حول تطوير رؤوس طابعات 3D FDM - الجزء الأول

في نهاية عام 2013 ، بعد الكثير من التفكير والدراسة على الإنترنت ، قررت بناء طابعة ثلاثية الأبعاد ، استلهمت خلالها من إيديولوجية "الهندسة الميكانيكية الصغيرة" ، وبدءًا من الصغيرة ، انخرطت في تطوير وتحديث عقدتي الخاصة بالطابعة.

مثل هذا الجزء من الطابعة مثل الرأس تبين أنه غامض إلى حد ما. هذا يعني أنه لم يتم كتابة الكثير من التفاصيل حول مبادئ بنائه كثيرًا ، وعلى الويب كان مليئًا بالشكاوى حول البلاستيك عالق الجودة. أنا نفسي لم أواجه أي مشاكل في الرأس - ربما لأنني اشتريت على الفور رأسًا عالي الجودة من شركة تصنيع جيدة.
على أي حال ، موضوع تنمية الرأس يهمني. بدأت في صنع نماذج أولية. اتضح جيدا. ولكن ، كلما بحثت أكثر في الموضوع ، تم الكشف عن المزيد من التفاصيل الدقيقة والأشياء الصغيرة فيه وأكثر إثارة للاهتمام. ثم حدث ذلك لعدة أشهر طورت آلية الرأس والتغذية للطابعة ثلاثية الأبعاد اليدوية Lix Pen. أضافت لي الخبرة والقدرات التقنية. الآن أستمر في دراسة هذا الموضوع ، أعتقد أنني جمعت الكثير من المعلومات حول هذا الموضوع وأريد مشاركته إذا كان أي شخص مهتمًا.

بشكل عام ، الهدف الرئيسي من تجربتي هو زيادة سرعة ودقة طباعة الطابعات ثلاثية الأبعاد من نوع FDM بشكل ملحوظ.


تين. 11 نوع الرأس 3.1
انتباه! أمثلة رؤوس الطباعة الموضحة أدناه ليست منتجًا ، وليست للبيع ، لأنها منتجات عالية السرعة / قياسية / تجريبية ولا ينتجها أحد.
سنناقش في هذا الجزء: - 1. الرأس والهيكل العام والعمليات الجارية فيه. قذف. احتكاك. - 1.1 مناطق الرأس - 1.2 حساب سرعة انصهار الفتيل وتأثيره. - 1.3 تأثير الاحتكاك. تصنيفه. حاجز حراري. المبرد الساخن. - 1.4 الاختناقات المرورية. - 1.5 حساب تدفقات الحرارة والتدرجات في الراحة والحركة ، في الرأس. حساب المبرد الساخن معه وبدونه.

المقدمة
مبدأ تشغيل طابعات FDM 3D هو أن خط الصيد البلاستيكي (عادة ما يسمى خيوط) يتم دفعه بواسطة جهاز بثق في رأس الطباعة (HotEnd) الذي ينبثق منه في شكل خط صيد رقيق. يتحكم الميكروكونترولر في حركة الرأس وسطح المكتب (المنتج المطبوع عليه) ، بحيث يتم تكوين المنتج من خط الصيد هذا. هناك العديد من التفاصيل الدقيقة في هذه العملية ، ولكن الجوهر يكمن في ذلك بالضبط. من الواضح أن دقة منتج الطباعة يتم تحديدها من خلال دقة وضع الرأس بالنسبة للجدول ، ولكن ليس ذلك فقط! كما أن قطر خط الصيد المعصور مهم أيضًا. ولا حتى القطر ، ولكن عرض خط الصيد. من فوهة الرأس ، يتم بثق الذوبان على شكل أسطوانة ، هذا صحيح ، ولكن لربط الطبقات معًا ، يتم أخذ ارتفاع الرأس فوق الجزء أقل بقليل من قطر الفوهة.في الوقت نفسه ، تم تلطيخ خط الصيد وتوسيعه قليلاً.

من الناحية العملية ، يتم اختيار سمك الطبقة اعتمادًا على الغرض - 1.5-2 مرة أقل من قطر الفوهة.


الشكل 1: خط تكسير الصيد
في الجزء السفلي من الشكل 1 ، يُلاحظ أن سطح التلامس مع الركيزة صغير جدًا ، ولا يحدث توسيع لخط الصيد تقريبًا. في الجزء العلوي من الشكل ، يمكنك رؤية تسطيح خط الصيد ، بينما تنمو منطقة الاتصال ، وكذلك عرض خط الصيد. في أوصاف الطابعة ، غالبًا ما يشار إلى معلمة سمك الطبقة الدنيا. ومع ذلك ، يميز هذا دقة الطباعة على محور واحد فقط ... على المحورين الآخرين ، يتم تحديد قطر الفوهة (عرض خط الصيد ، الذي يتم الحصول عليه من قطر الفوهة وسمك الطبقة) إلى حد كبير. للتوضيح ، حاولت رسم تفاصيل صغيرة في الشكل 2 بخطوط سميكة. يجب أن يوضع في الاعتبار أن تغيير حركة الفوهة بزاوية قائمة أمر غير مرغوب فيه نظرًا لأن البلاستيك سيتم تطبيقه مرتين على بعض المناطق. سيؤدي ذلك إلى التورم والبثق على طول الحواف ، مما سيؤدي إلى تدهور جودة الطباعة.لذلك ، تتم طباعة الزوايا في كثير من الأحيان بشرائح معينة.

التين .2
يمكننا أن نرى تقريب الزوايا في الصورة. الحشو غير المكتمل للداخل ليس له تأثير كبير على القوة. بشكل عام ، يتم استخدام درجة من ملء جزء من 40-60 ٪ ، ولكن هذا يعتمد على العديد من العوامل. عند الطباعة باستخدام مادة البولي أميد الجافة ، استخدمت تعبئة بنسبة 15-20٪. في هذه الحالة ، تتم طباعة المحيط الخارجي فقط ، الجزء العلوي والسفلي من الجزء في طبقة مستمرة. افتراضيًا - 3 طبقات من الحافة ، ثم املأها. لذلك - للحصول على كائن عالي الدقة قابل للطباعة ، ستحتاج إلى أصغر قطر ممكن للفوهة. هذا يثير مشكلة أخرى - سرعة الطباعة. لنفترض أن رأسنا يعطي سرعة بثق لائقة 100 مم / ثانية ، بقطر فوهة 0.3 مم. يشير هذا إلى معدل بثق البلاستيك عند مخرج الفوهة. دعونا نحسب مقدار السنتيمتر المكعب ، مما يؤدي إلى السنتيمترات:

V = L * 3.14 * D² / 4 = 10 * 3.14 * 0.03² / 4 = 0.007068 سم مكعب / ثانية

لنفترض أن كثافة ملء 0.4 ليست كافية ، بالطبع ، ولكن ...

