Tentang pengembangan kepala printer FDM 3D, Bagian 1

Pada akhir 2013, setelah banyak berpikir dan mempelajari Internet, saya memutuskan untuk membangun printer 3D, selama perakitan yang saya terinspirasi oleh ideologi "teknik mesin kecil" dan, mulai dari yang kecil, terlibat dalam pengembangan dan modernisasi node printer saya.

Bagian dari printer seperti itu ternyata agak misterius. Ini berarti bahwa secara rinci tentang prinsip-prinsip pembangunannya tidak ditulis terlalu banyak, dan di Web penuh dengan keluhan tentang plastik yang macet dan berkualitas buruk. Saya sendiri belum mengalami masalah dengan kepala - mungkin karena saya langsung membeli kepala berkualitas dari produsen yang baik.
Pokoknya, topik pengembangan kepala saya tertarik. Saya mulai membuat prototipe. Ternyata cukup baik. Tetapi, semakin saya mempelajari topik ini, semakin banyak kehalusan dan hal-hal kecil yang terungkap di dalamnya dan semakin menarik. Kemudian kebetulan bahwa selama beberapa bulan saya mengembangkan mekanisme head and feed untuk printer 3D manual Lix Pen. Itu menambah saya pengalaman dan kemampuan teknis. Sekarang saya terus mempelajari topik ini, saya percaya bahwa saya telah mengumpulkan banyak informasi tentang topik ini dan saya ingin membagikannya jika ada yang tertarik.

Secara umum, tujuan utama percobaan saya adalah untuk secara signifikan meningkatkan kecepatan dan resolusi pencetakan printer jenis 3D FDM.


Ara. 11 Tipe Kepala 3.1
PERHATIAN! Contoh printhead yang dijelaskan di bawah ini bukan produk, mereka tidak untuk dijual, karena mereka adalah produk berkecepatan tinggi / rekam / eksperimental dan tidak ada yang memproduksinya.
Pada bagian ini kita akan mempertimbangkan: - 1. Kepala, struktur umum dan proses yang terjadi di dalamnya. Ekstrusi. Gesekan. - 1.1 Zona kepala - 1.2 Perhitungan kecepatan leleh filamen dan efeknya. - 1.3 Efek gesekan. Peringkatnya. Penghalang termal. Radiator panas. - 1.4 Kemacetan lalu lintas. - 1.5 Perhitungan fluks dan gradien panas saat istirahat dan bergerak, di kepala. Perhitungan radiator panas dengan dia dan tanpa dia.

pengantar
Prinsip operasi printer 3D FDM adalah bahwa tali pancing plastik (biasanya disebut filamen) didorong oleh pengekstrusi ke dalam print head (HotEnd) yang darinya diekstrusi dalam bentuk tali pancing tipis. Mikrokontroler mengontrol pergerakan kepala dan desktop (produk yang dicetak terletak di atasnya), sehingga produk terbentuk dari pancing ini. Ada banyak kehalusan dalam proses ini, tetapi esensi justru dalam hal ini. Jelas bahwa keakuratan produk cetak ditentukan oleh keakuratan posisi kepala relatif terhadap meja, tetapi tidak hanya itu! Diameter pancing terjepit juga penting. Bahkan diameternya, tapi lebar pancingnya. Dari nozzle kepala, lelehan diekstrusi dalam bentuk silinder, begitulah, tetapi untuk mengikatkan lapisan-lapisan itu secara bersamaan, ketinggian kepala di atas bagian itu diambil sedikit kurang dari diameter nozzle.Pada saat yang sama, tali pancing sedikit ternoda dan melebar.

Dalam praktiknya, ketebalan lapisan dipilih tergantung pada tujuannya - 1,5-2 kali lebih kecil dari diameter nozzle.


