حول نظرية Hotend / Hotend_theory. تقرير قصير عن نتائج العمل

اتضح! استنادًا إلى الحسابات ، تم تغيير معلمتين وكانت طباعة النايلون / النايلون جيدة جدًا.

كما تعلمون ، أنا أدرس وأقوم بتصميم رؤوس hotend - أي رؤوس طابعات ثلاثية الأبعاد FDM. هناك مثل هذا الاتجاه في تصميم هذه الطابعات مثل RepRap. جوهر الفكرة هو بناء طابعات ثلاثية الأبعاد يمكنها صنع أجزاء لإعادة إنتاجها ، مما يعني في الواقع تقليل RepRap.

لذلك ، من وقت لآخر أنظر إلى reprap.org/wiki/Hotend_theory - مقال حول نظرية هذه الرؤوس. من قبل ، كان هناك القليل جدا. الآن أكثر ، ولكن في الغالب الأسئلة. بعضهم (كلاهما) أغلقت بنفسي منذ عام ونصف. صحيح ، نشأ العديد من الآخرين. لذا لدي شيء أكتب.

هذه رسالة أولية ، بدون صيغ ، وحسابات ، وصور (هناك صور ، لكن قليلة) ورسوم بيانية. كلمات نقية ، بدون صيغ ، بعض الاستنتاجات. بدون نصائح ومخططات محددة - الخيار الأخير هو لا شيء ، ولكن الجوهر يكمن في المعرفة المكتسبة. الآن أنا أكثر ثقة في حساباتي ويبدو أنها تعمل ، لماذا أكتب. إلى الأفراح. شيء آخر لفحصه ، وخاصة Turbulator. هذا شيء صغير في الرأس ، والذي يمكن أن يزيد من أداء الرأس في البلاستيك السائل في بعض الأحيان ، كل الأشياء الأخرى متساوية.

لذا ، أقرب إلى النقطة. بعد تراكم بعض المعرفة عند تصميم الرؤوس ، بشكل أساسي لمنصة اختبار ، قررت تغيير الرأس في الطابعة. كانت أعمالي محلية الصنع واقفة أيضًا هناك ، قديمة جدًا فقط ومع النايلون لم تتم طباعتها جيدًا. في عملية التصنيع ، وفقًا لحساباتي ، كان علي إعادة شيء في التصميم من أجل قابلية التصنيع وتحسين وتحسين طرق التصميم الخاصة بي. بعد النتائج - قمت برأس. عندما حاولت الطباعة ، لسبب ما لم أستطع النجاح في جعل مادة البولي أميد تذوب للطاولة المغطاة بكابتون.



حفنة من قصاصات من الطبقات الأولى غير لاصقة. يجب علينا ألا نخمن ، ولكن العد!

نظرًا لأنني أعرف اقتصاد طابعي جيدًا ، كنت متأكدًا من أن السؤال كان في رأسه. خلال سلسلة من التجارب على الضغط على خط الصيد في الهواء ، لاحظت تأثيرًا مثيرًا للاهتمام




في الحالة الساخنة ، كما لو كان على قيد الحياة ، كان الخيط مرئيًا في وسط تيار الذوبان ، والذي يحدث عند زيادة معدل البثق ، حيث يتم لف ملفات تذوب السائل اللزج.
أيضًا في هذه العملية ، أقوم بإعادة تشكيل الملف لحساب الرؤوس. الآن لا يسمح فقط بحساب تدفقات الحرارة من الرأس ، من المبرد ، إلى مكان تثبيت الرأس ، والحرارة المنقولة بالبلاستيك (بشكل أكثر وضوحًا - البرد الذي يتم إحضاره مع الفتيل) ، ولكن أيضًا لتسخين الفتيل بعمق ، في الديناميكيات ، بما في ذلك في حالة ارتفاع درجة الحرارة فوق درجة حرارة العمل (أي أن درجة حرارة التسخين أعلى من اللازم للذوبان ، لكننا نعتبر الوقت بعد وصول المركز إلى درجة حرارة العمل).

أظهرت الحسابات أن تكوين هذا الخيط هو نتيجة مباشرة لعدم انصهار الفتيل إلى المركز. علاوة على ذلك ، فإن المصادفة الدقيقة لوقت الذوبان المقدر والوقت الفعلي الذي تم الحصول عليه من حساب معدل البثق. وأوضح تشكيل خيط غير ذائب في نفس الوقت بطريقة أو بأخرى (خيار آخر هو بخار الماء ، وهناك الكثير منها ، ولكن لماذا هناك قفزات؟) تشكيل فقاعات مسطحة على خط الصيد بسرعات عالية.