0.007068 / 0 ، 4 = 0.01767 سم مكعب / ثانية

اتضح أن 1 سنتيمتر مكعب من الجزء بدرجة تعبئة 0.4 ، ستطبع طابعة بفوهة 0.3 ملم 56.5 ثانية. تقريبا - 1 دقيقة. حجم جزء لتر - 1000 دقيقة ، تقريبًا 16 ساعة. والنتيجة ليست ملهمة. من الواضح أنه عندما يتم مضاعفة القطر ، بنفس سرعة البثق ، ستزيد سرعة الطباعة أربعة أضعاف.
لذا - إذا كان لدينا ميكانيكا مثالية للطابعة ، لتحقيق نتائج أفضل ، فيجب أن يكون لدينا أقصى سرعة بثق للفوهة الأقل سمكًا. في حالة فوهة بقطر 0.3 مم ، يمكن أن يكون الحد الأدنى الحقيقي لنصف قطر التقريب للوجوه من نصف مليمتر ، في رأيي. ويرجع ذلك إلى بعض التوسع في خط الصيد عند سحق الرأس. حتى إلى حد صغير - ولكن هذا ضروري حتى لا تقع القوة كثيرًا. لاحظ الكثيرون القوة غير المتساوية للمنتجات على طول المحاور X و Y و Z. القوة على طول المحور Z أقل بسبب حقيقة أن الطبقات لا يمكن أن تترابط معًا بما فيه الكفاية. مع التكسير الجيد لخط الصيد ، على سبيل المثال ، ارتفاع الطبقة - قطر الفوهة ، هذه المشكلة ليست ملحوظة.
هدف آخر مرتبط بهذين الاثنين هو تقليل كتلة مجموعة رأس الطباعة. في معظم الطابعات ، يتحرك الرأس في طائرة واحدة أو طائرتين. كلما تحركت أسرع ، كانت الطباعة أسرع. ومع ذلك ، هناك نماذج يتحرك فيها سطح المكتب بالكامل. شيء مذهل. سطح المكتب أثقل بكثير من الرأس ، حتى مع الطارد. بالإضافة إلى ذلك ، تمسك الجزء المطبوع عليه. يجب أن تسعى التسارع المستمر بالتناوب بقوة إلى قطعه. والرأس من الحديد ، من الصعب قطعه.
الآن الرأس نفسه HotEnd. بشكل عام ، إنها ليست ثقيلة جدًا ، ولكن هناك خيار واحد ولكن - أكثر خيارات الاتصال شيوعًا - Greg أو Wade's ، يتضمن وضع جهاز بثق - وحدة تدفع الفتيل في HotEnd ، بشكل بنّاء مع الرأس. هذا يزيد بشكل كبير من الكتلة. خيار التوصيل بودين ، عندما يتم إصلاح الطارد وتوصيله بالرأس بواسطة أنبوب تفلون متحرك طويل (يعطي التفلون احتكاكًا قليلًا) يدخل من خلاله الفتيل الرأس. هذا الحل غير موثوق به للغاية ، القوة المرسلة ليست كبيرة جدًا ، علاوة على ذلك ، من الصعب التحكم بسرعة في تدفق البلاستيك إلى الرأس. بالنسبة لسرعات الطباعة العالية جدًا ، فهي غير مناسبة ، في رأيي.
من ناحية أخرى ، فإن الكتلة الكبيرة للرأس المتحرك مع الطارد ، مع الحركة السريعة ، تسبب أحمالًا كبيرة على إطار الطابعة ، وتتطلب أيضًا طاقة إضافية لتحريك كل هذه الكتلة. هذا يعني أن أحد جوانب الاعتبار يجب أن يكون تخفيض الكتلة الإجمالية لوحدة الطباعة.
الاستنتاجات:
ثلاث مهام رئيسية تؤثر على سرعة وجودة الطباعة:
1. الحصول على فوهة قابلة للعمل مع قطر صغير محتمل
2. في نفس الوقت بسرعة عالية
3. وفي نفس الوقت ، بحيث تكون كتلة وحدة الطباعة صغيرة قدر الإمكان.
هذه هي القضايا التي أعتقد أن حلها مهم لتحسين طابعات FDM 3D ، والتي ستتم مناقشة حلولها هنا.

الفصل الأول: الرأس والجهاز العام والعمليات الجارية فيه. قذف. احتكاك.

1.1 منطقة الرأس. لحل المشاكل المذكورة أعلاه ، تحتاج إلى فهم العمليات التي تحدث في الرأس من أجل تحسينها. لذا ، لنأخذ مخططًا مبسطًا لداخل الرأس. سم. الشكل 3

الشكل 3
انظر ما العمليات التي تحدث في مناطق محددة.
في المنطقة A ، نرى خيوطًا باردة واردة. لم تتغير خصائصه بعد من التدفئة ، لذلك يتم تحديد مقاومته للحركة من خلال الاحتكاك ضد الجدران. يمكن تقليله جيدًا باستخدام بطانة Teflon - أنبوب ، لأن Teflon ، في درجات حرارة ليست عالية جدًا ، عندما لا يكون هناك مكان للتسرب (فقط بطانة) ، يعمل بشكل جيد ، والاحتكاك المنزلق عليه منخفض جدًا.
الآن القسم ب- اللون الاخضر. في هذا الجزء ، يتم تسخين البلاستيك قليلاً قليلاً من الجدران وخصائصه الميكانيكية تتدهور ، لكن السيولة لم تتجلى بعد.
كنت أشك في وجود هذا الموقع وفقًا لنتائج التجارب مع غرفة ذوبان طويلة جدًا بقناة ضيقة (لتحسين الاتصال الحراري).

فجأة ، انخفض معدل البثق بشكل كبير. كانت الفجوة في القطر حوالي 0.1 ملم. افترضت أنه مع التسخين الجزئي ، تنخفض قوة القضيب البلاستيكي ، وتبدأ في الانحناء في القناة تحت تأثير ضغط الطارد مع نصف قطر انحناء أصغر ، أي أنه يتم إنتاج الكثير من نقاط الاحتكاك ضد الجدار ، أو حتى تضخم طفيف يتسبب في تشكيل الفلين ، ولكن ليس حيث من الضروري ، ليس في منطقة تدرج درجة حرارة عالية (المزيد عن هذا أدناه).
في صالح تكوين مثل هذا الربيع الأفعى يقول أنه أثناء البثق لوحظ وجود كمية كبيرة بعد البثق. أي أنه بعد توقف الطارد عن الفوهة ، يستمر البلاستيك في الاختناق. للتحقق والقضاء ، تم حفر القناة إلى 2.0 مم مع 1.8 مم. كان الخلوص 0.3 مم. زادت السرعة بشكل ملحوظ. من المحتمل أن تكون هذه الظاهرة أكثر خصوصية لخيوط ذات قطر صغير ، لأن صلابة القضيب في الانحناء مع انخفاض في القطر ينخفض ​​وفقًا لقانون الدرجة الثالثة أو الرابعة. ومع ذلك ، مع اليقين المطلق ، لا يمكن اعتبار هذا السبب الرئيسي للفشل في هذه الحالة ، حيث تم التخلص من خطأ واحد آخر - كان قسم مخرج الفوهة طويلًا جدًا. 4-5 مرات أطول من الموصى به والعادي. بسبب خطأ في التصنيع. ومع ذلك ، إذا حكمنا من خلال حسابات قوى الاحتكاك في فوهة الأنف (أدناه) ،لا يجب أن تعطي قناة العادم الطويلة مثل هذا الانخفاض في السرعة.
القسم ج. تصبح درجة الحرارة أعلى ويبدأ التشوه البلاستيكي للشريط. تحت الضغط ، يتم توزيعه على الجانبين ، لتشكيل مكبس. لقد قابلت وصفًا لهذه الظاهرة في الصفحة http://reprapology.info/archive/1422/rheology/ شكرًا لك ، زملائي! تم التحقق من هذه اللحظة بسهولة - على خط الصيد بقطر 3 مم ، كان يكفي أن تترك الرأس يبرد بعد الطباعة ، وبعد ذلك ، باستخدام التسخين السريع ، قم بإزالة خط الصيد بتدفق مقسى. سمح لي تصميم الرأس بالقيام بذلك بسهولة.
لذلك ، يعمل المكبس الناتج كعائق أمام الطبقات السائلة الأكثر سخونة من البلاستيك ولا يسمح لها بالانفصال. حدثت مثل هذه الإنجازات في ظل ظروف معينة ، ويمكنني أيضًا مراقبتها. لذلك ، هذه الظاهرة مفيدة ، لذلك أسميها "ازدحام حركة العمل". ومع ذلك ، في ظل عدد من الظروف ، يبدأ الفلين في النمو في الطول. يزيد التوافق الوثيق مع الجدران على مدى كبير من الكتلة شبه الصلبة من المقاومة بشكل حاد. هناك "ازدحام مروري" - ازدحام. تمكنت أيضًا من الحصول على هذه الظاهرة على رؤوس التجارب ، على الرغم من ظروف معينة.
والحقيقة هي أنه بالطبع ، يحدث الفلين بشكل أساسي بسبب التصميم غير الناجح للرأس ونتيجة لذلك فقط ، في كثير من الأحيان خلال وقت الخمول في حالة ساخنة. من الواضح ، من الواضح من الشكل أن قسم "قابس العمل" يجب أن يكون له طول معين - ليس أقصر ، وليس أطول من الأمثل. لم أستطع تلبية العيب "قصير جدًا في انحشار العمل" ، ولكن "طويل جدًا" هو أمر شائع الحدوث. من الواضح أنه إذا أخذنا بعين الاعتبار الحالة الثابتة ، فإن طول "قابس العمل" يتحدد بفارق درجة الحرارة (التدرج) من بداية المنطقة C إلى نهايتها. في حالة المواد البلاستيكية التي تبلغ درجة حرارة تشغيلها 230 درجة مئوية ، من المحتمل أن تكون درجة الحرارة المنخفضة لبداية تكوينها في المنطقة فوق 100-110 درجة مئوية.في الواقع ، تفسر هذه الحقيقة استخدام المراوح والحواجز الحرارية في رؤوس العمل - عند إيقاف الطباعة (وليس فقط) ،فهي تمنع ارتفاع درجة الحرارة ، وبالتالي نمو الفلين وتشريده في المناطق غير المرغوب فيها.
القسم د. ليس قسمًا بسيطًا أيضًا. والحقيقة هي أنه في هذه المنطقة يجب أن يذوب البلاستيك إلى المركز ، أي تمامًا. خلاف ذلك ، إذا اقترب جوهر غير ذائب من الفوهة ، لوحظ بثق غير متساو للبلاستيك - لم يتم الضغط على خط الصيد المستمر ، ولكن نوعًا من أكاليل النبيذ مع تقلصات أو متشائمين - "كاكاشيست". بسرعات أقل قليلاً ، يمكن رؤية استخدام البولي أميد المجفف حديثًا في خط الصيد الشفاف المبثوق ، على طول المحور ، شوائب صغيرة من البلاستيك العكر غير الذائب من الشكل الأسطواني. وقد لوحظت هذه الظاهرة بشكل جيد على رأس 3.3 نوع بقطر خيوط 1.6-1.7 مم وقطر فوهة 1 مم ، مع سرعة تغذية خيوط 500-1000 مم / دقيقة. هنا بعض الصور.
مثال على مادة البولي أميد المجففة عند تغذية 500 مم / دقيقة ، درجة حرارة 225 درجة مئوية ، انزلاق خط الصيد في الطارد حوالي 10 ٪.

