Sur le développement des têtes d'impression FDM 3D. Partie 1

Fin 2013, après mûre réflexion et étude d'Internet, j'ai décidé de construire une imprimante 3D dont l'assemblage m'a inspiré l'idéologie de la «petite mécanique» et, à commencer par la petite, je me suis engagé dans le développement et la modernisation de mes nœuds d'imprimante.

Une partie de l'imprimante comme la tête s'est avérée plutôt mystérieuse. Cela signifie que le détail des principes de sa construction n'a pas été trop écrit, et sur le Web était plein de plaintes concernant le plastique coincé et de mauvaise qualité. Je n'ai moi-même rencontré aucun problème avec la tête - probablement parce que j'ai immédiatement acheté une tête de qualité auprès d'un bon fabricant.
Quoi qu'il en soit, le sujet du développement de la tête m'a intéressé. J'ai commencé à faire des prototypes. Cela s'est plutôt bien passé. Mais, plus je me plongeais dans le sujet, plus il y révélait de subtilités et de petites choses et plus c'était intéressant. Il s'est alors avéré que pendant plusieurs mois, j'ai développé la tête et le mécanisme d'alimentation de l'imprimante 3D manuelle Lix Pen. Cela m'a ajouté de l'expérience et des capacités techniques. Maintenant, je continue à étudier ce sujet, je crois que j'ai accumulé beaucoup d'informations sur ce sujet et je veux le partager si quelqu'un est intéressé.

En général, l'objectif principal de mes expériences est d'augmenter considérablement la vitesse et la résolution des imprimantes 3D de type FDM.


Figure. 11 Type de tête 3.1
ATTENTION! Les exemples de têtes d'impression décrits ci-dessous ne sont pas un produit, ils ne sont pas à vendre, car ce sont des produits à grande vitesse / d'enregistrement / expérimentaux et personne ne les produit.
Dans cette partie, nous considérerons: - 1. La tête, la structure générale et les processus qui s'y déroulent. Extrusion. Friction. - 1.1 Zones de tête - 1.2 Calcul de la vitesse de fusion du filament et de son effet. - 1.3 L'effet de la friction. Sa cote. Barrière thermique. Radiateur chaud. - 1.4 Embouteillages. - 1.5 Calcul des flux de chaleur et des gradients au repos et en mouvement, dans la tête. Calcul de radiateur chaud avec et sans lui.

introduction
Le principe de fonctionnement des imprimantes 3D FDM est qu'une ligne de pêche en plastique (généralement appelée filament) est poussée par une extrudeuse dans la tête d'impression (HotEnd) à partir de laquelle elle est extrudée sous la forme d'une ligne de pêche mince. Le microcontrôleur contrôle le mouvement de la tête et du bureau (le produit imprimé y est situé), de sorte que le produit est formé à partir de cette ligne de pêche. Il y a beaucoup de subtilités dans ce processus, mais l'essence est précisément là-dedans. Il est clair que la précision du produit d'impression est déterminée par la précision du positionnement de la tête par rapport à la table, mais pas seulement! Le diamètre de la ligne de pêche pressée est également important. Pas même le diamètre, mais la largeur de la ligne de pêche. De la buse de la tête, la masse fondue est extrudée sous la forme d'un cylindre, c'est le cas, mais pour fixer les couches ensemble, la hauteur de la tête au-dessus de la pièce est prise légèrement inférieure au diamètre de la buse.Dans le même temps, la ligne de pêche est légèrement tachée et élargie.

En pratique, l'épaisseur de la couche est choisie en fonction de l'objectif - 1,5 à 2 fois moins que le diamètre de la buse.


Fig.1 Ligne de pêche broyée
Dans la partie inférieure de la figure 1, on voit que la surface de contact avec le substrat est très petite et qu'il n'y a pratiquement pas d'élargissement de la ligne de pêche. Dans la partie supérieure de la figure, vous pouvez voir l'aplatissement de la ligne de pêche, tandis que la zone de contact augmente, ainsi que la largeur de la ligne de pêche. Dans les descriptions d'imprimante, le paramètre d'épaisseur de couche minimale est souvent indiqué. Cependant, cela caractérise la résolution d'impression sur un seul axe ... Sur les deux autres, le diamètre de la buse (la largeur de la ligne de pêche, qui est obtenue à partir du diamètre de la buse et de l'épaisseur de la couche) est largement déterminant. Pour illustrer, j'ai essayé de dessiner de petits détails sur la figure 2 avec des lignes épaisses. Il ne faut pas oublier que changer le mouvement de la buse à angle droit est une chose indésirable car le plastique sera appliqué deux fois sur certaines zones. Cela entraînera un gonflement et une extrusion le long des bords, ce qui dégradera la qualité d'impression.Par conséquent, plus souvent les angles sont imprimés avec certains filets.

Fig. 2
Nous pouvons voir l'arrondi des coins dans l'image. Un remplissage incomplet à l'intérieur a peu d'effet sur la résistance. En général, un degré de remplissage d'une partie de 40 à 60% est généralement utilisé, mais cela dépend de nombreux facteurs. Lors de l'impression avec du polyamide sec, j'ai utilisé un remplissage de 15 à 20%. Dans ce cas, seuls le contour extérieur, le haut et le bas de la pièce sont imprimés en couche continue. Par défaut - 3 couches à partir du bord, puis remplissez. Donc, pour un objet imprimable haute résolution, vous aurez besoin du plus petit diamètre de buse possible. Cela pose un autre problème - la vitesse d'impression. Supposons que notre tête donne une vitesse d'extrusion décente de 100 mm / s, avec un diamètre de buse de 0,3 mm. Il s'agit du taux d'extrusion de plastique à la sortie de la buse. Calculons combien il sera en centimètres cubes, ce qui conduira à des centimètres:

V = L * 3,14 * D² / 4 = 10 * 3,14 * 0,03² / 4 = 0,007068 cm³ / s

Supposons qu'une densité de remplissage de 0,4 ne soit pas suffisante, bien sûr, mais ...