Gambar. 1 Menghancurkan pancing
Pada bagian bawah Gambar 1 terlihat bahwa permukaan kontak dengan substrat sangat kecil, dan pelebaran pancing hampir tidak terjadi. Di bagian atas gambar, Anda dapat melihat perataan pancing, saat bidang kontak bertambah, serta lebar pancing. Dalam deskripsi printer, parameter ketebalan lapisan minimum sering ditunjukkan. Namun, ini mencirikan resolusi cetak hanya pada satu sumbu ... Pada dua lainnya, diameter nosel (lebar pancing, yang diperoleh dari diameter nosel dan ketebalan lapisan) sangat menentukan. Sebagai ilustrasi, saya mencoba menggambar detail kecil pada Gambar 2 dengan garis tebal. Perlu diingat bahwa mengubah gerakan nosel pada sudut yang tepat adalah hal yang tidak diinginkan karena fakta bahwa plastik akan diterapkan dua kali ke beberapa daerah. Ini akan menyebabkan pembengkakan dan ekstrusi di sepanjang tepinya, yang akan menurunkan kualitas cetak.Karena itu, sudut yang lebih sering dicetak dengan fillet tertentu.

2
Kita bisa melihat pembulatan sudut-sudut pada gambar. Isi di dalam yang tidak lengkap memiliki sedikit efek pada kekuatan. Secara umum, tingkat pengisian bagian 40-60% biasanya digunakan, tetapi ini tergantung pada banyak faktor. Saat mencetak dengan poliamida kering, saya menggunakan isian 15-20%. Dalam hal ini, hanya kontur luar, bagian atas dan bawah dari bagian yang dicetak dalam lapisan kontinu. Secara default - 3 lapisan dari tepi, lalu isi. Jadi - untuk objek yang dapat dicetak dengan resolusi tinggi, Anda akan membutuhkan diameter nozzle sekecil mungkin. Ini menimbulkan masalah lain - kecepatan cetak. Misalkan kepala kita memberikan kecepatan ekstrusi yang layak 100 mm / s, dengan diameter nozzle 0,3 mm. Ini mengacu pada tingkat ekstrusi plastik di pintu keluar nozzle. Mari kita hitung berapa dalam sentimeter kubik, yang mengarah ke sentimeter:

V = L * 3.14 * D² / 4 = 10 * 3.14 * 0.03² / 4 = 0.007068 cm³ / s

Misalkan kepadatan pengisian 0,4 tidak cukup, tentu saja, tapi ...

0,007068 / 0, 4 = 0,01767 cm³ / s

Ternyata 1 sentimeter kubik bagian dengan tingkat pengisian 0,4, printer dengan nozzle 0,3 mm akan mencetak 56,5 detik. Secara kasar - 1 menit. Bagian volume satu liter - 1000 menit, kira-kira 16 jam. Hasilnya tidak menginspirasi. Jelas bahwa ketika diameter digandakan, pada kecepatan ekstrusi yang sama, kecepatan cetak akan meningkat empat kali lipat.
Jadi - jika kita memiliki mekanisme printer yang sempurna, untuk mencapai hasil yang lebih baik, kita harus memiliki kecepatan ekstrusi maksimum untuk nosel tertipis. Dalam kasus nosel dengan diameter 0,3 mm, jari-jari pembulatan minimum nyata dari wajah bisa dari setengah milimeter, menurut pendapat saya. Hal ini disebabkan beberapa ekspansi pancing saat menghancurkan kepala. Bahkan untuk sebagian kecil - tetapi ini diperlukan agar kekuatannya tidak jatuh terlalu banyak. Banyak yang mencatat kekuatan yang tidak merata dari produk di sepanjang sumbu X, Y, dan Z. Kekuatan di sepanjang sumbu Z lebih rendah karena fakta bahwa lapisan-lapisan tersebut tidak dapat mengikat dengan cukup. Dengan penghancuran yang baik dari pancing, misalnya, ketinggian lapisan ½ diameter nosel, masalah ini tidak terlihat.
Tujuan lain yang terkait dengan keduanya adalah untuk mengurangi massa unit kepala cetak. Di sebagian besar printer, kepala bergerak dalam satu atau 2 pesawat. Semakin cepat bergerak, semakin cepat ia mencetak. Namun, ada model di mana seluruh desktop bergerak. Suatu hal yang luar biasa. Desktop jauh lebih berat daripada kepala, bahkan dengan extruder. Selain itu, bagian yang dicetak terjebak di sana. Akselerasi bergantian konstan harus berusaha keras untuk memutuskannya. Dan kepalanya besi, sulit untuk mematahkannya.
Sekarang kepala itu sendiri adalah HotEnd. Secara umum, ini tidak terlalu berat, tetapi ada satu tetapi - opsi koneksi yang paling umum - Greg atau Wade, melibatkan menempatkan extruder - unit yang mendorong filamen di HotEnd, secara konstruktif dengan kepala. Ini secara dramatis meningkatkan massa. Opsi koneksi bowden, ketika extruder diperbaiki dan terhubung ke kepala dengan tabung Teflon bergerak panjang (Teflon memberikan sedikit gesekan) melalui mana filamen memasuki kepala. Solusi ini tidak terlalu dapat diandalkan, kekuatan yang ditransmisikan tidak begitu besar, apalagi, sulit untuk dengan cepat mengontrol aliran plastik ke kepala. Untuk kecepatan pencetakan yang sangat tinggi, itu tidak cocok, menurut saya.
Di sisi lain, massa besar kepala yang dapat dipindah-pindahkan dengan pengekstrusi, dengan gerakan cepat, menyebabkan beban besar pada bingkai printer, dan juga membutuhkan energi ekstra untuk memindahkan semua massa ini. Ini berarti bahwa salah satu aspek pertimbangan haruslah pengurangan massa total unit pencetakan.
Kesimpulan:
Tiga tugas utama yang mempengaruhi kecepatan dan kualitas pencetakan:
1. Mendapatkan nozzle yang bisa dikerjakan dengan diameter yang mungkin kecil
2. Pada saat yang sama dengan kecepatan tinggi
3. Dan pada saat yang sama, sehingga massa unit pencetakan sekecil mungkin.
Ini adalah masalah yang solusinya, saya percaya penting untuk meningkatkan printer 3D FDM, dan solusi siapa yang akan dibahas di sini.