الشكل 4
يمكن ملاحظة أن خط الصيد مستوٍ في كل مكان تقريبًا ، فقط شمبانياً. لا تندهش - هذه الميزة ناتجة عن تركيبة - قطر ضخم لفوهة الإخراج ومعدل تغذية مرتفع.
هذا هو كل نفس ، ولكن معدل تغذية الفتيل 1000 مم / دقيقة ، ومعامل الانزلاق حوالي 50 ٪! أي أن العرض زاد فعليًا بنسبة 5-10٪ تقريبًا. معامل الانزلاقأستخدمه للإشارة إلى حقيقة أنه مع زيادة سرعة التغذية ، تزداد سرعة البثق لخط الصيد ، وبالتالي ، تزداد مقاومة دفع خط الصيد. في مرحلة ما ، لا يمكن للأسنان أن تتعامل مع التقاط خط الصيد ، وتبدأ في تمزيقه أو الانزلاق عليه. في هذه الحالة ، تبدأ سرعة التغذية المحددة في تجاوز السرعة الفعلية - نحددها من خلال وزن خط الصيد المعصور. بالنسبة لـ 100٪ ، أعتبر الامتثال الكامل للأدوار ، مقابل 0٪ ، الوقف الكامل للأدوار. تميز هذه القيمة ضغط البثق بشكل جيد للغاية ، 80 ٪ عادة ما يعني عملية مستقرة وموحدة.

التين .5 تظهر
بعض التكتلات ، على الرغم من أنها غير مرئية بشكل جيد بسبب الفقاعات.

الشكل 6
هنا البولي أميد المجفف ، قطر الفتيل 1.7 مم ، تغذية 500 مم / دقيقة ، درجة حرارة 215 درجة مئوية. لا يوجد فقاعات ، هناك قيود. بالمناسبة ، تم التجفيف في فرن كهربائي ، 30 دقيقة عند 100 درجة مئوية ، 30 دقيقة عند 120 درجة مئوية. انكماش 5.5٪ من الكتلة. أدى التجفيف الإضافي لمدة ساعة عند 120 درجة مئوية إلى انخفاض في الوزن بنسبة 0.5-1.0 ٪. في الوقت نفسه ، تم تشويه خط الصيد الخاص بي جزئيًا - ربما لم يكن الفرن هو أفضل جهاز للتجفيف.
الخلاصة - ساعة واحدة ، مع ارتفاع تدريجي في درجة الحرارة يكفي للتجفيف. لم يؤثر التجفيف بشكل كبير على معدل البثق. نقطة مهمة! بمرور الوقت ، يكتسب كل من البولي أميد و ABS رطوبة من الهواء. عند الطباعة ، يؤدي هذا إلى ظهور فقاعات في خط الصيد ، مما يعني نتوءات ومخالفات على المنتج النهائي. هذا يجب أن يحارب.

الشكل 7
خط صيد جيد وموحد وقطر يمشي قليلاً. تغذية 300 ملم / دقيقة. الانزلاق هو صفر تقريبًا.
القسم E - منطقة ضغط التدفق.تعلم النظرية أن شكل وطول هذا القسم ليس مهمًا جدًا - كلما كان أقصر كلما كان ذلك أفضل. كانت هناك شكوك ، بعض الرفاق من Roboforum ، أنه قد لا يكون الأمر كذلك بسبب طبيعة اللزوجة المرنة. أكدت التجارب ميزة أبسط الفوهات ، بزاوية مدخل كبيرة تم الحصول عليها عن طريق الحفر باستخدام مثقاب تقليدي ، في مسار واحد. تم اختبار جميع التدريبات المتدرجة ، والفوهات المخروطية الممدودة (حتى 1k13 استطالة) ، والفوهات ذات التشكيل الجانبي المكافئ ، وأثبتت أنها أكثر احتكاكًا أسوأ من أبسط فوهة مصنوعة باستخدام مثقاب بزاوية شحذ 118 درجة. لذا ، في الوقت الحالي ، أعتقد أنه لا معنى له. سؤال مع خيوط مليئة - قد لا يكون هذا هو الحال.
القسم F - فوهة الفوهة.في الواقع ، كلما كان أقصر كلما كان ذلك أفضل. يوصى به حتى 0.4 ملم. هذه هي المنطقة ذات المقاومة الأكبر ، لذلك يؤثر طولها بشكل كبير على المقاومة. بطول 0.4 مم وقطر فوهة 0.2 مم ، كما اتضح ، تقع 49 ٪ من جميع المقاومة على هذا الجزء. هذا الإصدار الأخير من رأس V4_1. ستكون منهجية الحصول على هذه البيانات أقل. ولكن يجب أن يوضع في الاعتبار أن إطالة هذا القسم لا يقلل فقط من السرعة ، ولكن له أيضًا تأثير تنعيم على الوعاء ، مما يقلل من الانتفاخ بسرعات عالية. صحيح ، لا يزال من الضروري معرفة ما إذا كان هذا يؤثر على جودة الطباعة - بعد كل شيء ، يتم تلطيخ القطرة على الفور من جانبها

الاستنتاجات: يوصف تقسيم الرأس وفقا للعمليات التي تدخل في مناطق فيه. العمليات الرئيسية فيها مستمرة. يعمل المكبس المكونات. ذوبان كامل للخيوط. محتوى الماء في الفتيل وتأثيره والتجفيف. أشكال الفوهات البديلة هي الحفر المتدرج.
1.2 حساب معدل انصهار الفتيل وتأثيره.
لقد حسبت معدل انصهار قضيب بلاستيكي أسطواني من السطح
وفقًا لقانون فورييه ، بافتراض أن الحرارة لا تهدر في مرحلة الانتقال (مثل ذوبان الجليد) (وهو ليس صحيحًا جدًا في حالة البولي أميد - له بلورة ملحوظة ، لكن الخطأ صغير) ، أن ذوبان الطبقات المذابة لا يحدث هذا - هذا قريب من الحقيقة ، لأنه بسبب اللزوجة العالية للبلاستيك المنصهر ، فإن تدفقه في أنبوب ليس بقطر كبير جدًا (1.7 و 3.0 مم) يكون صفائحيًا.
فكرت في طبقة أسطوانية رقيقة من البلاستيك ، الطاقة الحرارية التي تدخل هذه الطبقة: P = λ * S * ΔTdv / l ، حيث λ هي الموصلية الحرارية للبلاستيك ، S هي منطقة نقل الحرارة ، l هي سماكة طبقة الموصلية الحرارية ، تحسب من السطح الساخن. ΔTdv - القوة الدافعة للعملية ، فرق درجة الحرارة بين التدفئة والأسطح الساخنة. إذا تجاوزت الطاقة طاقة السخان ، فقد تم حساب ΔTdv في الصيغة ، محسوبة من الحالة التي تكون فيها قوة السخان متساوية. وفقًا للصيغة Q = M * C * Δtr ، تم احتساب ΔTr - تغير في درجة حرارة المادة الساخنة على هذه الطبقة ، في هذه الخطوة الزمنية. وبالتالي ، تم اعتباره في طبقات ، مع خطوة صغيرة إلى حد ما في جدول Calc من حزمة Libre Office. أخذت حجم خطوة 0.15 ملم وفاصل زمني 0.02 ثانية.
الآن دعونا نرى كيف سيسخن الجسم من سطح تسخين بدرجة حرارة ثابتة - كما في حالتنا. من قانون فورييه ، نعلم أن معدل التسخين يتناسب مع اختلاف درجة الحرارة ، أي - "القوة الدافعة" ، Δt. العد. سطح التسخين هو t = 250 درجة مئوية ، درجة الحرارة المستهدفة هي t = 230 درجة مئوية. درجة الحرارة الأولية t = 20 درجة مئوية. دعونا نأخذ الوقت الذي يتم خلاله تسخين ثلث فرق درجة الحرارة الأولي ((250-20) / 3 = 77 º) يساوي T. علاوة على ذلك ، درجة الحرارة النهائية في الفاصل هي t = 97 º (20 + 77) ، ومتوسط ​​Δt = ((250- 20) + (250-97)) / 2 = 191 درجة مئوية. خلال الفاصل الزمني التالي T = 2 ، سيسخن الكائن أيضًا ما يصل إلى ثلث "القوة الدافعة" المتبقية Δt = 250-97 = 153 درجة مئوية ، وستصبح درجة الحرارة النهائية في الفاصل t = 97 + 51 = 148 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((250-97) + (250-148)) / 2 = 127.5 درجة مئوية.