0,007068 / 0, 4 = 0,01767 cm³ / s

Il s'avère que 1 centimètre cube de la pièce avec un degré de remplissage de 0,4, une imprimante avec une buse de 0,3 mm imprimera 56,5 secondes. Environ - 1 minute. Volume partiel d'un litre - 1000 minutes, environ 16 heures. Le résultat n'est pas inspirant. Il est clair que lorsque le diamètre est doublé, à la même vitesse d'extrusion, la vitesse d'impression va quadrupler.
Donc - si nous avons une mécanique d'imprimante parfaite, pour obtenir de meilleurs résultats, nous devons avoir la vitesse d'extrusion maximale pour la buse la plus fine. Dans le cas d'une buse d'un diamètre de 0,3 mm, le véritable rayon minimum d'arrondi des faces peut être à mon avis d'un demi-millimètre. Cela est dû à une certaine expansion de la ligne de pêche lors de l'écrasement de la tête. Même dans une petite mesure - mais cela est nécessaire pour que la force ne tombe pas trop. Beaucoup ont noté la résistance inégale des produits le long des axes X, Y et Z. La résistance le long de l'axe Z est plus faible en raison du fait que les couches ne peuvent pas se lier suffisamment. Avec un bon écrasement de la ligne de pêche, par exemple, une hauteur de couche ½ du diamètre de la buse, ce problème n'est pas perceptible.
Un autre objectif associé à ces deux est de réduire la masse de la tête d'impression. Dans la plupart des imprimantes, la tête se déplace dans un ou deux plans. Plus tôt il bouge, plus vite il imprime. Il existe cependant des modèles où tout le bureau se déplace. Une chose incroyable. Le bureau est beaucoup plus lourd que la tête, même avec une extrudeuse. De plus, la partie imprimée y est collée. Des accélérations alternées constantes doivent absolument s'efforcer de le rompre. Et la tête est en fer, il est difficile de la casser.
Maintenant, la tête elle-même est HotEnd. En général, il n'est pas trop lourd, mais il y en a une mais - l'option de connexion la plus courante - celle de Greg ou de Wade, consiste à placer une extrudeuse - une unité qui pousse le filament dans HotEnd, de manière constructive avec la tête. Cela augmente considérablement la masse. Option de connexion bowden, lorsque l'extrudeuse est fixe et connectée à la tête avec un long tube mobile en téflon (le téflon donne peu de friction) à travers lequel le filament pénètre dans la tête. Cette solution n'est pas trop fiable, la force transmise n'est pas si grande, de plus, il est difficile de contrôler rapidement l'écoulement du plastique dans la tête. Pour des vitesses d'impression très élevées, il ne convient pas, à mon avis.
D'autre part, la grande masse de la tête mobile avec l'extrudeuse, avec un mouvement rapide, provoque des charges importantes sur le châssis de l'imprimante, et il faut également plus d'énergie pour déplacer toute cette masse. Cela signifie qu'un aspect de la considération devrait être la réduction de la masse totale de l'unité d'impression.
Conclusions:
Trois tâches principales affectant la vitesse et la qualité d'impression:
1. Obtenir une buse réalisable avec un diamètre éventuellement petit
2. En même temps avec une vitesse élevée
3. Et en même temps, de sorte que la masse de l'unité d'impression soit aussi petite que possible.
Ce sont des problèmes dont la solution, je pense, est importante pour améliorer les imprimantes 3D FDM, et dont les solutions seront discutées ici.

Chapitre 1. La tête, l'appareil général et les processus qui s'y déroulent. Extrusion. Friction.

1.1 Zone de la tête. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, vous devez comprendre les processus qui se produisent dans la tête afin de les optimiser. Prenons donc un schéma simplifié de l'intérieur de la tête. cm Fig.3

Fig.3
voir quels processus ont lieu dans les zones désignées.
Dans la zone A , nous voyons un filament froid entrant. Ses propriétés n'ont pas encore changé par rapport au chauffage, de sorte que sa résistance au mouvement est déterminée par le frottement contre les murs. Il peut être bien réduit en utilisant une doublure en Téflon - un tube, car le Téflon, à des températures pas très élevées, lorsqu'il n'a nulle part où fuir (juste la doublure), fonctionne bien et que le frottement de glissement est très faible.
Maintenant section B- couleur verte. Dans cette partie, le plastique est déjà légèrement chauffé par les parois et ses propriétés mécaniques se dégradent, mais la fluidité ne s'est pas encore manifestée.
J'ai suspecté l'existence de ce site selon les résultats d'expériences avec une très longue chambre de fusion à canal étroit (pour un meilleur contact thermique).

Soudain, le taux d'extrusion a chuté de façon spectaculaire. L'intervalle de diamètre était d'environ 0,1 mm. J'ai suggéré qu'avec un chauffage partiel, la résistance de la tige en plastique diminue, et elle commence à se plier dans le canal sous l'influence de la pression de l'extrudeuse avec un rayon de courbure plus petit, c'est-à-dire que trop de points de friction sont produits contre le mur, ou même une légère inflation provoque la formation d'un bouchon, mais pas où c'est nécessaire, pas dans la zone d'un gradient de température élevé (plus à ce sujet ci-dessous).
En faveur de la formation d'un tel serpent-ressort dit que lors de l'extrusion une grande post-extrusion a été observée. Autrement dit, après que l'extrudeuse se soit arrêtée de la buse, le plastique continue de s'étouffer. Pour vérification et élimination, le canal a été foré à 2,0 mm avec 1,8 mm. Le jeu était de 0,3 mm. La vitesse a considérablement augmenté. Ce phénomène est probablement plus caractéristique d'un filament de petit diamètre, car la rigidité de la tige en flexion avec une diminution de diamètre diminue selon la loi du troisième ou du quatrième degré. Cependant, avec une certitude absolue, cela ne peut pas être considéré comme la principale raison de l'échec dans ce cas, car une erreur supplémentaire a été éliminée - la section de sortie de la buse était trop longue. 4-5 fois plus longtemps que recommandé et normal. En raison d'une erreur de fabrication. Cependant, à en juger par les calculs des forces de friction dans le nez de la buse (donnés ci-dessous),un long canal d'échappement n'aurait pas dû donner une telle diminution de vitesse.
Section C. La température augmente et la déformation plastique de la barre commence. Sous pression, il est réparti sur les côtés, formant un piston. J'ai rencontré une description de ce phénomène sur la page http://reprapology.info/archive/1422/rheology/ Merci, chers collègues! Ce moment était facilement vérifiable - sur un fil de pêche de 3 mm de diamètre, il suffisait de laisser la tête refroidir après l'impression, puis, en chauffant rapidement, retirer la ligne de pêche avec un afflux durci. La conception de la tête m'a permis de le faire facilement.
Ainsi, le piston résultant sert d'obstacle aux couches inférieures de liquide liquide plus chaud et ne leur permet pas de se briser. De telles percées se sont produites dans certaines conditions, je pouvais aussi les observer. Par conséquent, ce phénomène est utile, donc je l'appelle «l'embouteillage du travail». Cependant, dans un certain nombre de conditions, le liège commence à croître en longueur. Un ajustement serré aux murs sur une grande partie de la masse semi-solide augmente fortement la résistance. Il y a un "embouteillage" - la congestion. J'ai également pu obtenir ce phénomène sur mes têtes expérimentales, bien que sous certaines conditions.
Le fait est que, bien sûr, principalement, un bouchon de liège se produit en raison d'une conception infructueuse de la tête et seulement à la suite de cela, le plus souvent pendant le temps d'inactivité à l'état chauffé. De toute évidence, il ressort clairement de la figure que la section du «bouchon de travail» doit avoir une certaine longueur - pas plus courte et pas plus qu'optimale. Je ne pouvais pas rencontrer le défaut «trop court un bourrage de travail», mais «trop long» est un phénomène fréquent. Il est clair que si l'on considère l'état stationnaire, la longueur du «bouchon de travail» est déterminée par la différence de température (gradient) du début de la zone C jusqu'à sa fin. Dans le cas des plastiques avec une température de fonctionnement de 230 ° C, la température inférieure du début de sa formation se situe probablement au-dessus de 100-110 ° C.En fait, ce fait explique l'utilisation de ventilateurs et de barrières thermiques dans les têtes de travail - lorsque l'impression est arrêtée (et pas seulement),ils empêchent la montée de la chaleur et, par conséquent, la croissance du liège et son déplacement dans les zones indésirables.
Section D. Aussi pas une simple section. Le fait est que dans cette zone, le plastique doit être fondu jusqu'au centre, c'est-à-dire complètement. Sinon, si un noyau non fondu s'approche de la buse, une extrusion inégale du plastique est observée - non pas une ligne de pêche solide est pressée, mais une sorte de guirlande de saucisses avec des constrictions ou pour les pessimistes - "kakashist". À des vitesses légèrement inférieures, l'utilisation de polyamide fraîchement séché peut être observée dans une ligne de pêche transparente extrudée, le long de l'axe, de petites inclusions de plastique turbide non fondu de forme cylindrique. Ce phénomène a été bien observé sur la tête de type 3.3 avec un diamètre de filament de 1,6-1,7 mm et un diamètre de buse de 1 mm, avec une vitesse d'alimentation du filament de 500 à 1000 mm / min. Voici quelques images.
Un exemple de polyamide séché à une alimentation de 500 mm / min, une température de 225 ° C, le glissement de la ligne de pêche dans l'extrudeuse est d'environ 10%.