ثم حسبت ، مع كل نفس الملف ، استئصال الحرارة مع الشعيرة الواردة (تأتي في البرد ، ثم تأتي ساخنة / منصهرة وتأثيرها على درجة حرارة الرأس.

هناك فارق بسيط - في رأسي التجريبي ، استخدمت المزدوجات الحرارية محلية الصنع مع وحدة تحكم PID محلية الصنع. في هذه الحالة ، يكون القصور الذاتي للتنظيم صغيرًا جدًا. في الطابعة ، لدي رأس بمقاومة حرارية. هذا يؤدي إلى تأخير كبير في التحكم في درجة الحرارة. لذلك ، مع تأخير 3-5 ثوان ، يمكن أن تنخفض درجة حرارة الرأس بسبب احتجاز الحرارة من الشعيرة بنسبة تصل إلى 10 درجة مئوية. وقمت بحساب وضع التشغيل بناءً على درجة حرارة الرأس 245 درجة مئوية والاحترار الأوسط حتى 235 درجة مئوية. ولكن مع إزالة الحرارة هذه عن طريق الفتيل ، يمكن أن تنخفض درجة الحرارة الأساسية إلى 225 درجة مئوية ، وهذه زيادة حادة في اللزوجة. وهكذا ، تم الحصول على خيط من البلاستيك تمتد ؛ تمزق طبقة ساخنة تلتصق الركيزة أثناء حركة الرأس.

وهكذا ، قمت بحساب التغييرات اللازمة: - زيادة درجة حرارة تسخين الرأس إلى 255 درجة مئوية (إذا كنت تستخدم مستشعر درجة حرارة أسرع ونظام تحكم أسرع في درجة حرارة الرأس - على الأقل PID ، ولكن نظام التحكم في درجة الحرارة التنبئي / التنبئي لا يزال ممكنًا).

أيضًا ، قم بتقليل معدل التغذية إلى معدل ذوبان محسوب نظريًا.
والحقيقة هي أنه بالنسبة لضغط الرأس ، قمت بتقليل طوله بشكل كبير - وبالتالي انخفاض سرعة البثق مقارنة بالنماذج الأولية.

وهكذا ، عند إجراء التغييرات ، بدأت في طباعة اختبار أولاً ، ثم المنتج. كل شيء سار بشكل جيد للغاية ، حتى الالتواء ، الذي كان دائمًا آفة عند الطباعة باستخدام مادة البولي أميد ، لم يكن رائعًا.

أخذت هذا كمثال على حقيقة أن النظرية تصف العمليات بشكل كاف ولا يمكنها فقط شرحها ، ولكن أيضًا توقع بعض المعلمات المهمة.

في جوهره لا يوجد شيء مفاجئ أو جديد للغاية.

من المهم لوصف ما يحدث في الرأس عمليات التوصيل الحراري والتدفق اللزج.

خلاصة القول هي أن الشعيرة لا تذوب على الفور. معدل نقل الحرارة للبلاستيك منخفض ، السعة الحرارية عالية جدًا. من أساسيات الفيزياء ، نعلم أن معظم المواد تذوب بمجرد وصول درجة حرارتها إلى نقطة الانصهار. نظرًا لأن السائل البلاستيكي المصهور شديد اللزوجة ، فإن الخلط الداخلي ليس نموذجيًا له. إنه (تدفق) هو رقائقي (يتم تحديده بواسطة معيار رينولدز ، بالنسبة لسائل أكثر لزوجة ، احتمال انخفاض الحركة المضطربة) ، أي أن الطبقات لا تختلط ، تنتقل درجة الحرارة بشكل أساسي عن طريق الموصلية الحرارية.

إذا لم يذوب الجزء المركزي من الفتيل ، فإن الانسداد ممكن ، وكما نرى ، خيارات أخرى لمنع الطباعة العادية. بالمناسبة ، في حالة بلاستيك ABS ، فإن صورة عدم الذوبان مختلفة تمامًا ، والجزر الموحلة - الخيوط - مرئية في ذوبان شبه شفاف ، ولكن هناك فقاعات أيضًا. صحيح ، يبدو أنه لا يتداخل مع الالتصاق عند الطباعة. على الأقل لا تتدخل كثيرًا كما أفهمها.