Bab 1. Kepala, perangkat umum dan proses yang terjadi di dalamnya. Ekstrusi. Gesekan.

1.1 Zona kepala. Untuk mengatasi masalah di atas, Anda perlu memahami proses yang terjadi di kepala untuk mengoptimalkannya. Jadi, mari kita ambil diagram yang disederhanakan dari bagian dalam kepala. cm. Gbr.3

Gbr.3
lihat proses apa yang terjadi di area yang ditentukan.
Di zona A , kita melihat filamen dingin yang masuk. Sifat-sifatnya belum berubah dari pemanasan, jadi ketahanannya terhadap gerakan ditentukan oleh gesekan pada dinding. Ini dapat dikurangi dengan menggunakan liner Teflon - sebuah tabung, karena Teflon, pada suhu yang tidak terlalu tinggi, ketika tidak ada tempat bocor (hanya liner), bekerja dengan baik, dan gesekan geser di atasnya sangat rendah.
Sekarang bagian B- warna hijau. Pada bagian ini, plastik sudah sedikit dipanaskan dari dinding dan sifat mekaniknya memburuk, tetapi fluiditas belum terwujud.
Saya menduga keberadaan situs ini menurut hasil percobaan dengan ruang leleh yang sangat panjang dengan saluran sempit (untuk kontak termal yang lebih baik).