Fig. 4
On peut voir que la ligne de pêche est presque partout plate, seulement très bouillonnante. Ne vous inquiétez pas - cette fonction est le résultat d'une combinaison - un énorme diamètre de la buse de sortie et un débit d'alimentation élevé.
C'est tout de même, mais la vitesse d'avance du filament est de 1000 mm / min, et le coefficient de glissement est d'environ 50%! Autrement dit, l'offre a en fait augmenté à peine de 5 à 10%. Coefficient de glissementJe l'utilise pour indiquer le fait qu'avec une augmentation de la vitesse d'avance, la vitesse d'extrusion de la ligne de pêche augmente et, par conséquent, la résistance à pousser la ligne de pêche augmente. À un moment donné, les dents du boulon ne peuvent pas faire face à la capture de la ligne de pêche et commencer à le déchirer ou à glisser dessus. Dans ce cas, la vitesse d'avance réglée commence à dépasser la vitesse réelle - nous la déterminons par le poids de la ligne de pêche pressée. Pour 100% je considère le respect total des manches, pour 0%, l'arrêt complet des manches. Cette valeur caractérise très bien la pression d'extrusion, 80% signifie généralement un processus stable et uniforme.

Fig. 5
Une certaine grosseur est visible, bien qu'elle soit mal visible à cause du bouillonnement.

Fig.6
Voici du polyamide séché, diamètre de filament 1,7 mm, alimentation 500 mm / min, température 215 ° C. Il n'y a pas de bouillonnement, il y a des constrictions. Soit dit en passant, le séchage a été effectué dans un four électrique, 30 min à 100 ° C, 30 min à 120 ° C. Rétrécissement de 5,5% de la masse. Un séchage supplémentaire pendant une heure à 120 ° C a entraîné une diminution du poids de 0,5 à 1,0%. En même temps, ma ligne de pêche était partiellement déformée - le four n'est probablement pas le meilleur appareil pour sécher.
Conclusion - 1 heure, avec une augmentation progressive de la température est suffisante pour le séchage. Le séchage n'a pas affecté de manière significative la vitesse d'extrusion. Un point important! Au fil du temps, le polyamide et l'ABS absorbent l'humidité de l'air. Lors de l'impression, cela entraîne l'apparition de bulles dans la ligne de pêche, ce qui signifie des saillies et des irrégularités sur le produit fini. Cela doit être combattu.

Fig. 7
Bonne ligne de pêche uniforme, le diamètre marche un peu. Avance 300 mm / min. Le glissement est presque nul.
Section E - zone de compression d'écoulement.La théorie enseigne que la forme et la longueur de cette section ne sont pas trop importantes - le plus court sera le mieux. Il y avait des soupçons, certains camarades de Roboforum, qu'en raison de la nature visco-élastique du polymère fondu, cela pourrait ne pas être le cas. Les expériences ont confirmé l'avantage des buses les plus simples, avec un grand angle d'entrée obtenu en forant avec un foret conventionnel, en un seul passage. Tous les forets étagés, les buses coniques allongées (jusqu'à 1k13 d'allongement), les buses avec un profil parabolique ont été testés et se sont révélés être beaucoup plus à friction pire que la buse la plus simple fabriquée à l'aide d'une perceuse avec un angle d'affûtage de 118 °. Donc, pour le moment, je pense que cela n'a aucun sens. Une question avec un filament rempli - ce n'est peut-être pas le cas.
Section F - buse buse.En fait, plus c'est court, mieux c'est. Recommandé jusqu'à 0,4 mm. C'est la zone avec la plus grande résistance, donc sa longueur affecte grandement la résistance. Avec une longueur de 0,4 mm et un diamètre de buse de 0,2 mm, il s'est avéré que 49% de toutes les résistances tombaient sur cette partie. Il s'agit de la dernière version de la tête V4_1. La méthodologie pour obtenir ces données sera plus faible. Mais il faut garder à l'esprit que l'allongement de cette section réduit non seulement la vitesse, mais a également un effet de lissage sur le filet, réduisant les ballonnements à haute vitesse. Certes, il est toujours nécessaire de savoir si cela affecte la qualité d'impression - après tout, le filet est immédiatement taché sur la pièce

Conclusions: La division de la tête en fonction des processus qui y pénètrent est décrite. Leurs principaux processus sont en cours. Plug-piston de travail. Fusion complète du filament. La teneur en eau du filament, son effet, le séchage. Les formes de buses alternatives sont le perçage progressif.
1.2 Calcul de la vitesse de fusion du filament et de son effet.
J'ai calculé le taux de fusion d'une tige cylindrique en plastique à partir de la surface
selon la loi de Fourier, en supposant que la chaleur n'est pas gaspillée lors d'une transition de phase (comme la glace fondante) (ce qui n'est pas très vrai dans le cas du polyamide - elle a une cristallinité notable, mais l'erreur est faible), que la fusion des couches fondues ne se produit pas - cela est proche de la vérité, car, en raison de la viscosité élevée du plastique fondu, son écoulement dans un tuyau de pas trop grand diamètre (1,7 et 3,0 mm) est laminaire.
J'ai considéré pour une mince couche cylindrique de plastique, la puissance thermique entrant dans cette couche: P = λ * S * ΔTdv / l, où λ est la conductivité thermique du plastique, S est la zone de transfert thermique, l est l'épaisseur de la couche de conductivité thermique, en comptant à partir de la surface chauffée. ΔTdv - la force motrice du processus, la différence de température entre le chauffage et les surfaces chauffées. Si la puissance dépasse la puissance du chauffage, ΔTdv a été calculé dans la formule, calculé à partir de la condition que la puissance du chauffage est égale. Selon la formule Q = M * C * Δtr, ΔTr a été calculé - un changement de la température du matériau chauffé sur cette couche, à ce pas de temps. Ainsi, il a été considéré en couches, avec une étape assez petite dans la table Calc du package Libre Office. J'ai pris une taille de pas de 0,15 mm et un intervalle de temps de 0,02 s.
Voyons maintenant comment l'objet va chauffer à partir d'une surface chauffante à température constante - comme dans notre cas. De la loi de Fourier, nous savons que la vitesse de chauffe est proportionnelle à la différence de température, c'est-à-dire - «force motrice», Δt. Compter. La surface de chauffe est t = 250 º, la température cible est t = 230 º. Température initiale t = 20 º. Prenons le temps pendant lequel un tiers de la différence de température initiale ((250-20) / 3 = 77 º) est chauffé égal à T.De plus, la température finale dans l'intervalle est t = 97 º (20 + 77), et la moyenne Δt = ((250- 20) + (250-97)) / 2 = 191 º. Au cours du prochain intervalle de temps T = 2, l'objet chauffera également jusqu'à un tiers de la «force motrice» restante Δt = 250-97 = 153 º, et la température finale dans l'intervalle deviendra t = 97 + 51 = 148 º et la moyenne Δt = ((250-97) + (250-148)) / 2 = 127,5 º.

