Cos’è la ritrazione, come regolarla?

Se siete nuovi della stampa 3D ed utilizzate una stampante a filamento, vi accorgerete presto che alcuni modelli sono particolarmente difficili da stampare. In alcuni casi portare a termine la stampa sembra impossibile, perché il filamento continua a bloccarsi, e la macchina smette di estrudere. Dopo una breve indagine, scaricando il filamento si scoprirà che questo non è più in grado di avanzare poiché appare “consumato” vicino all’estremità.

Perché si verifica questo consumo? Il filo di plastica viene trascinato nell’estrusore da un pignone godronato, una specie di ingranaggio con piccoli denti che gli permettono di “aggrapparsi” su un fianco del filamento e permettono di tirarlo dalla bobina e spingerlo verso l’hot end.

Normalmente questo meccanismo funziona bene, e la pressione tra il pignone e il filamento assicura un buon “grip”. Nell’immagine si può vedere uno schema del sistema di trascinamento, con il pignone che aggrappa il filamento con i suoi denti.

Durante la stampa, l’estrusore può cambiare velocità, o anche smettere di trascinare il filamento, se il gruppo di stampa deve spostarsi da un particolare dell’oggetto ad un altro.
Sono questi “salti” che creano il problema. Negli spostamenti del gruppo di stampa che avvengono senza che il pignone giri, ci si aspetterebbe che non venga estruso nulla. Ma in realtà, questo non è del tutto vero. Il calore dell’hot end continua a fondere il filamento, e, semplicemente per gravità, una piccola quantità viene estrusa comunque. Questo materiale, “stirato” da rapido spostamenti diventa una sorta di filo di ragno, che congiunge l’inizio e la fine dello spostamento dell’hot end. Le stampe che hanno molti di questi spostamenti vengono a volta completamente ricoperte da queste sottili “bave”, che divengono piuttosto fastidiose, e talvolta impossibili da rimuovere.

C’è una tecnica molto comune per evitare questo problema: utilizzare appunto la ritrazione. Con questo metodo, immediatamente prima di uno spostamento “a vuoto” il filamento viene ritratto, facendo girare il pignone in senso inverso. Quando l’hot end raggiunge il punto in cui la stampa deve riprendere, il filamento viene nuovamente avanzato della stessa quantità di filamento che era stata “ritirata”. Questo movimento di ritrazione – avanzamento avviene molto rapidamente, proprio per evitare che per gravità l’hot end continui ad estrudere materiale durante lo spostamento.

Il problema sembrerebbe risolto… Ma in alcuni casi, quando la sequenza di ritrazioni – avanzamenti si ripete con particolare frequenza (es., in un modello che presenta molte piccole “isole” distanti tra loro), più o meno la stessa porzione di filamento si trova a compiere un convulsivo percorso di avanti – indietro, e i denti del pignone non sempre ritrovano la stessa posizione, finendo per “smangiucchiare” letteralmente il filamento.

Una volta che la zona a contatto con il pignone viene in questo modo “corrosa”, il gioco è fatto. Il grip viene perso, e ogni successiva rotazione del pignone anziché trascinare il filamento finisce per consumarlo ulteriormente. La stampa in corso a questo punto è praticamente fallita.

Che fare a questo punto? In molti programmi di slicing è possibile disabilitare la ritrazione. Il problema può essere evitato, ma naturalmente disabilitando la ritrazione il problema della “tela di ragno” si ripresenta. Un secondo approccio può essere quello di limitare l’impiego della ritrazione a movimenti che superano una certa distanza: in questo modo, non verrà applicata per i movimenti più piccoli. Ma anche questa è una “mezza” soluzione.

Un approccio più radicale, generalmente risolutivo, è quello di sostituire il pignone godronato con uno più efficiente, che assicuri un buon grip anche nel caso di una serie di ritrazioni ripetute.

I diversi tipi di pignone

Nelle macchine più economiche il pignone viene ricavato per “maschiatura rotante”. Un cilindro (o talvolta un bullone) viene montato su due cuscinetti e, mentre è libero di ruotare, viene utilizzato un comune maschio per filettare che viene fatto girare in modo perpendicolare all’asse del pignone. Ruotando, il maschio asporta materiale dal pignone, creando una dentatura. Il risultato, visibile nelle immagini, è una sorta di cava cilindrica dentata:

Generalmente questo metodo produce dei denti non molto precisi e poco profondi. Durante il trascinamento e soprattutto durante le ritrazioni, il materiale che viene consumato dall’attrito tra il pignone e il filamento tende a riempire i denti del pignone, riducendo drasticamente il grip, sino ad impedire del tutto l’avanzamento del filo.
Con questo primo tipo di soluzione, il cuscinetto a sfere che preme il filamento contro il pignone è piano.

I pignoni “a denti dritti” risultano decisamente più efficienti. I denti sono più profondi e affilati, e la polvere che si forma durante il trascinamento può venire espulsa lateralmente, senza compromettere il grip:

 Con questo tipo di pignone, spesso il cuscinetto a sfere che regola la pressione del filo presenta una cava di diametro pari a quello del filamento:

Generalmente, la sostituzione del gruppo pignone-cuscinetto con uno più efficiente risolve il problema. E’ tuttavia necessario sottolineare che qualora il diametro del pignone sostituito sia diverso da quello del pignone originale, sarà necessario modificare il rapporto tra rotazione motore e avanzamento intervenendo sul firmware della macchina o nei parametri dello slicer ove consentito.

Regolazione della ritrazione

A questo punto, ammesso che il problema “meccanico” sia stato risolto al meglio, come regolare i parametri di ritrazione? E’ semplice: sperimentando.

Per prima cosa, è necessario contrastare l’estrusione “per gravità” ad estrusore fermo, riducendo il più possibile la temperatura di estrusione.
Successivamente dovranno essere regolate la velocità di ritrazione (di solito compresa tra 25 e 40 mm/sec), e l’ammontare della ritrazione. Questo valore dipende dal tipo di filamento (es. stampando con PLA la formazione di stringhe è più accentuata rispetto all’ABS, poiché la pressione nella camera di fusione è maggiore), e dal suo diametro. I filamenti da 3 mm. richiedono generalmente una distanza di ritrazione almeno doppia rispetto ai filamenti da 1.75. mm.