Tiba-tiba, tingkat ekstrusi turun secara dramatis. Celah diameternya sekitar 0,1 mm. Saya menyarankan bahwa dengan pemanasan parsial, kekuatan batang plastik berkurang, dan mulai membengkokkan saluran di bawah pengaruh tekanan ekstruder dengan radius tikungan yang lebih kecil, yaitu, terlalu banyak titik gesekan dihasilkan pada dinding, atau bahkan sedikit inflasi menyebabkan gabus terbentuk, tetapi tidak di mana itu perlu, bukan di zona gradien suhu tinggi (lebih lanjut tentang ini di bawah).
Dalam mendukung pembentukan seperti ular-pegas mengatakan bahwa selama ekstrusi diamati pasca ekstrusi besar. Yaitu, setelah pengekstrusi berhenti dari nosel, plastik terus tersedak. Untuk verifikasi dan eliminasi, saluran dibor hingga 2,0 mm dengan 1,8 mm. Jaraknya 0,3 mm. Kecepatannya meningkat secara signifikan. Fenomena ini mungkin lebih khas dari filamen berdiameter kecil, karena kekakuan batang dalam lentur dengan penurunan diameter menurun sesuai dengan hukum baik tingkat ketiga atau keempat. Namun, dengan kepastian absolut, ini tidak dapat dianggap sebagai alasan utama kegagalan dalam kasus ini, karena satu kesalahan lagi dihilangkan - bagian outlet nozzle terlalu panjang. 4-5 kali lebih lama dari yang direkomendasikan dan normal. Karena kesalahan pembuatan. Namun, dilihat dari perhitungan gaya gesek di hidung nozzle (diberikan di bawah),saluran pembuangan yang panjang seharusnya tidak memberikan penurunan kecepatan.
Bagian C. Suhu menjadi lebih tinggi dan deformasi plastis dimulai. Di bawah tekanan, itu didistribusikan ke samping, membentuk piston. Saya bertemu dengan deskripsi fenomena ini di halaman http://reprapology.info/archive/1422/rheology/ Terima kasih, kolega! Momen ini mudah diperiksa - pada garis pancing berdiameter 3 mm, cukup untuk membiarkan kepala menjadi dingin setelah pencetakan, dan kemudian, menggunakan pemanasan cepat, lepaskan tali pancing dengan gelombang masuk yang mengeras. Desain kepala memungkinkan saya melakukan ini dengan mudah.
Jadi, piston yang dihasilkan berfungsi sebagai penghambat cairan lebih rendah dari lapisan plastik yang lebih rendah dan tidak memungkinkannya putus. Terobosan semacam itu terjadi dalam kondisi tertentu, saya juga bisa mengamatinya. Oleh karena itu, fenomena ini bermanfaat, oleh karena itu saya menyebutnya "kemacetan kerja". Namun, di bawah sejumlah kondisi, gabus mulai tumbuh panjang. Kecocokan erat dengan dinding pada sebagian besar massa semi-padat secara tajam meningkatkan resistensi. Ada "kemacetan lalu lintas" - kemacetan. Saya juga bisa mendapatkan fenomena ini di kepala eksperimental saya, meskipun dalam kondisi tertentu.
Faktanya adalah bahwa tentu saja, terutama, gabus terjadi karena desain kepala yang tidak berhasil dan hanya sebagai akibatnya, lebih sering selama waktu tidak bekerja dalam keadaan panas. Jelas, jelas dari gambar bahwa bagian "colokan yang berfungsi" harus memiliki panjang tertentu - tidak lebih pendek, dan tidak lebih dari optimal. Saya tidak dapat menemukan cacat “terlalu pendek macet”, tetapi “terlalu lama” sering terjadi. Jelas bahwa jika kita mempertimbangkan keadaan stasioner, panjang "steker yang berfungsi" ditentukan oleh perbedaan suhu (gradien) dari awal zona C ke ujungnya. Dalam kasus plastik dengan suhu operasi 230 ° C, suhu awal pembentukannya yang lebih rendah mungkin berada di wilayah di atas 100-110 ° C. Sebenarnya, fakta ini menjelaskan penggunaan kipas dan penghalang termal di kepala yang bekerja - saat pencetakan dihentikan (dan tidak hanya),mereka mencegah munculnya panas, dan dengan demikian, pertumbuhan gabus dan perpindahannya di daerah yang tidak diinginkan.
Bagian D. Juga bukan bagian yang sederhana. Faktanya adalah bahwa di zona ini plastik harus dilebur ke pusat, yaitu sepenuhnya. Jika tidak, jika inti yang tidak meleleh mendekati nosel, diamati ekstrusi plastik yang tidak merata - bukan tali pancing yang padat, melainkan sejenis karangan bunga sosis dengan konstriksi atau untuk pesimis - "kakashist". Pada kecepatan yang sedikit lebih rendah, menggunakan poliamida yang baru dikeringkan dapat dilihat dalam garis pancing transparan yang diekstrusi, di sepanjang sumbu, inklusi kecil dari plastik keruh yang tidak dilelehkan dalam bentuk silinder. Fenomena ini diamati dengan baik pada tipe 3,3 kepala dengan diameter filamen 1,6-1,7 mm dan diameter nozzle 1 mm, dengan kecepatan umpan filamen 500 - 1000 mm / menit. Ini beberapa gambar.
Contoh poliamida kering pada umpan 500 mm / menit, suhu 225 ° C, selip pancing di ekstruder adalah sekitar 10%.