Sur l'intervalle de temps T = 3, Δt = 250-148 = 102 º, et la température finale devient t = 148 + (102/3) = 182 º et la moyenne Δt = ((250-148) + (250-182)) / 2 = 85 º.

Sur = 4, Δt = 250-182 = 68 º, la température deviendra t = 182 + (68/3) = 205 º et la moyenne Δt = ((250-182) + (250-205)) / 2 = 56, 5 º.

Sur = 5, Δt = 250-205 = 45 º, la température deviendra t = 205 + (45/3) = 220 º et la moyenne Δt = ((250-205) + (250-220)) / 2 = 37, 5 º.

Sur = 6, Δt = 250-220 = 30 º, la température deviendra t = 220 + (30/3) = 230 º et la moyenne Δt = ((250-220) + (250-230)) / 2 = 25 º . Ainsi, lorsque chauffé depuis la surface avec une légère surchauffe (20 ° C), nous avons obtenu une sortie aux paramètres définis pour 6 intervalles de temps conventionnels T.
Voyons maintenant ce qui se passe si nous augmentons cette différence de température. Nous calculons le même chauffage à partir de la surface de chauffe avec t = 320 º - une telle possibilité technique est disponible dans la tête de cette conception.

= 1, Δt = 320-20 = 300 º, la température devient t = 20 + (300/3) = 120 º et la moyenne Δt = ((320-20) + (320-120)) / 2 = 250 º.

T = 2, Δt = 320-120 = 200 º, la température devient t = 120 + (200/3) = 187 º et la moyenne Δt = ((320-120) + (320-187)) / 2 = 166,5 º.

= 3, Δt = 320-187 = 133 º, la température devient t = 187 + (133/3) = 231 º et la moyenne Δt = ((320-187) + (320-231)) / 2 = 111 º.

Il s'avère qu'en chauffant le plastique plus chaud que la tête n'a besoin, nous augmenterons sensiblement le taux de fusion. Pas mal, cette solution peut être utile, même si un certain nombre de difficultés se présenteront. De plus, cela affectera positivement la viscosité du plastique liquide, car la vitesse de fusion du plastique n'est pas le seul facteur limitant le débit de plastique de la buse. Cela a été pris en compte dans le calcul, grâce auquel il est devenu possible de considérer le mode de fonctionnement avec surchauffe. Il s'est avéré une merveilleuse table faite dans LibreOfficeCalc, qui vous permet d'envisager le chauffage de la barre avec un ensemble de facteurs et donnant la possibilité de calculer où et quelle température sera. Ne grondez pas pour l'utilisation d'Excel analogique - elle fait son travail.

Le temps de fusion total du polyamide PA6 d'un diamètre de 1,7 mm, à une température de chauffage de 280 ° C, à une température de 200 ° C, avec une puissance de chauffage de 30 W, était de 2,88 s, et dans le cas d'un chauffage avec une température de 240 ° C à 3,24 s. Pour le même plastique avec un diamètre de 3 mm et une puissance de chauffage de 50 W, avec une température de chauffage de 280 ° C et un chauffage à 200 ° C - 8,64 s, et avec un chauffage avec une température de 240 ° C - 9,84 s. Il s'agit des données de calcul lors de la substitution des paramètres des têtes réelles de type 4.1 et 3.3. De plus, selon les résultats des calculs, un profil du front de fusion des filaments dans la tête a été construit.

Fig. 8
À partir de la valeur du temps requis pour la fusion de la tige, la longueur nécessaire de la zone de fusion ou la vitesse de fusion maximale possible du filament peut être considérée.
Pour la vérification expérimentale des calculs pour un filament de 1,7 mm de diamètre, j'ai utilisé une tête de type 3,3 avec une buse percée à 1 mm pour un filament de 1,7 mm et une tête de type 4,1 avec une buse de 0,9 pour un filament de 3 mm. Une si grande ouverture devait réduire considérablement la résistance à l'éclatement due à la viscosité, ne laissant qu'une limitation de l'éclatement de la masse fondue. Étant donné que le débit de fusion de la buse est beaucoup plus élevé que la vitesse d'avancement du filament (proportionnellement à la différence entre les carrés des diamètres), la partie non fondue du filament ne peut pas simplement sortir du trou, elle bloque la buse et si elle est plus petite que le diamètre de la buse, elle la brise en morceaux par un flux . La température est déjà assez élevée, la résistance du noyau fondu est donc faible.Ce phénomène peut être observé lors de l'extrusion de polyamide séché (la fonte non séchée est trouble à cause des bulles de vapeur), à l'état fondu, elle est transparente, et dans la ligne de congélation chaude de la buse, de petits îlots boueux d'inclusions étaient visibles le long de l'axe.
Comment la sortie a été mesurée, ce qui signifie un glissement: Tout d'abord, l'extrudeuse a été calibrée. Sur une mission (par exemple) de 50 cm, il a écrasé la ligne de pêche à basse vitesse pour être sûr de l'absence de glissement. Il a été mesuré combien il a vraiment vendu. Des marques ont été apposées sur une ligne de pêche avec un stylo-feutre. La gravité spécifique du filament a été calculée - un morceau de filament de 1 m de long a été coupé, le diamètre a été soigneusement mesuré à plusieurs endroits. Cette pièce a été pesée. La densité a été calculée à partir de ces données.- Soit dit en passant, le type de polyamide peut être assez bien jugé par sa densité, ce qui nous permet de juger de ses autres caractéristiques, telles que la résistance, le point de fusion et l'absorption d'eau.
La vitesse d'alimentation réelle maximale du filament pendant le chauffage à 280 ° C pour un diamètre de 3 mm était de 6,52 mm / s. La vitesse d'alimentation réelle est obtenue en divisant le poids de la ligne de pêche pressée par le temps de travail de l'extrudeuse, puis divisée par la densité (nous obtenons le volume par seconde), puis par la section transversale du filament. Pour cette tête, la longueur de la zone de fusion peut être estimée à environ 50 mm. Ainsi, le temps de fusion de l'expérience est τ = 50 / 6,52 = 7,67 s. C'est le moment de la fusion complète du filament d'un diamètre de 3 mm. Plus précisément, ce n'était pas un filament, mais une ligne de pêche trimmer, son diamètre était stable. Dans le cas d'une ligne de pêche à la coupe d'un diamètre de 1,6 mm, son diamètre "marchait" de 1,62 mm à 1,68 mm. Pour un tel filament, le taux de fusion complète était de 4,17 s. La différence avec le calculé est un peu plus importante que dans le premier cas. Je comprends que cela est dû à la résistance d'un canal de travail plus étroit ..C'est une bonne coïncidence avec la théorie. Le taux de fusion complet pour un autre diamètre est susceptible d'être quadratique (et calculé pour un filament de 3 mm, cela confirme).
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1.3 L'effet de la friction. Son évaluation Thermobarrier. Radiateur chaud. Il se manifeste dans toutes les parties de la tête. Le frottement du plastique froid, le frottement du plastique quelque peu chauffé dû au gonflement sur les côtés, le frottement du «bouchon de travail», le frottement du plastique liquide sur les parois et entre les couches et une résistance étonnamment élevée dans la dernière section de la buse. Bien qu'il soit généralement recommandé de le raccourcir, mais en raison du fait que la vitesse du plastique à cet endroit est la plus élevée et le diamètre du trou est petit, la résistance peut être très importante.
Le frottement sur la section de la tête et dans l'extrudeuse est également important, mais maintenant nous avons affaire à la tête. En raison de la température élevée, l'utilisation d'un insert en téflon à l'intérieur de la tête semble être une mauvaise solution, cependant, en raison de la fusion du plastique, la friction est réduite ici, ce qui signifie que le besoin de téflon disparaît. Cependant, le frottement à sec sur le métal doit être évité, et si le plastique glisse assez bien sur l'acier poli, l'aluminium ne le fera pas.
Donc, revenons au dessin de la tête avec des zones, image 3 - zone C, la zone de formation du bouchon de travail.
Pour réduire le frottement dans cette section, il est nécessaire de créer une grande différence de température (gradient) de la zone C - la formation du bouchon de travail, à la zone D - la fusion. Plus le gradient est grand, plus la longueur du bouchon de travail est petite et moins la résistance au frottement. Pour créer le gradient approprié, utilisez la barrière thermique. À partir des premières têtes de type 1.1, je l'ai réalisé avec un tube en acier inoxydable soudé (avec de la soudure en argent dur) à la tête en laiton, un petit radiateur à disque en aluminium a été placé sur le tube, à une distance d'environ 2-4 mm de la partie en laiton de la tête. En raison de la faible conductivité thermique de l'acier inoxydable (grade 304 ou X18H10) et de la conductivité thermique élevée de l'aluminium, le radiateur a acquis une température d'environ 100 ° C et a préchauffé la ligne de pêche en réduisant le temps de fusion, sans risque de colmatage. Depuis le radiateur a été soufflé par un ventilateur,il s'est avéré être une bonne stabilisation thermique - le liège ne pouvait pas monter, car avec l'augmentation de la température, le radiateur commençait à dégager de la chaleur beaucoup plus intensément. Dans la section du tube en acier au niveau du radiateur et au-dessus, un insert en téflon a été utilisé de l'intérieur, de sorte que le frottement accru de la section B a été réduit.
1.4. Embouteillages. Considérons, si possible, le processus de formation des embouteillages dans la tête et leur dégénérescence des «travailleurs» utiles en malveillants. Pour ce faire, calculez le flux de chaleur dans différentes parties de la tête et réfléchissez-y.

