3D-Druck Grundwissen: Das Hotend
Das Hotend ist eines der wichtigsten, wenn nicht sogar das Wichtigste Bauteil des 3D-Druckers.
In ihm wird der feste Kunststoffaden (Filament) verflüssigt und durch eine Düse (Nozzle) auf die Druckplattform aufgetragen. Das Hotend besteht dabei nicht nur aus einem „heißen Ende“, wie es der Name vermuten lässt, sondern aus mehreren Bauteilen, die wir Euch hier näher erklären wollen.
Coldend
Das Coldend besteht meist aus einem gedrehten oder gefrästen Alukörper.
Dieser kann in verschiedensten Formen und Variationen ausgeführt sein, hat jedoch immer dieselbe Funktion: er kühlt das Hotend (klingt komisch, ist aber so) und sorgt dafür, dass sich das Filament nicht zu früh im Inneren des Hotends verflüssigt.
Das Coldend sollte immer aktiv gekühlt werden, was meistens mit einem kleinen Axiallüfter geschieht.
Es gibt aber auch Hotends die ein wassergekühltes Coldend besitzen.
Liner
Im Inneren des Hotends befindet sich ein Teflonschlauch, auch Liner, PTFE-Schlauch oder Tube genannt. Bei Bowdensystemen verbindet dieser zusätzlich den Extruder mit dem Hotend.
Die Aufgabe des Liners ist, einen reibungsfreien Durchlass des Filaments im Hotend zu gewährleisten. Bei 1,75mm Filament hat der Liner meistens einen Aussendurchmesser von 4mm und einen Innendurchmesser von 2mm.
Das besondere an Teflon ist seine gute Gleiteigenschaft bei gleichzeitiger Hitzeresistenz.
Doch Achtung ab 275°C zersetzt sich das Teflon und es entstehen gesundheitsgefährdende Stoffe.
Heatbreak (Throat)
Die Heatbreak verbindet das Cold- mit dem Hotend bzw. dem Heizblock. Die Heatbreak ist das wichtigste Element des Hotends, da hier die Wärmeübertragung von heißer zu kalter Seite gebrochen wird, wie ja auch der Name schon sagt.
Hier passiert der Übergang von festen zum flüssigen Material, bevor das Filament aus der Düse austritt.
Je nach Anwendungsfall gibt es verschiedene Ausführungen der Heatbreak. Es gibt Versionen, bei denen der PTFE-Liner integriert ist, es gibt Versionen, wo der Liner durchgeschoben wird und es gibt Versionen, die auf einen PTFE-Liner im Inneren verzichten.
Die zuletzt genannte Version nennt sich auch Full-Metall oder All-Metall-Heatbreak.
Der Vorteil von Full-Metall-Heatbreaks ist, dass, dadurch das der Liner nicht bis in den Heizblock reicht, Temperaturen von über 275°C eingestellt werden können.
Heizblock
Der Heizblock ist quasi das „heiße Ende“ des Hotends. Zumeist ist der Heizblock aus Aluminium gefertigt und ist Aufnahme für Heizpatrone, Temperatursensor, Heatbreak und Düse.
Je nach Ausführung wird der Temperatursensor (Thermistor oder Thermocoupler) gesteckt, geklemmt oder geschraubt.
Neben der Aluminium Version gibt es auch noch andere Materialien, wie zum Beispiel Kupfer, die für den Heizblock verwendet werden.
Die Heizpatrone
Die Heizpatrone besteht oft aus einem edelstahlummantelten, keramischen Heizelement. Der Durchmesser der meisten Heizpatronen ist 6mm mit einer Länge von 20mm.
Je nach Netzteilspannung wird eine Heizpatrone mit 12V oder 24V eingesetzt.
Da die Heizpatrone des Öfteren mal den Dienst quittiert, empfiehlt es sich mindestens eine Patrone in Reserve zu haben.
Temperatursensor
Mit dem Temperatursensor wird die Temperatur des Heizblocks ständig überwacht und an das Steuerungsboard gesendet.
Es gibt hier diverse Versionen wie der Sensor ausgeführt ist. Es gibt Thermocoupler, Thermistoren und noch eine ganze Reihe mehr.
Die meisten DIY und China 3D-Drucker besitzen einen PT100 NTC Thermistor.
Der Temperatursensor wird oft mit der Heizpatrone zusammen im Heizblock verklemmt oder daneben festgeschraubt.
Sollte einmal der Temperatursensor verrutschen oder defekt sein, kann es ganz schnell zu einer Überhitzung des Heizblocks, dem Thermal Runaway, kommen. Daher unbedingt auf den ordentlichen Sitz achten.
Düse
Klein, unscheinbar und doch von größter Bedeutung. – Die Nozzle.
Meist ist die Düse aus Messing gefertigt und besitzt auf einer Seite ein Gewinde mit dem sie in den Heizblock geschraubt wird.
Als Standard hat sich ein Düsendurchmesser von 0,4mm etabliert.
Es gibt aber auch Düsen aus Edelstahl, gehärtete Düsen und Düsen mit Edelsteinen, die besonders bei abrasiven Materialien eingesetzt werden. Neben den unterschiedlichen Materialien gibt es auch noch eine große Anzahl verschiedener Durchmesser, die eine Düse haben kann.