لذلك يتم تحديد سرعة الرأس من خلال سرعة اختراق الفتيل بالكامل إلى المركز. يحدث هذا عن طريق نقل الحرارة من طبقة إلى أخرى. يتم تحديد وقت التسخين من خلال تدفق الحرارة والكتلة والسعة الحرارية للطبقة. تتلقى الطبقة التالية الحرارة كلها من نفس جدار الرأس ، لكن المسار الذي تمر به الحرارة سيصبح أطول ، مما يعني مقاومة حرارية أكبر ، مما يعني أن معدل التسخين سيصبح أقل وبالتالي إلى المركز - سيكون أبطأ وأبطأ. صحيح ، يتم تقليل كتلة الأسطوانات عن طريق تقليل قطرها.

وبالتالي ، فإن العامل الذي يحدد أداء الرأس في ذوبان البلاستيك هو طول جزء التسخين. حاولت اللعب مع "المبرد الساخن" ، فقد أدى ذلك بالفعل إلى زيادة سرعة العمل بطريقة ما ، ولكن خطر التشويش يزداد إذا لم تتحكم في درجة حرارة المبرد. كلما زاد جزء التسخين ، زاد أداء الصهر. التبعية خطية. نعم نعم! الخطي وبالمناسبة ، فإن أداء أقطار الشعيرات المختلفة هو نفسه تقريبًا. هذا يتبع بوضوح من الحسابات. نعم ، يزداد وقت الذوبان الكامل بما يتناسب مع مربع القطر. لكن مساحة المقطع العرضي للخيوط ، وبالتالي حجم وحدة الطول ، يتناسب أيضًا مع مربع قطر الفتيل.

النقطة المهمة التالية التي تؤثر إلى حد كبير:

- مقاومة الفوهة. للأسف ، كنت مخطئًا مرة واحدة ، مثل مؤلفي السؤال في reprap.org/wiki/Hotend_theory حول شكل الفوهة. هذا سؤال تم حله منذ فترة طويلة عن طريق الديناميكا المائية ، ويمكن العثور على إجابته حتى في معظم الكتب الدراسية العادية. استخدمت "عمليات وأجهزة التكنولوجيا الكيميائية" بواسطة Kasatkin. أنا لا أوصي به. كتاب مربك لكني تعلمت منه. وعاش ونجا. الإجابة هي أن المقاومة تتحدد بشكل أساسي بقطر الفوهة ولزوجة السائل وطول جزء الفوهة. أي أنه ليس من المنطقي جعله ممدودًا أو ماكرًا في شكل مكافئ. قمت بحساب هذا والتحقق منه تجريبيًا. نسخة حقيقية مع فوهة ممدودة ، تبدو مناسبة جدًا لطابعات الأقلام. هناك ، من المهم أن يكون سلسًا جدًا ، وليس على الإطلاق تورمًا بسبب احتكاك الطبقات لخط الصيد. لكن المقاومة عالية ، عالية جدا.

صحيح ، في هذه الحالة نحن نتحدث عن السوائل النيوتونية. لم أكن قادرًا على رؤية عدم نيوتونية ذوبان البوليمر السائل تجريبيًا. تضغط أكثر - تتدفق أكثر. ثم يغلق - بالفعل بسبب عدم الاختراق ، أو تمزيق الخط مع هوبولت ، أو الانزلاق هوبولت. ستحدث نفس المقاومة في جميع أنحاء منطقة الذوبان. نسبتها كبيرة جدًا ، خاصة في حالة الفتحات ذات الأقطار الكبيرة (0.5 مم أو أكثر). علاوة على ذلك ، في حالة خيوط ذات قطر أصغر ، سيكون هذا المكون أكبر نسبيًا.

لذلك من أجل انخفاض حاد في المقاومة في قسم الفوهة ، تحتاج فقط إلى جعلها رقيقة جدًا. بمعنى - فوهة قناة رقيقة. ولكن هنا بالفعل سيكون النحاس سيئًا. الصلب والفويل الصلب. ثم يمكننا التحدث عن فوهات 0.1 ملم. إذا قمت بعمل فتحات للتآكل الكهربائي ، فيجب أن تعمل الأقطار الأصغر بسرعات طباعة مقبولة.

لقد توصلنا إلى طباعة الأجزاء الصغيرة. إذا قمت بعمل حوائط على الجدران بفوهة رقيقة وقمت بملء القلب بفوهة ذات قطر كبير ، يمكنك الحصول على سرعة طباعة جيدة بتفاصيل عالية (يمكن استخدام البلاستيك بنقاط انصهار مختلفة لحماية المحيط الخارجي من التشوه عند التعبئة).

وهذا يعني أن مسألة التحسينات الإضافية للرؤوس تعتمد على مسألة معدل ذوبان الفتيل.