En général, pendant le fonctionnement de l'extrudeuse et de la tête, la ligne en plastique est convertie en un produit fondu et poussée à travers avec une force suffisamment grande à travers une ouverture de buse étroite. C'est clair. Soit dit en passant, pour certaines raisons, on peut estimer que la masse fondue dans la tête peut être sous une pression suffisamment élevée. La force d'une bonne extrudeuse peut atteindre dix kilogrammes par filament de 3 mm. J'ai mis un tel effort sur la barre lorsque je poussais le plastique à la main. C'est arrivé. Il couvre une superficie de 7 millimètres carrés sous 100 atmosphères. Eh bien, ce n'est pas trop difficile à mesurer - on insère dans la buse une tige en un matériau à faible conductivité thermique (PEEK, PTFE?) Et on mesure la pression du bouchon de débit. Pour une buse d'un diamètre de 0,5 mm - 2 grammes de force par atmosphère. Bien que ce ne soit pas trop important. Je n'ai pas mesuré.

Ainsi, la ligne de pêche pénètre dans la tête avec un espace. Rien ne retombe. Il est clair que pendant le chauffage, il y a un certain ramollissement du plastique et, sous l'influence de la force de l'extrudeuse, est distribué sur les côtés, tandis que les parois le permettent. La capacité de ramollir partiellement le plastique est facile à vérifier - elle l'est.

Encore une fois, il est clair que plus la différence de température est petite sur la longueur de la zone d'occurrence du liège, plus le liège sera étendu. Plus le contact complet du liège avec les murs est long, plus la résistance à la poussée est grande. Vous pouvez voir l'image 3 ... De plus, lorsque le plastique fond, le frottement contre les murs diminue et vous ne pouvez pas vous en soucier comme ça. Ainsi, plus la fiche de travail est courte, moins les frictions parasites sont importantes.

Imaginez que la longueur de la fiche de travail ne soit que de 0,1 mm. Il est clair qu'une couche aussi mince de matériau généralement pas trop résistant ne résistera pas à la contre-pression du plastique liquide, et elle éclatera et, après avoir traversé, durcira dans la partie froide, créant un bouchon inattendu. À quelques reprises, il m'est arrivé de m'en retirer. Là, vous pouvez clairement voir comment une percée s'est produite et le liquide a remonté toute la barre de filament. Soit dit en passant - dans TOUS les cas où j'ai eu des bouchons (bien que j'avais beaucoup de têtes expérimentales, mais les bouchons se sont rarement formés), je m'en suis débarrassé très simplement - laissez-le refroidir, puis allumez le chauffage, après quelques minutes, la commande «Inverser» à l'extrudeuse et la main avec tiré par la ligne de pêche. Je suggère que cela peut être dû à la conception de toutes mes têtes.- Avant la zone de fusion active, il y a un insert en téflon à l'intérieur du tube, avec un diamètre non inférieur au diamètre de la zone de travail de la tête.
Conclusion: la croissance et le blocage du liège se produisent, comme je le pense, du fait que, au ralenti, la chaleur monte sur les parois du support de tête (barrière thermique?), Et lorsque le travail commence, du plastique souple est distribué sur les côtés. Probablement, il devient fatal lorsqu'il n'y a pas de revêtement en téflon atteignant presque la tête elle-même.

1.5 Calcul des flux de chaleur et des gradients au repos et en mouvement, dans la tête. Calcul de radiateur chaud avec et sans lui.

1.5.1. La conception de la tête BASS type 1.3 et les flux de chaleur qui s'y trouvent. Le nom des premières lettres des matériaux utilisés Laiton, Acier inoxydable, Aluminium. Filament de 3 mm. Considérez les flux de chaleur, les températures et les processus en utilisant cette conception comme exemple. J'insère un

morceau de mon ancienne publication
«Imprimante Zd: une vue du côté de la tête», légèrement corrigé.


Fig. 9 Un peu selon le schéma de la Fig. 9: le violet à l'extérieur de la tête est une bobine de chauffage, il vaut mieux du nichrome, cependant, une résistance est souvent utilisée comme élément chauffant dans les têtes - cela est pratique en production, mais réduit la fiabilité et l'uniformité du champ de chauffage, car la résistance est située localement, donc elle subit une surchauffe locale. Cependant, il n'y a pas de différence fondamentale ici - une résistance ou un enroulement. Seulement - uniformité et vitesse de chauffe élevées, mais facilité et précision de la conception.