خلال الفترة الزمنية T = 3 ، Δt = 250-148 = 102 درجة مئوية ، وتصبح درجة الحرارة النهائية t = 148 + (102/3) = 182 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((250-148) + (250-182)) / 2 = 85 درجة مئوية.

أكثر من = 4 ، Δt = 250-182 = 68 درجة مئوية ، ستصبح درجة الحرارة t = 182 + (68/3) = 205 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((250-182) + (250-205)) / 2 = 56 ، 5 º.

أكثر من = 5 ، Δt = 250-205 = 45 درجة مئوية ، ستصبح درجة الحرارة t = 205 + (45/3) = 220 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((250-205) + (250-220)) / 2 = 37 ، 5 º.

أكثر من = 6 ، Δt = 250-220 = 30 درجة مئوية ، ستصبح درجة الحرارة t = 220 + (30/3) = 230 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((250-220) + (250-230)) / 2 = 25 درجة مئوية . لذلك ، عند تسخينه من السطح مع ارتفاع درجة الحرارة قليلاً (20 درجة مئوية) ، حصلنا على مخرج للمعلمات المحددة لـ 6 فترات زمنية تقليدية T.
الآن دعونا نرى ما يحدث إذا قمنا بزيادة فرق درجة الحرارة هذا. نحسب نفس التسخين من سطح التسخين بـ t = 320 º - مثل هذه الإمكانية التقنية متوفرة في رأس هذا التصميم.

T = 1 ، Δt = 320-20 = 300 درجة مئوية ، ستصبح درجة الحرارة t = 20 + (300/3) = 120 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((320-20) + (320-120)) / 2 = 250 درجة مئوية.

T = 2 ، Δt = 320-120 = 200 درجة مئوية ، تصبح درجة الحرارة t = 120 + (200/3) = 187 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((320-120) + (320-187)) / 2 = 166.5 ..

= 3 ، Δt = 320-187 = 133 درجة مئوية ، تصبح درجة الحرارة t = 187 + (133/3) = 231 درجة مئوية ومتوسط ​​Δt = ((320-187) + (320-231)) / 2 = 111 درجة مئوية.

اتضح أنه من خلال تسخين البلاستيك أكثر سخونة من احتياجات الرأس ، سنزيد بشكل ملحوظ من معدل الذوبان. ليس سيئًا ، يمكن أن يكون هذا الحل مفيدًا ، على الرغم من ظهور عدد من الصعوبات. بالإضافة إلى ذلك ، سيؤثر ذلك بشكل إيجابي على لزوجة البلاستيك السائل ، لأن معدل ذوبان البلاستيك ليس هو العامل الوحيد الذي يحد من معدل تدفق البلاستيك من الفوهة. تم أخذ هذا في الاعتبار في الحساب ، والذي أصبح من الممكن التفكير في طريقة التشغيل مع ارتفاع درجة الحرارة. اتضح وجود طاولة رائعة مصنوعة في LibreOfficeCalc ، والتي تسمح لك بالنظر في تسخين الشريط مع مجموعة من العوامل وإعطاء الفرصة لحساب مكان ودرجة الحرارة. لا توبيخ لاستخدام Excel التناظري - فهي تقوم بعملها.

كان إجمالي وقت ذوبان البولي أميد PA6 بقطر 1.7 مم ، عند درجة حرارة سخان 280 درجة مئوية ، إلى درجة حرارة 200 درجة مئوية ، مع طاقة سخان 30 وات ، 2.88 ثانية ، وفي حالة سخان بدرجة حرارة 240 درجة مئوية - 3.24 ثانية. لنفس البلاستيك بقطر 3 مم وطاقة مدفأة 50 وات ، مع درجة حرارة سخان 280 درجة مئوية وتسخين إلى 200 درجة مئوية - 8.64 ثانية ، وسخان بدرجة حرارة 240 درجة مئوية - 9.84 ثانية. هذه هي بيانات الحساب عند استبدال معلمات الرؤوس الحقيقية من النوع 4.1 و 3.3. أيضا ، وفقا لنتائج الحساب ، تم بناء ملف تعريف لذوبان الشعيرة في الرأس.

