy keménységre építi a nozzle egyik fő előnyét.

Egy rövid karbonszál tehát számára egészen más ellenfél, mint egy puha brass furatnak.

Ezért különösen érdekes lehet azoknak, akik naponta nyomtatnak:

• PA6-CF-et;
• PA12-CF-et;
• PA-GF-et;
• PETG-CF-et;
• vagy más erősen abrazív kompozitot.

Tungsten carbide = örök nozzle?

Nem.

Semmi nem örök.

A gyártók természetesen nagyon hosszú élettartamot kommunikálnak, és a kopásállóság valóban nagyságrendekkel jobb lehet a sárgaréznél.

De nozzle-probléma nem csak furatkopás lehet.

Előfordulhat:

• mechanikai sérülés;
• menetsérülés;
• eltömődés;
• hibás beszerelés;
• heater block probléma;
• ütközés a tárgyasztallal.

Vagy egyszerűen átköltözöl egy olyan új nyomtatóra, amely teljesen más hotendet használ.

A nozzle lehet, hogy túléli a gépedet. Ez nem jelenti azt, hogy át is tudod szerelni a következőbe.

Brass vs hardened steel vs tungsten carbide

CF és GF filamenthez brass nozzle? Inkább ne.

A rövid karbonszálas és üvegszálas filamentek az egyik legtipikusabb abrazív anyagok.

A Bambu több ilyen filamentnél hardened steel nozzle használatát írja elő, és kifejezetten nem ajánlja a puhább nozzle-okat a túlzott kopás miatt.

Ez különösen fontos:

• PA-CF;
• PA-GF;
• PETG-CF;
• PETG-GF;
• PLA-CF

esetén.

Ha egyszer próbaképpen kinyomtatsz 30 gramm PLA-CF-et brass nozzle-lal, nem feltétlenül robban fel a gép.

De ebből nem következik, hogy jó hosszú távú megoldás.

A kopás nem digitális. Nem vagy „jó nozzle” állapotban, majd egy pillanat alatt elkopottban. Folyamatosan változik.

A glow-in-the-dark sokkal durvább lehet, mint amilyennek látszik

Egy világító filament nem tűnik különösebben műszakinak.

Nem karbon.

Nem üvegszál.

Csillagos dekoráció.

Mi baj lehet?

A világító pigmentek azonban erősen abrazívak lehetnek. A Prusa saját PETG UltraGlow anyagánál például hardened nozzle használatát írja elő, és kifejezetten jelentős kopásra figyelmeztet.

Vagyis:

a filament kinézete semmit nem mond arról, mennyire koptatja a fúvókát.

Fémtöltésű filamenteknél ugyanez a helyzet

Bronz.

Réz.

Vas.

Volfrám.

Ha kemény töltőanyag kerül a polimerbe, a nozzle-nak kell elviselnie.

A Prusa például fémtöltésű kompozitoknál szintén hardened nozzle használatát ajánlja, a tungsten töltésű PETG-jénél pedig kifejezetten azt írja, hogy a brass nozzle szinte azonnal erősen kopna.

Ez már az a kategória, ahol a kopásálló nozzle nem tuning.

Fogyóeszköz-védelem.

Mi történik a hőmérséklettel nozzle-csere után?

Ez az egyik olyan rész, amit sokan kihagynak.

Kicserélik:

brass → hardened steel.

Majd ugyanazt a profilt használják.

230 °C.

20 mm³/s.

Minden ugyanaz.

Aztán csodálkoznak, hogy:

• romlik a felület;
• gyengébb a rétegtapadás;
• nagy flow-nál alulextrudál;
• a filament mattabbnak tűnik.

A nozzle anyagának megváltoztatásával a termikus rendszer is megváltozhat.

Ezért nozzle-csere után érdemes lehet újra ellenőrizni:

• a nozzle-hőmérsékletet;
• a maximális volumetrikus sebességet;
• a flow-t;
• és nagy sebességű nyomtatásnál a tényleges olvasztási kapacitást.

A nyomtató nem tudja, hogy más fémet csavartál a hotendbe. A profilodnak viszont tudnia kellene.