Le rouge au bas de la tête est la zone du polymère fondu, il est hétérogène, car le polymère change de viscosité sur une large plage de températures, et la zone orange est la zone où le polymère est déjà chauffé jusqu'à la plasticité, mais pas encore fluide. Cette zone est très importante - en elle, la tige en plastique se dilate légèrement, s'adapte parfaitement contre les parois et se transforme en un piston, qui pousse la fonte à travers la sortie - la filière. Le vert est la zone où des changements importants de ductilité ne se sont pas encore produits et la barre transfère davantage la pression sans se froisser. Différents ombres représentent une tête en laiton et un radiateur en aluminium. Le tube en fluoroplastique est surligné en blanc - le guide, en raison de très peu de friction, la barre le long de celui-ci passe avec une résistance minimale. Gris - tube en acier inoxydable, tête de palier et radiateur,ainsi qu'un anneau - insert - il vous permet d'éviter les contraintes mécaniques sur le tube en téflon dans la partie la plus chaude. C'est important - le téflon, dans de telles conditions, est extrêmement instable mécaniquement, donc ici il bute sur l'acier partout - il peut fuir un peu, mais pas bientôt, et ce morceau de tube en téflon est très facile à remplacer. Le tube en acier inoxydable est brasé à la tête en laiton avec une soudure en argent massif - par conséquent, il n'y a pas de questions sur la stabilité thermique et la résistance. L'anneau (poli de l'intérieur, pour réduire les frottements!), Est simplement encastré à l'intérieur et enfoncé en haut par un tube en Téflon. Veuillez noter - l'acier inoxydable doit être à faible conductivité thermique, pour cela, il a été choisi. Habituellement, c'est quelque chose comme 04X18H10.par conséquent, ici, il bute sur l'acier partout - il peut fuir un peu, mais pas bientôt, et ce morceau de tube en téflon est très facile à remplacer. Le tube en acier inoxydable est brasé à la tête en laiton avec une soudure en argent massif - par conséquent, il n'y a pas de questions sur la stabilité thermique et la résistance. L'anneau (poli de l'intérieur, pour réduire les frottements!), Est simplement inséré à l'intérieur et enfoncé en haut par un tube en Téflon. Veuillez noter - l'acier inoxydable doit être à faible conductivité thermique, pour cela, il a été choisi. Habituellement, c'est quelque chose comme 04X18H10.par conséquent, ici, il bute sur l'acier partout - il peut fuir un peu, mais pas bientôt, et ce morceau de tube en téflon est très facile à remplacer. Le tube en acier inoxydable est brasé à la tête en laiton avec une soudure en argent massif - par conséquent, il n'y a pas de questions sur la stabilité thermique et la résistance. L'anneau (poli de l'intérieur, pour réduire les frottements!), Est simplement encastré à l'intérieur et enfoncé en haut par un tube en Téflon. Veuillez noter - l'acier inoxydable doit être à faible conductivité thermique, pour cela, il a été choisi. Habituellement, c'est quelque chose comme 04X18H10.simplement inséré à l'intérieur et fixé par un tube en téflon. Veuillez noter - l'acier inoxydable doit être à faible conductivité thermique, pour cela, il a été choisi. Habituellement, c'est quelque chose comme 04X18H10.simplement inséré à l'intérieur et fixé par un tube en téflon. Veuillez noter - l'acier inoxydable doit être à faible conductivité thermique, pour cela, il a été choisi. Habituellement, c'est quelque chose comme 04X18H10.

Sur le côté gauche de l'image, vous voyez un graphique de température (graphique approximatif), le long de l'axe du tube. Je ne peux pas garantir l'exactitude de l'échelle, mais les directions sont correctes. Plus la distance de l'axe avec le marquage des zones est élevée, plus la température est élevée.
Nous ne répéterons pas. Seule la zone 4 est intéressante ici, vous pouvez voir comment est placé le radiateur chaud.

Zone 4- zone de ramollissement actif du plastique, zone de barrière thermique. On peut voir qu'il y a un petit espace entre la partie en laiton de la tête et le radiateur, auquel la température change très fortement. Ensuite, le plastique commence à se réchauffer pour former un bouchon qui sert de piston poussant de plus en plus. Comme l'ont montré des collègues de reprapology.info, si le piston-bouchon augmente de longueur, cela arrêtera l'impression en raison d'une friction accrue et de problèmes de nettoyage douloureux. Afin d'empêcher ce bouchon de croître, un petit radiateur est utilisé plus haut dans la 5ème zone. Avec l'afflux de chaleur le long du pont thermique de l'acier inoxydable, il se réchauffe, ce qui signifie qu'il commence à dissiper plus de chaleur. Ainsi, le processus s'auto-stabilise et entrer dans le domaine du travail durable n'est pas du tout difficile. La dissipation thermique par le radiateur est importante,et la résistance thermique du pont entre la tête et le radiateur est grande, donc l'augmentation de la température avec la distance est élevée, ce qui signifie que le point de température de travail optimale est le plus susceptible de s'insérer dans ce segment pour créer un piston court et efficace. La taille du radiateur chaud doit être sélectionnée de manière à ce que sa température soit de l'ordre de 100 à 110 degrés, probablement (c'est la température habituelle du bureau de l'imprimante). Ceci est fait de manière à ce que la plus grande partie possible de la zone de barrière thermique se trouve dans la plage de températures de travail probable (bouchage!).de sorte que sa température est de l'ordre de 100 à 110 degrés, probablement (c'est la température habituelle du bureau de l'imprimante). Ceci est fait de manière à ce que la plus grande partie possible de la zone de barrière thermique se trouve dans la plage de températures de travail probable (bouchage!).de sorte que sa température est de l'ordre de 100 à 110 degrés, probablement (c'est la température habituelle du bureau de l'imprimante). Ceci est fait de sorte que, autant que possible, la zone de barrière thermique soit dans la plage de températures de travail probable (bouchage!).

Donc, en bref, pour un fonctionnement stable de la tête, une zone étroite à haute résistance thermique (appelée barrière thermique) doit exister dans laquelle la température passerait d'une température de travail pendant une courte période (nous considérons 235) à 100 degrés - environ la température de la table de travail. Nous avons besoin d'un soufflage continu avec un petit ventilateur et il doit être dirigé vers le radiateur!
Conclusion: Le principe de la conception et du fonctionnement de la tête à l'aide d'un "radiateur chaud" est décrit.
1.5.2 Calcul du flux thermique de la tête. Calcul du flux de chaleur dans la zone allant de la tête au radiateur chaud.- conductivité thermique de l'acier inoxydable (nuances 304/316) K = 9,4 W / ° * m

Tailles de la tête: la longueur de la barrière thermique de la tête au radiateur chaud L = 3 mm, le diamètre extérieur est D = 8 mm, le diamètre intérieur est dû à la bague d'insertion d = 4 mm

- Nous considérons la température de la tête 260 ° C.