التين .8
من قيمة الوقت اللازم لصهر القضيب ، يمكن اعتبار الطول اللازم لمنطقة الصهر أو أقصى معدل ممكن لصهر الفتيل.
للتحقق التجريبي من حسابات خيوط بقطر 1.7 مم ، استخدمت نوع 3.3 رأس مع فوهة بالملل إلى 1 مم لفيلم 1.7 مم ، ورأس من النوع 4.1 مع فوهة 0.9 لخيوط 3 مم. كانت هذه الفتحة الكبيرة لتقليل مقاومة الانفجار بشكل كبير بسبب اللزوجة ، تاركة فقط حدًا لانفجار الكتلة المنصهرة. نظرًا لأن معدل تدفق الذوبان من الفوهة أعلى بكثير من سرعة تقدم الفتيل (بما يتناسب مع الفرق بين مربعات الأقطار) ، لا يمكن للجزء غير المصهور من الفتيل الخروج من الحفرة فقط ، فإنه يسد الفوهة ، وإذا كان أصغر من قطر الفوهة ، فإنه يكسرها إلى قطع بواسطة تيار . درجة الحرارة مرتفعة بالفعل ، لذا فإن قوة النواة المنصهرة منخفضة.يمكن ملاحظة هذه الظاهرة أثناء بثق البولي أميد المجفف (الذوبان غير المجفف غائم بسبب فقاعات البخار) ، في الحالة المنصهرة تكون شفافة ، وفي خط التجميد الساخن من الفوهة ، كانت الجزر الصغيرة الموحلة من الشوائب مرئية على طول المحور.
كيف تم قياس المخرج ، مما يعني انزلاق: أولاً ، تم معايرة الطارد. في مهمة (على سبيل المثال) 50 سم ، قام بسحق خط الصيد بسرعة منخفضة للتأكد من عدم وجود انزلاق. تم قياس مقدار ما باعه حقًا. تم وضع علامات على خط الصيد بقلم حبر. تم حساب الجاذبية النوعية للخيط - تم قطع قطعة من الخيط بطول 1 متر ، وتم قياس القطر بعناية في عدة أماكن. تم وزن هذه القطعة. تم حساب الكثافة من هذه البيانات - بالمناسبة ، يمكن الحكم على نوع البولي أميد جيدًا إلى حد ما من خلال كثافته ، وهذا يسمح لنا بالحكم على خصائصه الأخرى ، مثل القوة ونقطة الانصهار وامتصاص الماء.
كان الحد الأقصى لمعدل تغذية الفتيل الفعلي أثناء التسخين عند 280 درجة مئوية لقطر 3 مم 6.52 مم / ثانية. ويتم الحصول على معدل التغذية الفعلي بقسمة وزن خط الصيد المضغوط على وقت عمل الطارد ، ثم مقسومًا على الكثافة (نحصل على الحجم في الثانية) ، ثم حسب مساحة المقطع العرضي للخيوط. بالنسبة لهذا الرأس ، يمكن اعتبار طول منطقة الصهر حوالي 50 مم. لذا ، فإن وقت انصهار التجربة هو τ = 50 / 6.52 = 7.67 ثانية. هذا هو وقت الذوبان الكامل للخيوط بقطر 3 مم. بتعبير أدق ، لم يكن خيوطًا ، ولكن خط صيد متقلب ، كان قطره مستقرًا. في حالة خط الصيد المتقلب بقطر 1.6 مم ، فإن قطرها "مشى" من 1.62 مم إلى 1.68 مم. لمثل هذا الفتيل ، كان معدل الذوبان الكامل 4.17 ثانية. الفرق مع المحسوب أكبر إلى حد ما مما كان عليه في الحالة الأولى. أفهم أن هذا بسبب مقاومة قناة عمل أضيق ..إنها مصادفة جيدة مع النظرية. من المرجح أن يكون معدل الصهر الكامل لقطر آخر تربيعي (ويتم حسابه لخيوط 3 مم ، وهذا يؤكد).
: , . . . . .
1.3 تأثير الاحتكاك. تقييمه. المبرد الساخن. يتجلى في جميع أجزاء الرأس. احتكاك البلاستيك البارد ، احتكاك البلاستيك المسخن قليلاً بسبب التورم في الجانبين ، احتكاك "سدادة العمل" ، احتكاك البلاستيك السائل على الجدران وبين الطبقات ومقاومة عالية بشكل غير متوقع في القسم الأخير من الفوهة. على الرغم من أنه يوصى عادة باختصاره ، ولكن نظرًا لحقيقة أن السرعة البلاستيكية في هذا المكان هي الأعلى وقطر الثقب صغير ، فإن المقاومة يمكن أن تكون كبيرة جدًا.
الاحتكاك في القسم إلى الرأس وفي الطارد مهم أيضًا ، لكننا نتعامل الآن مع الرأس. نظرًا لارتفاع درجة الحرارة ، يبدو أن استخدام تفلون داخل الرأس هو حل سيئ ، ومع ذلك ، بسبب ذوبان البلاستيك ، يتم تقليل الاحتكاك هنا ، مما يعني أن الحاجة إلى تفلون تختفي. ومع ذلك ، يجب تجنب الاحتكاك الجاف على المعدن ، وإذا انزلق البلاستيك جيدًا إلى حد ما على الفولاذ المصقول ، فلن يفعل الألومنيوم ذلك.
لذا ، بالعودة إلى رسم الرأس بالمناطق ، الصورة 3 - المنطقة ج ، منطقة تكوين قابس العمل.
لتقليل الاحتكاك في هذا القسم ، من الضروري إنشاء فرق كبير في درجة الحرارة (التدرج) من المنطقة C - تكوين قابس العمل ، إلى المنطقة D - الذوبان. كلما زاد التدرج ، قل طول قابس العمل وأقل مقاومة الاحتكاك. لإنشاء التدرج المناسب ، استخدم الحاجز الحراري. بدءًا من الرؤوس الأولى من النوع 1.1 ، صنعتها باستخدام أنبوب فولاذي مقاوم للصدأ (مع لحام فضي صلب) إلى الرأس النحاسي ، تم وضع مشعاع صغير من الألمنيوم على الأنبوب ، على مسافة حوالي 2-4 مم من الجزء النحاسي من الرأس. بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة للفولاذ المقاوم للصدأ (الصف 304 ، أو X18H10) والتوصيل الحراري العالي للألمنيوم ، اكتسب المبرد درجة حرارة تبلغ حوالي 100 درجة مئوية ، وسخن خط الصيد مسبقًا لتقليل وقت الذوبان ، دون خطر الانسداد. منذ أن تم تفجير المبرد بواسطة مروحة ،اتضح أنه استقرار حراري جيد - لا يمكن أن يرتفع الفلين ، لأنه مع ارتفاع درجة الحرارة بدأ المبرد في إطلاق الحرارة بشكل أكثر كثافة. في قسم الأنبوب الفولاذي على مستوى الرادياتير وما فوق ، تم استخدام إدراج تفلون من الداخل ، وبالتالي تم تقليل الاحتكاك المتزايد للقسم ب.
1.4. زحمة السير. دعونا نفكر ، إن أمكن ، في عملية تشكيل الاختناقات المرورية في الرأس وانحلالها من "العمال" المفيدين إلى الخبثاء. للقيام بذلك ، احسب تدفق الحرارة في أجزاء مختلفة من الرأس وفكر في ذلك.

بشكل عام ، أثناء تشغيل الطارد والرأس ، يتم تحويل الخط البلاستيكي إلى ذوبان ودفعه بقوة كبيرة بما يكفي من خلال فتحة فوهة ضيقة. هذا واضح. بالمناسبة ، لبعض الأسباب ، يمكن تقدير أن الذوبان في الرأس يمكن أن يكون تحت ضغط مرتفع بما فيه الكفاية. يمكن أن تصل قوة الطارد الجيد إلى عشرة كيلوغرامات من القوة لكل فتيل 3 مم. لقد بذلت مثل هذا الجهد على العارضة عندما كنت أدفع البلاستيك باليد. لقد حدث. تغطي مساحة 7 مليمتر مربع تحت 100 جو. حسنًا ، هذا ليس من الصعب قياسه - فنحن ندخل في الفوهة قضيبًا مصنوعًا من مادة ذات توصيل حراري منخفض (PEEK ، PTFE؟) ونقيس ضغط قابس التدفق. لفوهة بقطر 0.5 مم - 2 غرام قوة لكل جو. على الرغم من أنها ليست مهمة للغاية. لم أقيس.

لذا ، يدخل خط الصيد الرأس مع وجود فجوة. لا شيء يكسر. من الواضح أنه أثناء التسخين يكون هناك بعض من تليين البلاستيك ، وتحت تأثير قوة الطارد ، يتم توزيعه على الجوانب ، بينما تسمح الجدران. من السهل التحقق من القدرة على تنعيم البلاستيك جزئيًا - إنه كذلك.

مرة أخرى ، من الواضح أنه كلما كان الفرق في درجة الحرارة أصغر على طول منطقة حدوث الفلين ، كلما كان الفلين ممتدًا. كلما طال الاتصال الكامل بالفلين مع الجدران ، زادت مقاومة الدفع. يمكنك رؤية الصورة 3 ... علاوة على ذلك ، عندما يذوب البلاستيك ، يصبح الاحتكاك على الجدران أقل ولا يمكنك القلق بشأنه بهذه الطريقة. لذلك ، كلما كان قابس العمل أقصر ، كلما قل الاحتكاك.

تخيل أن طول قابس العمل هو 0.1 مم فقط. من الواضح أن هذه الطبقة الرقيقة من المواد غير القوية بشكل عام لن تتحمل الضغط الخلفي للبلاستيك السائل ، وسوف تنفجر مرة أخرى ، وبعد أن تتكسر ، ستتصلب في الجزء البارد ، مما يخلق فلين غير متوقع. عدة مرات حدث لي أن أخرج مثل هذا. هناك يمكنك أن ترى بوضوح كيف حدث اختراق وارتفع السائل إلى شريط الفتيل بأكمله. بالمناسبة - في جميع الحالات عندما حصلت على فلين (على الرغم من أنني كان لدي الكثير من الرؤوس التجريبية ، ولكن نادرًا ما تم تشكيل الفلين) ، تخلصت منها ببساطة شديدة - دعها تبرد ، ثم أشعل الحرارة ، بعد بضع دقائق الأمر "عكسي" إلى الطارد وتناول انسحبت من خط الصيد. أقترح أن هذا قد يكون بسبب ميزة التصميم لجميع رأسي.- يتم إدخال تفلون بقطر لا يقل عن قطر منطقة عمل الرأس داخل الأنبوب إلى منطقة الذوبان النشطة
الخلاصة: يحدث نمو الفلين ويلتصق ، كما أعتقد ، لأنه عندما ترتفع الحرارة ترتفع على جدران حامل الرأس (الحاجز الحراري؟) ، وعندما يبدأ العمل ، يتم توزيع البلاستيك اللين على الجانبين. على الأرجح ، يصبح مميتًا عندما لا يكون هناك بطانة تفلون تصل إلى الرأس نفسه تقريبًا.

1.5 حساب تدفقات الحرارة والتدرجات في الراحة والحركة ، في الرأس. حساب المبرد الساخن معه وبدونه.

1.5.1. تصميم الرأس BASS 1.3 وتدفق الحرارة فيه. اسم الحروف الأولى للمواد المستخدمة نحاس ، فولاذ مقاوم للصدأ ، ألمنيوم. خيوط 3 مم. ضع في اعتبارك تدفقات الحرارة ودرجات الحرارة والعمليات باستخدام هذا التصميم كمثال.

أقوم
بإدخال قطعة من مطبوعتي القديمة "Zd-printer: منظر من جانب الرأس" ، مصححة قليلاً.


الشكل 9 قليلاً حسب المخطط في الشكل. 9: اللون الأرجواني على الجزء الخارجي من الرأس هو ملف تسخين ، وهو أفضل من نيتشروم ، ومع ذلك ، غالبًا ما يتم استخدام المقاوم كمسخن في الرؤوس - وهذا مناسب في الإنتاج ، ولكنه يقلل من موثوقية وتوحيد مجال التسخين ، نظرًا لأن المقاوم موجود في مكانه المحلي ، وبالتالي فهو يعاني من ارتفاع درجة الحرارة المحلي. ومع ذلك ، لا يوجد فرق أساسي هنا - المقاوم أو اللف. فقط - التوحيد العالي ومعدل التدفئة ، ولكن سهولة ودقة التصميم.