Tungsten carbide-nál is kell újrakalibrálni?

Igen, érdemes ellenőrizni.

Sőt, egyes tungsten carbide nozzle gyártók kifejezetten eltérő flow- és hőmérséklet-viselkedést jeleznek.

A Dyze Design dokumentációja szerint saját tungsten carbide nozzle-juk nagy hővezetése és belső geometriája miatt alacsonyabb beállított hőmérséklet mellett is jól működhet, ezért nozzle-csere után flow-ellenőrzést javasolnak.

Vagyis az sem jó logika, hogy:

„tungsten carbide olyan, mint a brass, csak örök.”

Hasonló termikus előnyök.

Más konstrukció.

Újrakalibrálás.

0,4 vagy 0,6 mm abrazív filamenthez?

A nozzle anyaga csak az egyik kérdés.

A másik a furat átmérője.

CF/GF filamenteknél gyakran praktikusabb a 0,6 mm nozzle.

Miért?

• nagyobb az átömlési keresztmetszet;
• kisebb az eltömődés kockázata;
• könnyebben átjutnak a töltőszálak;
• nagyobb anyagáram érhető el.

A 0,4 mm sok kompozittal működhet.

A 0,6 mm viszont gyakran nyugodtabb életet ad.

És nagy funkcionális alkatrésznél a részletességkülönbség sem feltétlenül érdekes.

Egy 200 mm-es PA-CF géptartónál ritkán a szemöldök részletei miatt aggódunk.

A 0,2 mm-es nozzle és a töltött filament általában rossz páros

A kis nozzle furat és a filamentben lévő szilárd részecskék nem a hosszú barátság receptje.

A Bambu a 0,2 mm-es nozzle használatánál is kifejezetten azt javasolja, hogy részecskéket nem tartalmazó filamenteket használjunk.

Minél kisebb a furat:

• annál kisebb részecske is problémát okozhat;
• annál könnyebben kialakul eltömődés;
• annál érzékenyebb az egész extrudálás.

Vagyis CF-ből mikro-mini részletet nyomtatni 0,2-es nozzle-lal általában nem az a csata, amelyet érdemes megnyerni.

Mikor választanék brass nozzle-t?

Ha főleg:

• PLA-t;
• PETG-t;
• ABS-t;
• ASA-t;
• TPU-t

nyomtatok, és az anyag nem tartalmaz abrazív töltést.

Miért?

• jó hővezetés;
• nagy flow;
• alacsony ár;
• egyszerű csere.

Normál filamenthez a brass nem belépőszint. Hanem nagyon jó célszerszám.

Mikor választanék hardened steel nozzle-t?

Ha abrazív filamentet használok:

• alkalmanként;
• vagy rendszeresen;

de nem akarok sokat költeni nozzle-ra.

Különösen:

• PLA-CF;
• PETG-CF;
• PA-CF;
• PA-GF;
• glow;
• fémtöltés

esetén.

Ez a praktikus középút.

Olcsóbb, mint a tungsten carbide, és sokkal alkalmasabb kompozitokra, mint a brass.

Mikor választanék tungsten carbide nozzle-t?

Akkor, ha:

• sokat nyomtatok abrazív anyaggal;
• fontos a nagy flow;
• nem szeretném rendszeresen cserélgetni a nozzle-t;
• magasabb hőmérsékletű engineering filamenteket használok;
• és a nozzle ára eltörpül a gépidő és a filament ára mellett.

Tipikus példa:

hetente több kilogramm PA-CF.

Itt már egészen más a matek.

Egy drága tungsten carbide nozzle ára lehet, hogy magas.

De ha:

• nem változik folyamatosan a furatméret;
• ritkábban kell szétszedni a hotendet;
• stabilabb marad a kalibráció;
• és nagy flow-t is jól kezel,

akkor üzemi környezetben teljesen másképp néz ki a megtérülése.

Melyik nozzle-t melyik filamenthez?

Ne csak a nozzle anyagát nézd – a hotend is számít

Ez különösen fontos a modern gépeknél.