- Nous considérons le fonctionnement normal et la température souhaitable du radiateur chaud T = 110 ° C

- Les flux convectifs dans le cas de la tête d'une imprimante 3D, qui est soufflé par un ventilateur et se déplace constamment assez rapidement, peut être ignoré. Nous ne prendrons pas en compte le refroidissement en déplaçant l'air du radiateur et d'autres pièces, pour calculer la puissance dissipée, nous utilisons la formule approximative pour les radiateurs, en considérant que la tête mobile et légèrement soufflée est similaire à un radiateur dans des conditions normales. Chauffé depuis la surface de la table chauffante - également négligé compte tenu, d'une part, d'une distance suffisamment grande de sa surface et, d'autre part, de souffler et de déplacer la tête. Nous pensons qu’ils sont dans une certaine mesure mutuellement compensés. Cependant, sur une imprimante qui fonctionne, les détails sur la table chauffante ne chauffent pas sensiblement.

- Jusqu'à une température de 100 ° C, le transfert de chaleur par rayonnement n'est pas recommandé du tout - trop peu, avec une augmentation de la température proportionnelle au quatrième degré de température. Refroidir la tête par rayonnement - peu nous importe, il y a un capteur de température, s'il refroidit, il fait chaud. La température du radiateur chaud est proche de celle recommandée pour le non-calcul de 100 ° C - nous ne considérons pas le rayonnement.
La section de transfert de chaleur de la tête au radiateur chaud.

Surface de transmission S = 3,14 * D² / 4 - 3,14 * d² / 4 = 3,14 * 8 * 8/4 - 3,14 * 4 * 4/4 = 37,7 mm²

Pour la porter au mètre carré, dans le cas du coefficient de conductivité thermique donné, la surface est nécessaire divisé par un million.

Nous calculons le flux de chaleur dans un radiateur chaud. En raison du fait que la conductivité thermique de l'aluminium est 50 fois plus élevée que celle de l'acier inoxydable, nous considérons la température uniforme dans tout le radiateur (le long de l'axe, elle est de 5 millimètres). La température aux bords du radiateur dans le cadre de ce calcul ne nous intéresse pas.

W = K * S * ΔT / L

L - n'oubliez pas de diviser par 1000, car le coefficient que nous utilisons est dimension - mètres, sur la section de la tête au radiateur chaud ΔT = 260 -110 = 150 °

Il s'avère W = 9, 4 * 37,7 * 150/3 * 1000 - un million (surface en mm²) et un millier a diminué, un millier est resté.

W = 17,72 W de flux de chaleur vers un radiateur chaud.
1.5.3. Calcul du bilan thermique du radiateur. Calcul du gradient. Calcul du flux de chaleur dans la zone allant du radiateur chaud au support de tête:

- Longueur de la barrière thermique L = 8 mm

- Zone de transmission S = 3,14 * D² / 4 - 3,14 * d² / 4 = 3,14 * 8 * 8/4 - 3,14 * 6 * 6/4 = 21,99 mm²
dans cette section il n'y a pas d'anneau - doublure, de sorte que le diamètre intérieur a augmenté, et la zone de transfert de chaleur - diminué

- La différence de température. Nous considérons la température de fixation de la tête normale et attendue 30 ° C, ce qui signifie ΔT = 110-30 = 80 ° C.

Nous considérons W = 9,4 * 21,99 *

80/8000 = 2,07 W - 17,72 W de chaleur pénètre dans le radiateur, mais 2 , 07W, différence Δ W = 15,65 W.
Cette chaleur doit être dissipée par le radiateur dans l'air. Dans le travail, une partie de la chaleur sera emportée par le filament, chauffant dans cette section des parois du tube. Cependant, nous n'envisagerons pas encore cela. Il s'avère que nous devons supposer que toute cette chaleur est dissipée par le radiateur.
Calcul du flux thermique dissipé par le radiateur selon une formule simplifiée.

- Q = 50 / √S Où Q est la résistance à la chaleur du radiateur, en degrés par watt, et S est la surface du radiateur, maintenant en centimètres carrés ... une telle formule. Oui, la formule est faible et se trouve parfois, mais selon les données de mesure, vous pouvez entrer la correction pour des conditions spécifiques. Nous prenons en compte. Ce radiateur a un diamètre extérieur de 20 mm, un intérieur 8 mm. Hauteur - 5 mm.

-Calculer sa zone de travail, il se compose du disque supérieur, du disque inférieur et de la zone des ailettes du radiateur. S = 2 * (3,14 * D² / 4 - 3,14 * d² / 4) + 3,14 * D * H = 2 * (3,14 * 20 * 20/4 - 3,14 * 8 *
8/4 ) + 3,14 * 20 * 5 = 841 mm² = 8,41 cm²

- Calculer la résistance thermique du radiateur Q = 50 / √8,41 = 17,24 degrés / watt

- Calculons la température à laquelle un tel radiateur peut dissiper 15,65 W de chaleur reçue à la fin du deuxième point de calcul. ΔT = 15,65 * 17,24 = 270 ° C. De plus, il s'agit d'une différence de température. Nous considérons la température de l'air dans l'imprimante de travail à 30 ° C, nous obtenons une température délicate de 300 ° C.
Maintenant, ce serait bien de vérifier les calculs.

Avec une table chauffante allumée à 110 ° C et une tête à 260 ° C avec un
thermomètre électronique inséré dans le trou de vis du radiateur, les températures ont été mesurées jusqu'à un maximum de lectures pendant plusieurs minutes.

La température s'est avérée être bien inférieure à celle calculée - 111,9 ° au lieu de 300 °

Cela signale clairement l'inexactitude du modèle. Le maillon le plus faible ici est la formule de calcul de la résistance thermique d'un radiateur, elle est empirique et calculée pour un radiateur sans refroidissement forcé. Dans notre cas, il y a un ventilateur, bien que faible et souffle de loin. Je considère qu'il est possible d'introduire un coefficient de ventilation linéaire pour clarifier le calcul de la résistance thermique. Nous le calculons en le substituant dans nos formules sous la forme

Q = 50 / (√S * K). température initiale 260 ° C Nous prenons la température du radiateur chaud 111,9 °

W = K * S * ΔT / L Dans la section de la tête au radiateur chaud ΔT = 260 -111,9 = 148,1 °
Il s'avère que W = 9,4 * 37,7 * 148 , 1/3 * 1000 = 17,49 W.
Calcul du flux de chaleur dans la zone allant du radiateur chaud au support de tête:

- Zone de transmission S = 3,14 * D² / 4 - 3,14 * d² / 4 = 3,14 * 8 * 8/4 - 3,14 * 6 * 6/4 = 21,99 mm²

- Différence de température de conduite. La température de fixation de la tête est de 30 ° C, ce qui signifie ΔT = 111,9-30 = 81,9 ° C. Nous supposons W = 9,4 * 21,99 * 81,9 / 8000 = 2,11 W

- Il s'avère que le radiateur comprend 17,49 W de chaleur, et sort 2,11 W, la différence Δ W = 15,37
Calculons la résistance thermique du radiateur. Nous prenons K = 3. Autrement dit, l'efficacité de notre radiateur est trois fois plus élevée en raison du soufflage du ventilateur. Q = 50 / √8,41 * 3 = 5,75 degrés / watt

Calculons la température à laquelle un tel radiateur peut dissiper 15,37 W de chaleur

ΔT = 15,37 * 5,75 = 88,37 ° C. Compte tenu de la température de l'air dans le fonctionnement imprimante 30 ° C, obtenir une température de 118,37 ° C.
Si vous calculez la température du radiateur pour la température de la tête 220 ° C = 94 ° C avec le coefficient obtenu et comparez avec la mesure 97,7 ° C, vous obtenez une bonne correspondance.
Conclusion: Le gradient de température pour le cas de 260 ° C G = (260 - 112) / 3 = 49 ° C / mm. On peut lire la température du "radiateur chaud" avec une bonne précision et le flux de chaleur dans le support de tête. En conséquence, nous pouvons définir les exigences en modifiant les tailles correspondantes.
1.5.4. Calcul du flux de chaleur de la tête sans radiateur chaud et comparaison des gradients.