اللون الأحمر في الجزء السفلي من الرأس هو منطقة البوليمر المنصهر ، وهي غير متجانسة ، حيث يغير البوليمر اللزوجة على نطاق واسع من درجات الحرارة ، والمنطقة البرتقالية هي المنطقة التي يتم فيها تسخين البوليمر بالفعل إلى اللدونة ، ولكن ليس السائل بعد. هذه المنطقة مهمة جدًا - حيث يتوسع القضيب البلاستيكي قليلاً ، ويتناسب بشكل مريح مع الجدران ويتحول إلى مكبس ، يدفع الذوبان عبر المخرج - القالب. الأخضر هو المنطقة التي لم تحدث فيها تغييرات كبيرة في الليونة حتى الآن وينقل القضيب الضغط أكثر دون التجعيد. تظليل مختلف يصور رأس نحاسي ومشعاع من الألمنيوم. يتم تمييز الأنبوب الفلوري البلاستيكي باللون الأبيض - الدليل ، بسبب الاحتكاك القليل جدًا ، يمر الشريط على طوله بأقل مقاومة. الرمادي - أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ ، تحمل الرأس والرادياتير ،بالإضافة إلى حلقة - إدراج - يسمح لك بتجنب الضغط الميكانيكي على أنبوب تفلون في الجزء الأكثر سخونة. هذا مهم - التفلون ، في مثل هذه الظروف ، غير مستقر ميكانيكيًا للغاية ، لذلك هنا يتاخم الفولاذ في كل مكان - يمكن أن يتسرب قليلاً ، ولكن ليس قريبًا ، وهذه القطعة من أنبوب تفلون سهلة للغاية لاستبدالها. يتم لحام الأنبوب الفولاذي المقاوم للصدأ برأس نحاسي مع لحام فضي صلب - لذلك ، لا توجد أسئلة حول الاستقرار الحراري والقوة. الحلقة (مصقولة من الداخل لتقليل الاحتكاك!) ، يتم تضمينها ببساطة من الداخل والضغط عليها من الأعلى بواسطة أنبوب تفلون. يرجى ملاحظة - يجب أن يكون الفولاذ المقاوم للصدأ مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، لذلك تم اختياره. عادة هذا شيء مثل 04X18H10.لذلك ، هنا تتاخم الفولاذ في كل مكان - يمكن أن تتسرب قليلاً ، ولكن ليس قريبًا ، وهذه القطعة من أنبوب تفلون من السهل جدًا استبدالها. يتم لحام الأنبوب الفولاذي المقاوم للصدأ برأس نحاسي مع لحام فضي صلب - لذلك ، لا توجد أسئلة حول الاستقرار الحراري والقوة. الحلقة (مصقولة من الداخل لتقليل الاحتكاك!) ، يتم تضمينها ببساطة من الداخل والضغط عليها من الأعلى بواسطة أنبوب تفلون. يرجى ملاحظة - يجب أن يكون الفولاذ المقاوم للصدأ مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، لذلك تم اختياره. عادة هذا شيء مثل 04X18H10.لذلك ، هنا تتاخم الفولاذ في كل مكان - يمكن أن تتسرب قليلاً ، ولكن ليس قريبًا ، وهذه القطعة من أنبوب تفلون من السهل استبدالها. يتم لحام الأنبوب الفولاذي المقاوم للصدأ برأس نحاسي مع لحام فضي صلب - لذلك ، لا توجد أسئلة حول الاستقرار الحراري والقوة. الحلقة (مصقولة من الداخل لتقليل الاحتكاك!) ، يتم تضمينها ببساطة من الداخل والضغط عليها من الأعلى بواسطة أنبوب تفلون. يرجى ملاحظة - يجب أن يكون الفولاذ المقاوم للصدأ مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، لذلك تم اختياره. عادة هذا شيء مثل 04X18H10.يتم إدخالها ببساطة في الداخل وتثبيتها بواسطة أنبوب تفلون. يرجى ملاحظة - يجب أن يكون الفولاذ المقاوم للصدأ مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، لذلك تم اختياره. عادة هذا شيء مثل 04X18H10.يتم إدخالها ببساطة في الداخل وتثبيتها بواسطة أنبوب تفلون. يرجى ملاحظة - يجب أن يكون الفولاذ المقاوم للصدأ مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، لذلك تم اختياره. عادة هذا شيء مثل 04X18H10.

على الجانب الأيسر من الصورة ، ترى مخطط درجة حرارة (الرسم البياني التقريبي) ، على طول محور الأنبوب. لا يمكنني ضمان دقة المقياس ، لكن الاتجاهات صحيحة. كلما ابتعدت عن المحور بعلامات المناطق ، ارتفعت درجة الحرارة.
لن نكرر. المنطقة 4 فقط هي محل الاهتمام هنا. يمكنك أن ترى كيف يتم وضع المبرد الساخن.

المنطقة 4- منطقة التليين النشط للبلاستيك ، منطقة الحاجز الحراري. يمكن ملاحظة أن هناك فجوة صغيرة بين الجزء النحاسي من الرأس والمبرد ، حيث تتغير درجة الحرارة بشكل حاد للغاية. ثم يبدأ البلاستيك في الإحماء لتشكيل فلين ، يعمل كمكبس يدفع أكثر فأكثر. كما أظهر الزملاء من reprapology.info ، إذا زاد طول المكبس ، فإن هذا سيتوقف عن الطباعة بسبب زيادة الاحتكاك ومشاكل التنظيف المؤلمة. من أجل منع هذا الفلين من النمو ، يتم استخدام مشعاع صغير أعلى في المنطقة الخامسة. مع تدفق الحرارة على طول الجسر الحراري من الفولاذ المقاوم للصدأ ، يسخن ، مما يعني أنه يبدأ في تبديد المزيد من الحرارة. وبالتالي ، فإن عملية الاستقرار الذاتي والدخول في مجال العمل المستدام ليست صعبة على الإطلاق. تبديد الحرارة بواسطة المبرد كبير ،والمقاومة الحرارية للجسر بين الرأس والرادياتير كبيرة ، وبالتالي فإن زيادة درجة الحرارة مع المسافة عالية ، مما يعني أن نقطة درجة حرارة العمل المثلى من المرجح أن تتناسب في هذا الجزء لإنشاء مكبس قصير وفعال. يجب تحديد حجم المبرد الساخن بحيث تكون درجة حرارته في منطقة 100-110 درجة ، على الأرجح (هذه هي درجة الحرارة المعتادة لسطح مكتب الطابعة). يتم ذلك بحيث تكون منطقة الحاجز الحراري قدر الإمكان في نطاق درجة حرارة العمل المحتملة (الفلين!).بحيث تكون درجة حرارتها في حدود 100-110 درجة ، على الأرجح (هذه هي درجة الحرارة المعتادة لسطح مكتب الطابعة). يتم ذلك بحيث تكون منطقة الحاجز الحراري قدر الإمكان في نطاق درجة حرارة العمل المحتملة (الفلين!).بحيث تكون درجة حرارتها في حدود 100-110 درجة ، على الأرجح (هذه هي درجة الحرارة المعتادة لسطح مكتب الطابعة). يتم ذلك بحيث تكون منطقة الحاجز الحراري قدر الإمكان في نطاق درجة حرارة العمل المحتملة (الفلين!).

لذلك ، باختصار ، للتشغيل المستقر للرأس ، يجب أن توجد منطقة ضيقة بمقاومة حرارية عالية (تسمى حاجزًا حراريًا) حيث تتغير درجة الحرارة من درجة حرارة العمل لفترة قصيرة (نعتبر 235) إلى 100 درجة - تقريبًا درجة حرارة طاولة العمل. نحن بحاجة إلى النفخ المستمر بمروحة صغيرة ويجب توجيهه إلى المبرد!
الخلاصة: تم وصف مبدأ تصميم وتشغيل الرأس باستخدام "المبرد الساخن".
1.5.2 حساب تدفق الحرارة من الرأس. حساب تدفق الحرارة في المنطقة من الرأس إلى المبرد الساخن - الموصلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ (الدرجات 304/316) K = 9.4 واط / درجة مئوية * م

مقاسات الرأس: طول الحاجز الحراري من الرأس إلى المبرد الساخن L = 3 مم ، القطر الخارجي D = 8 مم ، القطر الداخلي يرجع إلى الحلقة الداخلة d = 4 مم

- نعتبر درجة حرارة الرأس 260 درجة مئوية.