Gambar. 4
Dapat dilihat bahwa tali pancing hampir rata-rata, hanya sangat bergelembung. Jangan khawatir - fitur ini adalah hasil dari kombinasi - diameter besar nosel keluaran dan laju umpan yang tinggi.
Itu semua sama, tetapi laju umpan filamen adalah 1000 mm / mnt, dan koefisien selip sekitar 50%! Artinya, pasokan sebenarnya meningkat hampir 5-10%. Koefisien slipSaya menggunakannya untuk menunjukkan fakta bahwa dengan peningkatan kecepatan umpan, kecepatan ekstrusi pancing meningkat dan, karenanya, resistensi untuk mendorong pancing meningkat. Pada titik tertentu, gigi hobbolt tidak dapat mengatasi penangkapan pancing, dan mulai merobeknya, atau tergelincir di atasnya. Dalam hal ini, kecepatan umpan yang ditetapkan mulai melebihi yang sebenarnya - kami menentukannya berdasarkan berat pancing yang diperas. Untuk 100% saya menganggap kepatuhan sepenuhnya inning, untuk 0%, penghentian inning lengkap. Nilai ini mencirikan tekanan ekstrusi dengan sangat baik, 80% biasanya berarti proses yang stabil dan seragam.

Gbr. 5
Beberapa benjolan terlihat, meskipun tidak terlihat karena menggelegak.

Gbr.6
Di sini adalah poliamida kering, diameter filamen 1,7mm, umpan 500 mm / menit, suhu 215º. Tidak ada gelembung, ada penyempitan. Omong-omong, pengeringan dilakukan dalam oven listrik, 30 menit pada 100º, 30 menit pada 120º. Penyusutan 5,5% dari massa. Pengeringan lebih lanjut selama satu jam pada 120 ° C menyebabkan penurunan berat sebesar 0,5-1,0%. Pada saat yang sama, tali pancing saya sebagian cacat - mungkin oven bukan perangkat terbaik untuk pengeringan.
Kesimpulan - 1 jam, dengan kenaikan suhu bertahap cukup untuk pengeringan. Pengeringan tidak secara signifikan mempengaruhi laju ekstrusi. Poin penting! Seiring waktu, baik poliamida maupun ABS mendapatkan uap air dari udara. Saat mencetak, ini mengarah pada munculnya gelembung di pancing, yang berarti tonjolan dan penyimpangan pada produk jadi. Ini harus diperangi.

Gbr. 7
Baik, pancing seragam, diameter berjalan sedikit. Pakan 300mm / mnt. Slippage hampir nol.
Bagian E - zona kompresi aliran.Teori ini mengajarkan bahwa bentuk dan panjang bagian ini tidak terlalu penting - semakin pendek semakin baik. Ada kecurigaan, beberapa kawan dari Roboforum, bahwa karena sifat visko-elastis dari pencairan polimer, ini mungkin tidak demikian. Eksperimen mengkonfirmasi keuntungan nozel yang paling sederhana, dengan sudut masuk yang besar diperoleh dengan mengebor dengan bor konvensional, dalam satu lintasan. Semua bor bertahap, nosel kerucut memanjang (hingga pemanjangan 1k13), nosel dengan profil parabola diuji, dan terbukti lebih banyak gesekan lebih buruk daripada nosel paling sederhana yang dibuat menggunakan bor dengan sudut runcing 118 °. Jadi, saat ini, saya pikir itu tidak masuk akal. Sebuah pertanyaan dengan filamen diisi - ini mungkin tidak terjadi.
Bagian F - nozzle nozzle.Bahkan, semakin pendek semakin baik. Direkomendasikan hingga 0,4 mm. Ini adalah area dengan resistensi terbesar, sehingga panjangnya sangat mempengaruhi resistensi. Dengan panjang 0,4 mm dan diameter nozzle 0,2 mm, ternyata, 49% dari semua hambatan jatuh pada bagian ini. Ini untuk versi terakhir dari kepala V4_1. Metodologi untuk mendapatkan data ini akan lebih rendah. Tetapi harus diingat bahwa memperpanjang bagian ini tidak hanya mengurangi kecepatan, tetapi juga memiliki efek perataan pada tetesan, mengurangi kembung pada kecepatan tinggi. Benar, masih perlu mencari tahu apakah ini mempengaruhi kualitas cetak - lagi pula, tetesan itu segera dioleskan pada bagian tersebut.