وهنا ليس ميئوسا منه! كما يمكننا أن نعرف ، بثقنا الصناعي الذي يصنع خيوط وخطوط الصيد لنا يقذفها بسرعات تصل إلى عشرات الأمتار في الثانية!
رؤوسنا هي 30-300 ، حسناً ، 500 مم في الثانية. بالأمتار ، يبدو 0.03-0.5. لماذا؟
يستخدمون مثقاب ساخن. تم استخدامه لفترة طويلة. يحل البرغي بشكل جذري مسألة نقل الحرارة من الأسطح الساخنة إلى السطح المراد صهره.

ومع ذلك ، في رأس صغير لجعل اوجير ساخنة بدت ليست مستحيلة فحسب ، بل غير ضرورية. باقتراح وفكرة من زملائي الفيزيائيين ، تم اقتراح حل يمكن أن يزيد عدة مرات من معدل الذوبان في نفس الجزء. علاوة على ذلك ، تعتمد مسألة درجة التسارع بشكل أساسي على القدرات التكنولوجية للتصنيع. من الصعب جدًا الحصول على التفاصيل المتعلقة بالمعدات التي أملكها ، وليس لدي المال للطباعة على طابعة مساحيق معدنية للطلب. ليس لدي حتى آلة طحن ، وأقوم بتعديل عمق الحفر بتمرير الغسالة إلى المثقاب. قررنا تسمية الشيء الصغير - Turbulator.

فقط لدي شكوك في أن أي شخص يحتاج إلى بحثي. أخبروني على الفور - "نعم ، الطابعة تهتز بسرعة 300 مم / ثانية". نعم ، نحتاج إلى عمل مخطط حركي آخر ، نحتاج إلى صنع طارد آخر. مختلفة بشدة. بحيث تكون كتلة الرأس مع الطارد أقل عطلًا بكثير ولا تحتوي على عيوب الطارد. أعتقد أن المخطط مع الإحداثيات الديكارتية XYZ ، من حيث المبدأ ، لن يكون قادرًا على العمل بسرعات عالية. وفقًا لتقديراتي ، إذا قمت بتطبيق ميكانيكا في نظام الإحداثيات القطبية αRZ في كثير من الحالات ، يمكن أن تصبح سرعة الطباعة عالية جدًا. للتعويض عن تأثير الطرد المركزي ، يمكن تطبيق نظام طباعة غير مستو. الطباعة كما لو كانت على سطح كرة. هذا ، بالطبع ، ليس من السهل تنفيذه من وجهة نظر برمجية ، ولكن تم الحصول على العديد من التطورات التكنولوجية بهذه الطريقة.طرق لتعقيد العمليات الحسابية للحصول على نتائج أفضل أو تبسيط الميكانيكا.

قبل ذلك ، قمت بنشر سلسلة من المقالات حول تصميم هذه الرؤوس:

geektimes.ru/post/259730
geektimes.ru/post/259738
geektimes.ru/post/259832

هناك العديد من الأماكن الطويلة ، بشكل عام الأغلبية صحيحة ، وبعض الأماكن مفيدة (حول الرؤوس مع فوهات طويلة - هذه عتيقة من الأمية الهندسية - كنت أنا كذلك) ، بعض الأشياء مفصلة للغاية ، الحسابات والصيغ - هذا هو الجحيم ، كيف يمكنك ارتكاب الأخطاء؟ المبرد الساخن أفضل بدونه ، على الرغم من أنه أبطأ قليلاً. بالمناسبة ، من خلال المشعات الضخمة للعديد من الرؤوس ، فإن كفاءتها منخفضة - يتم نقل الكثير من الحرارة. في الحالة الأخيرة ، يعطي الحساب كفاءة تصل إلى 20٪. 7 واط من 40 لكل ذوبان. هذا للنايلون / البولي أميد. مع ABS و PLA سيكون مختلفًا.
أريد أيضًا أن أنتقل إلى الزملاء والأشخاص ذوي التفكير المماثل - أود أن أصنع مقالة حول نظرية وممارسة حساب hotends ، موجزة ومصححة ، مع نتائج التجارب على Turbulator ، وكذلك جعلها متاحة باللغة الإنجليزية لمجتمع RepRap. إذا كنت تعتقد أن هذه فكرة جيدة ، أقترح على الأقل الموافقة ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالمقال ، ساعدني في تصحيح / ترجمة ذلك ، إذا كان بإمكان أي شخص (أنا أميل إلى استخدام مترجم جوجل) وأخبرني كيف وأين أضعه بشكل أفضل. لا تقدم مسمار في المرحاض - لا يوجد نسخة ورقية 8))

Source: https://habr.com/ru/post/ar401075/