- نعتبر درجة حرارة التشغيل العادية والمرغوبة للمبرد الساخن T = 110 درجة مئوية

- يمكن تجاهل التدفقات الحرارية في حالة رأس الطابعة ثلاثية الأبعاد ، التي يتم نفخها بواسطة مروحة وتتحرك بسرعة كافية. لن نأخذ في الاعتبار التبريد عن طريق تحريك الهواء للمبرد والأجزاء الأخرى ، لحساب الطاقة المتبدلة ، نستخدم الصيغة التقريبية للمشعات ، مع الأخذ في الاعتبار أن الرأس المتحرك والمنفوخ قليلاً يشبه المبرد في الظروف العادية. يسخن من سطح الطاولة المسخنة - مهملة أيضًا ، من ناحية ، لمسافة كبيرة بما فيه الكفاية من سطحها ، ومن ناحية أخرى ، تهب وتحريك الرأس. نعتقد أنه إلى حد ما يتم تعويضهم بشكل متبادل. ومع ذلك ، على طابعة تعمل ، لا تسخن التفاصيل الموجودة على الطاولة الساخنة بشكل ملحوظ.

- حتى درجة حرارة 100 درجة مئوية ، لا يُنصح بنقل الحرارة عن طريق الإشعاع على الإطلاق - قليل جدًا ، مع زيادة درجة الحرارة المتزايدة بما يتناسب مع الدرجة الرابعة من درجة الحرارة. تبريد الرأس عن طريق الإشعاع - نحن نهتم قليلًا ، يوجد مستشعر درجة حرارة ، إذا كان يبرد ، يكون دافئًا. درجة حرارة المبرد الساخن قريبة من الموصى بها لعدم حساب 100 درجة مئوية - لا نعتبر الإشعاع.
قسم نقل الحرارة من الرأس إلى المبرد الساخن.

منطقة النقل S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 4 * 4/4 = 37.7 مم² لإحضارها

إلى الأمتار المربعة ، في حالة معامل التوصيل الحراري المحدد ، تكون المنطقة ضرورية مقسومة على مليون.

نحسب تدفق الحرارة في المبرد الساخن. نظرًا لحقيقة أن الموصلية الحرارية للألمنيوم أعلى 50 مرة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإننا نعتبر موحد درجة الحرارة في جميع أنحاء المبرد (على طول المحور هو 5 ملم). درجة الحرارة عند حواف المبرد في إطار هذا الحساب لا تهمنا.

W = K * S * ΔT / L

L - لا تنسى القسمة على 1000 ، لأن المعامل الذي نستخدمه هو البعد - أمتار ، في القسم من الرأس إلى المبرد الساخن ΔT = 260-110 = 150 درجة مئوية

يتبين W = 9 ، 4 * 37.7 * 150/3 * 1000 - مليون (المساحة بالملليمتر²) والألف انخفض ، وبقي ألف.

W = 17.72 واط تدفق حراري إلى مشعاع ساخن.
1.5.3. حساب التوازن الحراري للمبرد. حساب التدرج. حساب تدفق الحرارة في المنطقة من المبرد الساخن إلى جبل الرأس:

- طول الحاجز الحراري L = 8 مم

- منطقة النقل S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 6 * 6/4 = 21.99 مم²
في هذا القسم لا يوجد حلقة - بطانة ، بحيث يزيد القطر الداخلي ، ومنطقة نقل الحرارة - تنخفض

- فرق درجة الحرارة. نعتبر درجة حرارة تثبيت الرأس العادية والمتوقعة 30 درجة مئوية ، مما يعني ΔT = 110-30 = 80 درجة مئوية.نحن

نعتبر W = 9.4 * 21.99 *

80/8000 = 2.07 واط - 17.72 واط يدخل المبرد ، ولكن 2 ، 07 واط ، الفرق Δ W = 15.65 واط ،
ويجب تبديد هذه الحرارة بواسطة المبرد في الهواء. في العمل ، سيتم نقل جزء من الحرارة عن طريق الفتيل ، والتدفئة في هذا القسم من جدران الأنبوب. ومع ذلك ، لن نفكر في هذا بعد. اتضح أننا بحاجة إلى افتراض أن كل هذه الحرارة تبدد بواسطة المبرد.
حساب التدفق الحراري الذي تبدده المبرد وفقًا لصيغة مبسطة.

- Q = 50 / √S حيث Q هي المقاومة الحرارية للمبرد ، بالدرجات لكل واط ، و S هي مساحة المبرد ، الآن بالسنتيمتر المربع ... مثل هذه الصيغة. نعم ، الصيغة ضعيفة وتكمن في بعض الأحيان ، ولكن وفقًا لبيانات القياس ، يمكنك إدخال التصحيح لظروف معينة. نأخذ بعين الاعتبار. يبلغ قطر هذا المبرد 20 مم ، داخلي 8 مم. الارتفاع - 5 مم.

-حساب منطقة عملها ، وتتكون من القرص العلوي ، القرص السفلي ومنطقة زعانف المبرد. ق = 2 * (3.14 * د² / 4 - 3.14 * د² / 4) + 3.14 * د * ح = 2 * (3.14 * 20 * 20/4 - 3.14 * 8 *
8/4 ) + 3.14 * 20 * 5 = 841 مم² = 8.41 سم²

- حساب مقاومة الحرارة للمبرد Q = 50 / √8.41 = 17.24 درجة / واط

- دعونا نحسب درجة الحرارة التي يمكن أن يبدد فيها هذا المبرد 15.65 واط من الحرارة المستقبلة في نهاية نقطة الحساب الثانية. ΔT = 15.65 * 17.24 = 270 درجة مئوية علاوة على ذلك ، هذا فرق في درجة الحرارة. نعتبر درجة حرارة الهواء في طابعة العمل 30 درجة مئوية ، نحصل على درجة حرارة محرجة 300 درجة مئوية.
الآن سيكون من الجميل التحقق من الحسابات.

مع تشغيل منضدة ساخنة عند 110 درجة مئوية ورأس 260 درجة مئوية مع
ترمومتر إلكتروني يتم إدخاله في فتحة المسمار على الرادياتير ، تم قياس درجات الحرارة إلى أقصى قراءات لعدة دقائق.

تبين أن درجة الحرارة أقل بكثير من درجة الحرارة المحسوبة - 111.9 درجة مئوية بدلاً من 300 درجة مئوية

هذا يشير بوضوح إلى عدم دقة النموذج. أضعف حلقة هنا هي صيغة حساب المقاومة الحرارية للمبرد ، وهي تجريبية وتحسب للمبرد بدون تبريد قسري. في حالتنا ، هناك مروحة ، على الرغم من ضعفها وضرباتها من بعيد. أعتبر أنه من الممكن إدخال معامل تهوية خطي لتوضيح حساب المقاومة الحرارية. نحن

نحسبها عن طريق استبدالها في صيغنا بالصيغة Q = 50 / (√S * K). درجة الحرارة الأولية 260 درجة مئوية. نأخذ درجة حرارة المبرد الساخن 111.9 ° درجة مئوية

W = K * S * /T / L في القسم من الرأس إلى المبرد الساخن ΔT = 260 -111.9 = 148.1 ° درجة مئوية
واتضح W = 9.4 * 37.7 * 148 ، 1/3 * 1000 = 17.49 واط.
حساب تدفق الحرارة في المنطقة من المبرد الساخن إلى جبل الرأس:

- منطقة النقل S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 6 * 6/4 = 21.99 مم²

- فرق درجة حرارة القيادة. درجة حرارة تثبيت الرأس هي 30 درجة مئوية ، مما يعني ΔT = 111.9-30 = 81.9 درجة مئوية.نفترض W = 9.4 * 21.99 * 81.9 / 8000 = 2.11 واط

- اتضح أن المبرد يشمل 17.49 W للحرارة ، ويخرج 2.11 W ، الفرق Δ W = 15.37
دعونا نحسب المقاومة الحرارية للرادياتير. نأخذ K = 3. أي أن كفاءة المبرد لدينا أعلى بثلاث مرات بسبب تهب المروحة. Q = 50 / √8.41 * 3 = 5.75 درجة / واط

دعنا نحسب درجة الحرارة التي يمكن أن يتبدد فيها هذا المبرد 15.37 واط من الحرارة

ΔT = 15.37 * 5.75 = 88.37 درجة مئوية. بالنظر إلى درجة حرارة الهواء في العمل طابعة 30 درجة مئوية ، احصل على درجة حرارة 118.37 درجة مئوية.
إذا قمت بحساب درجة حرارة المبرد لدرجة حرارة الرأس 220 درجة مئوية = 94 درجة مئوية بالمعامل الذي تم الحصول عليه ومقارنته مع 97.7 درجة مئوية المقاسة ، فستحصل على تطابق جيد.
الخلاصة: درجة حرارة التدرج لحالة 260 درجة مئوية = (260 - 112) / 3 = 49 درجة مئوية / مم. يمكننا قراءة درجة حرارة "المبرد الساخن" بدقة جيدة وتدفق الحرارة في جبل الرأس. وفقا لذلك ، يمكننا ضبط المطلوب بتغيير الأحجام المقابلة.
1.5.4. حساب تدفق الحرارة من الرأس بدون مشعاع ساخن ومقارنة التدرجات.