Egy nozzle önmagában nem határozza meg:

• a maximális volumetrikus flow-t;
• a felfűtési időt;
• a filament megolvadásának hosszát;
• a maximális nyomtatási hőmérsékletet.

Számít:

• a heater teljesítménye;
• a melt zone hossza;
• a nozzle geometriája;
• a heat block;
• a filament;
• és az egész hotend kialakítása.

Ezért két tungsten carbide nozzle sem feltétlenül teljesít ugyanúgy két különböző gépen.

A nozzle anyaga fontos. A teljes olvasztórendszer fontosabb.

A kopás nem csak a nozzle-t érinti

Ha PA-CF-et vagy PA-GF-et nyomtatsz, könnyű minden figyelmet a fúvókára fordítani.

Csakhogy a filament végigmegy:

• PTFE-csövön;
• filamentvezetőn;
• extruder fogaskerekeken;
• adagolórendszeren;
• majd csak ezután a nozzle-on.

Az abrazív filament ezeket is koptathatja.

A Prusa UltraGlow útmutatója például a hardened alkatrészek mellett a PTFE csövek gyorsabb kopására is figyelmeztet.

Vagyis:

a tungsten carbide nozzle nem teszi kopásállóvá az egész nyomtatót.

Miért nem tennék minden gépbe tungsten carbide nozzle-t?

Mert drága.

És mert sok felhasználónak semmi szüksége rá.

Ha évente elhasználsz:

10 kg PLA-t.

2 kg PETG-t.

És 200 gramm PLA-CF-et.

Valószínűleg egy hardened steel nozzle már bőven megoldja a kompozitos problémát.

A tungsten carbide akkor kezd igazán érdekessé válni, amikor:

nem a nozzle ára a drága, hanem a nozzle-cserével járó idő és bizonytalanság.

A legdrágább nozzle sem javítja meg a rossz filamentprofilt

Tungsten carbide.

0,6 mm.

PA6-CF.

300 °C.

Prémium minden.

A filament nedves.

A flow túl magas.

A kamra hideg.

A modell rossz orientációban van.

Az eredmény továbbra is rossz alkatrész.

A nozzle egy szerszám. Nem varázspálca.

Brass, hardened steel vagy tungsten carbide – hogyan döntenék?

Én ezt a három kérdést tenném fel.

1. Abrazív a filament?

Ha nem:

brass.

Nincs szükség bonyolultabb válaszra.

2. Csak néha nyomtatok CF/GF-et?

Ha igen:

hardened steel.

Jó ár/érték.

Megoldja a kopás problémáját.

3. Sok kompozitot nyomtatok és fontos a teljesítmény?

Akkor:

tungsten carbide.

Főleg ha nagy flow, engineering filament és hosszú távú méretstabilitás is fontos.

Összefoglalva: melyik nozzle mire való?

Brass: PLA, PETG, ABS, ASA, TPU és más nem abrazív filamentekhez. Olcsó, nagyon jó hővezető és teljesen jó általános nozzle.

Hardened steel: CF-, GF-, glow- és fémtöltésű filamentekhez. Jó kopásállóság, elfogadható ár, cserébe gyengébb termikus viselkedés lehet a brasshoz képest.

Tungsten carbide: rendszeres abrazív nyomtatáshoz, amikor egyszerre fontos a nagyon nagy kopásállóság és a jó hőátadás. Drága, de komoly használat mellett indokolható.

És ezért nem azt kérdezném:

„Melyik a legerősebb nozzle?”

Hanem ezt:

„Mit fogok rajta keresztül nyomtatni?”

Mert ha PLA-t nyomtatsz, a tungsten carbide nozzle nem teszi háromszor jobbá a gépedet.

Ha viszont kilogrammszám küldöd át rajta a PA-CF-et, egy brass nozzle már egészen más történet.

A tanulság egy mondatban: brass nozzle-t válassz, ha jó hővezetés kell abrazív töltés nélkül; hardened steelt, ha olcsón szeretnéd túlélni a CF/GF filamenteket; tungsten carbide-ot pedig akkor, ha a kopásállóság mellett a hőátadásból sem szeretnél nagy kompromisszumot kötni.