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3Dプリンター技術における新しく最新の開発は、常に3Dプリンターのメインヘッド、つまりエクストルーダーとホットエンド部分の改良に関するものです。基本的に、この2つの部品には2（2つ）の構成があります。エクストルーダーとホットエンドをある程度離して配置するボーデン式と、両方を一体化したダイレクトドライブ式エクストルーダーです。
エクストルーダー
この2つの部品で構成されたメインヘッドは、詰まりやフローの問題などが発生した際に、ユーザーがトラブルシューティングを行おうとしても分離できません。また、いくつかの機能設定も連動してロックされています。たとえば、ホットエンドの温度が少なくとも170Cに設定されていない場合、ユーザーはエクストルーダーにフィラメントを送ること（モーターを動かすこと）ができません。これは、溶けていない材料の状態でエクストルーダーを誤って動かしても、ヘッドが損傷しないようにするための保護機能です。
ダイレクトドライブエクストルーダーとボーデン式の比較
以下に、この2つの方式の長所と短所を示します。
ダイレクトドライブエクストルーダー：ダイレクトドライブエクストルーダーは、実際にはエクストルーダー部分（フィラメント線材を送る部分）とホットエンド部分（フィラメント線材を溶かす部分）が近接して配置されています。非常に近いため、1つの部品セットのように見えます。
長所：
- フィラメント押し出しを正確に制御できます。
- リトラクションが少なく、非常に滑らかな表面を実現できます。
- フレキシブル材料を簡単に印刷できます。
- 材料の送りには低トルクモーターで十分です。
- フレキシブル材料や高温材料を含む、あらゆる材料を印刷できます。
短所：
- X軸ガントリーにモーターを取り付けるため重くなり、プリントヘッドの移動に大きな影響があります。
- 部品が重いため、印刷が遅くなります。
- メンテナンスが困難です。
- ホットチャンバー式3Dプリンターでは、すべての部品に冷却上の問題があります。
ダイレクトドライブエクストルーダー/ホットエンド（出典：TriangleLabs）
ボーデンエクストルーダー：ボーデン式エクストルーダーは、実際にはエクストルーダーとホットエンドが少し離れて配置された2つの部品で構成されています。通常はPTFEチューブを使用し、長さは約30-45cmです。フィラメントはチューブを通ってホットエンドまで押し出されます。非常にシンプルで、3Dプリントの押し出しプロセスをはっきり確認できます。
長所：
- 軽量：非常に高速で移動するプリントヘッドを実現できます。
- 組み立てとメンテナンスが簡単です。
- プリントヘッドの重量が問題にならないため、さまざまな3Dプリンター機構に簡単に適用できます。
- ヒートチャンバー：材料送り用モーターをチャンバーの外側に設置できるため、問題ありません。
短所：
- 材料を送るために、追加の長いPTFEチューブが必要です。
- 押し出しの制御が難しくなります。
- フィラメントを送るには、より高トルクのモーターが必要です。
- 印刷できる材料が非常に限られます。柔軟なフィラメントはうまく印刷できず、高温材料には、260Cまでしか耐えられないPTFEを使用する代わりに、フルメタルのホットエンド部品が必要です。
ダイレクトドライブとボーデンの機構図（出典：ResearchGate）
現在、ほぼすべての3Dプリンターが、品質が高く、柔軟な材料も簡単に印刷できるため、ダイレクトドライブシステムを採用しています。
小型・軽量・高トルクのステッピングモーターの価格低下も、効率的なダイレクトドライブシステムに大きく貢献しています。
エクストルーダーの正確な動作は、滑らかで美しい表面を得るために重要です。調整する設定は、ファームウェアのe-step設定とスライサーソフトウェアのフロー設定の2つです。フロー設定は、スライサーソフトウェアによっては押し出し倍率（EM）と呼ばれ、通常はデフォルトで1.00または100%に設定されています。ABSからPLAのように材料の種類を変更したい場合を除き、通常はこの設定を変更しません。ファームウェア内のe-step設定は、モーターとギアを直接制御するため、より技術的です。
重要事項：一部の3Dプリンター（クローズドシステム）では、ベンダーが設定をロックしているため、e-stepを調整できません。適切な設定でない状態でファームウェアを変更すると、プリンターヘッドが損傷する可能性があるため、これは正常な仕様です。
エクストルーダーのギアタイプも、材料を良好に送るうえで重要な役割を果たします。エクストルーダーのギア比が高いほど、必要なトルクは小さくなり、ステッピングモーターの温度も低くなります。
- シングルギアエクストルーダー：フィラメント材料を送るためのギアとベアリングが1つずつあります。これはエクストルーダーシステムの基本的な構成です。基本的なEnder-3のような低予算のシステムや古いプリンターでは、構造がシンプルで、ほとんどの硬質フィラメントを送り込めるため、この構成が使われています。
- デュアルギアエクストルーダー：デュアルギアエクストルーダーは、フィラメントの送りが良く、グリップ力も高いため、現在では3Dプリンターでかなり一般的です。このモデルの主な欠点は、かさばることです。そうです - デュアルギアではより多くのギア機構が必要になるため、スペースを消費します。ただし、最近のモデルにはより小型のものもあります。
- プラネタリーギアエクストルーダー：ギア式モデルの最新の改良型はプラネタリーギアです（最新のPrusa I3 MK4に採用）。このモデルは非常にコンパクトで軽量なまま、高い減速比を維持しています。非常に効率的なため、今後はより多くのメーカーがダイレクトエクストルーダーに採用するでしょう。
ホットエンド
ホットエンドの基本タイプは2種類あります。PTFEライニングホットエンドとフルメタルホットエンドです。
PTFEライニングホットエンド
PTFEライニングスロートホットエンドは、ノズルまでフィラメントを導くためにPTFEチューブを使用します。このタイプは、PTFEが250Cを超える温度で溶けて損傷するため、250C未満でのみ印刷できます。PLA、PETG、フレキシブルフィラメントなどの低温3D印刷材料には、このタイプが適しています。問題が起きても、PTFEチューブは入手や交換が簡単です。ホットエンドが詰まった場合にも交換しやすい構造です。
フルメタルホットエンド
フルメタルホットエンドは、すべて金属製のスロートを使用しているため、使用時には特別な注意が必要です。主にABS、ASA、ナイロン、ポリカーボネートなどの高温材料に使用します。このホットエンドでPLAを印刷すると、材料が非常に高温になり、金属製スロート内で詰まる可能性があります。PLAやPETGなどの低温材料を印刷する場合は、高風量ファンによるスロート冷却を適切に設定する必要があります。このタイプでは、上部の材料挿入口付近の温度を下げるため、長めのスロートと優れたフィン冷却が採用されています。なぜこのようなホットエンドが必要なのでしょうか。もちろん、より高い温度に対応するためです。また、3Dプリンターの高速化には、より高い流量が必要です。そのため、より高速で印刷するには、溶融材料を少し多めに供給する必要があります。
CanBusシステムを採用した先進的な3Dプリンターヘッドにより、ヘッド周辺で動くケーブルの本数を大幅に削減できます。非常に優れた実装で、プリンターヘッドに必要なケーブルは16本ではなく、わずか4本です。個別の機能用モジュール基板は、ダイレクトエクストルーダーのヘッドに取り付けられます。ヘッドの取り付けやトラブルシューティングがはるかに簡単になります。ただし、このCanBusシステムは新しいハイエンド3Dプリンターのメインボードにのみ対応しており、ローエンド3Dプリンターには対応していません。
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