Et comment ça va se passer si on ne met pas de radiateur? Nous allons calculer les débits sans bague d'insertion, il a été conçu pour le déchargement en température d'un tube en Téflon et n'a de sens qu'en liaison avec un radiateur chaud.Pour une température de 260 ° C, le flux de chaleur vers le support dans le cas d'un radiateur sera de 2,07 Watt.
Calcul du flux de chaleur dans la zone de la tête au support:

- La longueur de la barrière thermique L = 8 + 3 + 5 = 16 mm Nous ajoutons toutes les longueurs - et le radiateur aussi.

- Zone de transmission S = 3,14 * D² / 4 - 3,14 * d² / 4 = 3,14 * 8 * 8/4 - 3,14 * 6 * 6/4 = 21,99 mm²

- Différence de température. Nous considérons la température de fixation de la tête normale et attendue 30 ° C, ce qui signifie ΔT = 260-30 = 230 ° C.

Nous considérons W = 9,4 * 21,99 * 230/16000 = 2,97 W Cependant, c'est une fois et demie plus.

Nous calculons les gradients pour 16 mm G = (260-30) / 16 = 14,4 degrés / millimètre.

Il y a une grande différence par rapport à 49 degrés / millimètres, surtout si l'on considère que dans le cas d'un radiateur, au ralenti, le bouchon montera de plus de la moitié de toute la surface, c'est-à-dire qu'à une distance de 8 mm de barrière thermique la température sera ΔT / 2 + T = 230/2 + 30 = 145 ° C Cette température est sans ambiguïté, au-dessus du début de la formation du liège et au-dessous de la fusion. De plus, une telle longueur de bouchon de 8 à 10 mm suffit à s'arrêter. Et dans le cas d'un ventilateur, plus de 3 millimètres de liège avec un temps d'inactivité ne fonctionneront pas.
Conclusions: un «radiateur chaud» évite vraiment le risque de colmatage lors de l'utilisation d'un insert en Téflon et augmente le gradient de température de travail, ce qui entraîne une diminution des frottements au niveau du bouchon de travail.
1.5.5. Calcul des flux de chaleur dans la tête avec un mouvement uniforme des filaments.

Les conditions sont les mêmes, la tête est la même. Le flux de filament se déplace à une vitesse de 1,5 mm / s, ce qui correspond à une vitesse d'extrusion pour une buse de 0,3 mm = 150 mm / s ou pour une buse de 0,5 mm = 54 mm / s. La densité du polyamide est de 1,18 mg / mm³. Puisqu'un segment sensiblement chaud (100-110) à la tête a une longueur L = 5 mm (longueur d'un radiateur chaud), à une vitesse de 1,5 mm / s, le filament passe en 3,3 secondes, tandis que les parois sont fermées avec un insert en téflon d'une épaisseur l = 1 mm = 0,001 m et diamètre intérieur D = 4 mm, nous pouvons calculer le flux de chaleur possible donné par les murs:

P = λ * S * ΔT / l, où λ = 0,25 W / m * K est la conductivité thermique du téflon, S = π * D * L = 3,14 * 4 * 5 = 62,8 mm² = 0,0000628 m² - surface transfert de chaleur, l est l'épaisseur de la couche de conductivité thermique. ΔT est la différence de température. La température du radiateur chaud est d'environ 110 ° C, le filament entrant est au moins légèrement réchauffé, on considère donc la température d'entrée 30 ° C ΔT = 110-30 = 80 ° C.

P = λ * S * ΔT / l = 0,25 * 0,0000628 * 80 / 0,001 = 1,25 W, 1 millimètre de filament pourra recevoir 1,25 / 5 = 0,25 joules de chaleur chaque seconde. Pendant 3,3s, le temps passé dans le radiateur, il pourra obtenir 3,3 * 0,25 = 0,825 j. Nous calculons la puissance nécessaire pour chauffer 1 mm de plastique entrant à ΔT = 80 ° C. Volume = 1 * 3,14 * D² / 4 = 1,5 * 9 * 3,14 / 4 = 7,065 mm³ / s

Poids = 7,65 * 1,15 = 8,124 mg / s

Puissance, Q = M * C * ΔT = 8.124 * 1700 * 80/1000000 = 1,1 W C'est le cas lorsque tout le plastique est chauffé à partir d'une température initiale de 30 ° C à partir d'un radiateur à une température de 110 ° C.

Ainsi, la chaleur que peut obtenir 1 mm du filament, en passant par le radiateur, à travers la paroi en téflon, sera = 0,825 joules. Dans le même temps, pour un chauffage complet à 110 ° C, la même tranche, 1.1j est requise. En utilisant la plaque pour modéliser le chauffage de la barre faite au paragraphe 1.2, j'ai calculé plus précisément. Avec la longueur du radiateur chaud 5 mm, sa température 110 ° C, et la vitesse du filament avec un diamètre de 3 mm et une température de 30 ° C, avec un flux de chaleur vers le radiateur de 15 watts, le chauffage du milieu du filament ne sera que de 2 degrés, mais une barre de 1 mm peut prendre 0, 88j de chaleur, qui est légèrement supérieure à 0,825j, qui peut pénétrer. 0,825 J représentera environ 75% du chauffage total. Si la longueur du radiateur est de 10 mm, la barre recevra 1,06 J de chaleur, ce qui représentera 96% du chauffage total, et le centre même se réchauffera jusqu'à 32 ° C.Pour un chauffage à 100%, il faudrait amener la longueur du radiateur à 30 millimètres, et cela n'a pas beaucoup de sens - il fondra de toute façon dans la tête.
Voici les détails de la tête de type 3.1, - à 1,75 filament. Juste pour la beauté.

Figure. 10 Détails pour la tête Type 3.1
Conclusions: - la puissance nécessaire pour chauffer le plastique entrant à une vitesse donnée: 4,25 W

; - le flux thermique donné par les parois au filament dans la zone chaude du radiateur: 2,00 W

;

- Pour les grands débits, pour le bon fonctionnement du mécanisme du "radiateur chaud" il faudra augmenter le flux thermique entre la tête et le radiateur et la longueur de la zone de contact avec le radiateur. Facteur de.

- Il est possible d'utiliser un ventilateur séparé d'un radiateur chaud contrôlé par un capteur de température, de manière à maintenir la température à environ 100 ° C.

L'utilisation d'un radiateur chaud n'est pas du tout nécessaire, mais cela semble être un moyen simple pour aiguiser la différence de température dans le tube de support, en évitant le risque que le bouchon de travail ne devienne bloquant et aide à résoudre le problème de refroidissement du point de fixation de la tête.
La deuxième partie arrive bientôt.

Source: https://habr.com/ru/post/fr382561/