وكيف ستكون الأمور إذا لم نضع المبرد؟ سنحسب التدفقات بدون حلقة إدخال ، تم تصميمها لتفريغ درجة الحرارة لأنبوب تفلون ولا معنى لها إلا بالاشتراك مع المبرد الساخن. للحصول على درجة حرارة 260 درجة مئوية ، فإن تدفق الحرارة إلى الحامل في حالة المبرد سيكون 2.07 واط.
حساب التدفق الحراري في المنطقة من الرأس إلى الحامل:

- طول الحاجز الحراري L = 8 + 3 + 5 = 16 مم نضيف جميع الأطوال - والمبرد أيضًا.

- منطقة النقل S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 6 * 6/4 = 21.99 مم²

- فرق درجة الحرارة. نعتبر درجة حرارة تثبيت الرأس العادية والمتوقعة 30 درجة مئوية ، مما يعني ΔT = 260-30 = 230 درجة مئوية.نحن

نعتبر W = 9.4 * 21.99 * 230/16000 = 2.97 واط ومع ذلك ، فهي مرة ونصف أكثر.

نحسب التدرجات ل 16 مم G = (260-30) / 16 = 14.4 درجة / مليمتر.

هناك فرق كبير من 49 درجة / مليمتر ، خاصة عندما تفكر في أنه في حالة المبرد ، عندما يكون الراكد ، فإن القابس سيرتفع أكثر من نصف المساحة بأكملها ، أي على مسافة 8 مم من الحاجز الحراري ستكون درجة الحرارة ΔT / 2 + T = 230/2 + 30 = 145 درجة مئوية درجة الحرارة هذه لا لبس فيها ، فوق بداية تكوين الفلين وأقل من الذوبان. علاوة على ذلك ، فإن مثل هذا القابس الذي يبلغ طوله 8-10 ملم يكفي للتوقف. وفي حالة المروحة ، لن يعمل أكثر من 3 ملليمترات من الفلين مع وقت الخمول.
الاستنتاجات: "المبرد الساخن" يمنع بالفعل خطر الانسداد عند استخدام إدراج تفلون ويزيد من تدرج درجة حرارة العمل ، مما يؤدي إلى انخفاض الاحتكاك في منطقة قابس العمل.
1.5.5. حساب تدفقات الحرارة في الرأس بحركة خيوط موحدة.

الشروط هي نفسها ، والرأس هو نفسه. يتحرك تدفق الفتيل بسرعة 1.5 مم / ثانية ، وهو ما يتوافق مع معدل البثق لفوهة 0.3 مم = 150 مم / ثانية أو لفوهة 0.5 مم = 54 مم / ثانية. كثافة البولي أميد 1.18 ملغم / مم 3. نظرًا لأن الجزء الساخن إلى حد كبير (100-110 درجة مئوية) إلى الرأس يبلغ طوله L = 5 مم (طول المبرد الساخن) ، بسرعة 1.5 مم / ثانية ، يمر الفتيل في 3.3 ثانية ، بينما يتم إغلاق الجدران بإدراج تفلون بسماكة l = 1mm = 0.001m والقطر الداخلي D = 4mm ، يمكننا حساب التدفق الحراري المحتمل الذي تعطيه الجدران:

P = λ * S * ΔT / l ، حيث λ = 0.25 W / m * K هي الموصلية الحرارية لتفلون ، S = π * D * L = 3.14 * 4 * 5 = 62.8 مم² = 0.0000628 متر مربع - المساحة نقل الحرارة ، l هو سمك طبقة الموصلية الحرارية. ΔT هو فرق درجة الحرارة. تبلغ درجة حرارة المبرد الساخن حوالي 110 درجة مئوية ، ويتم تسخين الفتيل الوارد على الأقل قليلاً ، لذلك نعتبر درجة حرارة المدخل 30 درجة مئوية ΔT = 110-30 = 80 درجة مئوية.

P = λ * S * ΔT / l = 0.25 * 0.0000628 * 80 / 0.001 = 1.25 واط ، 1 ملم من الفتيل سيكون قادرًا على استقبال 1.25 / 5 = 0.25 جول من الحرارة كل ثانية. لمدة 3.3 ث ، وهو الوقت الذي يقضيه في المبرد ، سيكون قادرًا على الحصول على 3.3 * 0.25 = 0.825 ي. نحسب الطاقة المطلوبة لتسخين 1 مم من البلاستيك الوارد عند ΔT = 80 درجة مئوية. الحجم = 1 * 3.14 * D² / 4 = 1.5 * 9 * 3.14 / 4 = 7.065mm³ / s

الوزن = 7.65 * 1.15 = 8.124mg / s

الطاقة ، Q = M * C * ΔT = 8.124 * 1700 * 80/1000000 = 1.1 وات هذه هي الحالة عندما يتم تسخين كل البلاستيك من درجة حرارة أولية 30 درجة مئوية من مشعاع بدرجة حرارة 110 درجة مئوية.

لذا ، فإن الحرارة التي يمكن أن تحصل عليها 1 مم من الفتيل ، والتي تمر عبر المبرد ، من خلال جدار تفلون ، ستكون = 0.825 جول. في نفس الوقت ، للتسخين الكامل إلى 110 درجة مئوية ، نفس الشريحة ، 1.1J مطلوبة. باستخدام اللوحة لنمذجة تسخين الشريط المصنوع للفقرة 1.2 ، قمت بحساب أكثر دقة. مع طول المبرد الساخن 5 مم ، ودرجة حرارته 110 درجة مئوية ، وسرعة الفتيل بقطر 3 مم ودرجة حرارة 30 درجة مئوية ، مع تدفق حراري إلى المبرد 15 واط ، سيكون تسخين منتصف الفتيل نفسه درجتين فقط ، ولكن يمكن أن يستغرق شريط 1 مم 0 ، حرارة 88j ، والتي تزيد قليلاً عن 0.825j ، والتي يمكن أن تخترق. سيشكل 0.825 J حوالي 75٪ من إجمالي التسخين. إذا كان طول المبرد 10 مم ، فإن الشريط سيحصل على 1.06 جول من الحرارة ، والتي ستكون 96 ٪ من إجمالي التسخين ، وسيدفع المركز نفسه حتى 32 درجة مئوية.بالنسبة للتدفئة بنسبة 100 ٪ ، سيكون من الضروري جعل طول المبرد يصل إلى 30 ملم ، وهذا لا معنى له - سيذوب في الرأس على أي حال.
فيما يلي تفاصيل نوع الرأس 3.1 ، - في خيوط 1.75. فقط للجمال.

تين. 10 تفاصيل للرأس النوع 3.1
الاستنتاجات: - الطاقة اللازمة لتسخين البلاستيك الوارد بسرعة معينة: 4.25 واط

؛ - تدفق الحرارة الذي تعطيه جدران الفتيل في قسم المبرد الساخن: 2.00 واط ؛

- بداية تكوين الفلين عند التدفق الكامل يتحول إلى عمق أعمق في الرأس.

- بالنسبة للتدفقات الكبيرة ، من أجل التشغيل الفعال لآلية "المبرد الساخن" ، سيكون من الضروري زيادة تدفق الحرارة بين الرأس والرادياتير وطول منطقة التلامس مع المبرد. عامل.

- من الممكن استخدام مروحة منفصلة لمبرد ساخن يتم التحكم فيه بواسطة مستشعر درجة الحرارة ، وذلك للحفاظ على درجة الحرارة عند حوالي 100 درجة مئوية.

استخدام المبرد الساخن ليس ضروريًا على الإطلاق ، ولكن يبدو أنه طريقة بسيطة لشحذ اختلاف درجة الحرارة في أنبوب الحامل ، وتجنب خطر نمو قابس العمل إلى أحجام الحجب ويساعد على حل مشكلة تبريد نقطة توصيل الرأس.
الجزء الثاني قادم قريبا.

Source: https://habr.com/ru/post/ar382561/