Kesimpulan: Pembagian kepala menurut proses masuk ke zona dijelaskan. Proses utama di dalamnya sedang berlangsung. Plug-piston yang berfungsi. Gesekan. Pencairan penuh filamen. Kadar air dalam filamen, efeknya, pengeringan. Bentuk nozzle alternatif adalah pengeboran langkah.
1.2 Perhitungan laju leleh filamen dan efeknya.
Saya menghitung laju leleh dari batang plastik silinder dari permukaan
menurut hukum Fourier, dengan asumsi bahwa panas tidak terbuang pada transisi fase (seperti es leleh) (yang tidak terlalu benar dalam kasus poliamida - ia memiliki kristalinitas yang nyata, tetapi kesalahannya kecil), bahwa pelelehan dari lapisan yang dicairkan tidak terjadi - ini mendekati kebenaran, karena, karena viskositas tinggi dari plastik cair, alirannya dalam pipa dengan diameter tidak terlalu besar (1,7 dan 3,0 mm) adalah laminar.
Saya mempertimbangkan untuk lapisan plastik silinder yang tipis, kekuatan termal yang memasuki lapisan ini: P = λ * S * dTdv / l, di mana λ adalah konduktivitas termal plastik, S adalah area perpindahan panas, l adalah ketebalan lapisan konduktivitas termal, dihitung dari permukaan yang dipanaskan. ΔTdv - kekuatan pendorong proses, perbedaan suhu antara permukaan yang dipanaskan dan yang dipanaskan. Jika daya melebihi daya pemanas, ΔTdv dihitung dalam rumus, dihitung dari kondisi bahwa daya pemanas sama. Menurut rumus Q = M * C * Δtr, ΔTr dihitung - perubahan suhu bahan yang dipanaskan pada lapisan ini, pada langkah ini. Dengan demikian, itu dianggap berlapis-lapis, dengan langkah yang cukup kecil di tabel Calc dari paket Libre Office. Saya mengambil ukuran langkah 0,15 mm dan interval waktu 0,02 detik.
Sekarang mari kita lihat bagaimana benda itu akan memanas dari permukaan pemanas dengan suhu konstan - seperti dalam kasus kami. Dari hukum Fourier, kita tahu bahwa laju pemanasan sebanding dengan perbedaan suhu, yaitu - "kekuatan pendorong", Δt. Menghitung. Permukaan pemanas adalah t = 250 º, suhu target adalah t = 230 º. Suhu awal t = 20 º. Mari kita ambil waktu di mana sepertiga dari perbedaan suhu awal ((250-20) / 3 = 77 º) dipanaskan sama dengan T. Selain itu, suhu akhir dalam interval adalah t = 97 ºº (20 + 77), dan rata-rata Δt = ((250- 20) + (250-97)) / 2 = 191 º. Selama interval waktu berikutnya T = 2, objek juga akan memanas hingga sepertiga dari "kekuatan pendorong" yang tersisa Δt = 250-97 = 153 º, dan suhu akhir dalam interval akan menjadi t = 97 + 51 = 148 º dan rata-rata Δt = ((250-97) + (250-148)) / 2 = 127,5 º.

Selama interval waktu T = 3, Δt = 250-148 = 102 º, dan suhu akhir menjadi t = 148 + (102/3) = 182 º dan rata-rata Δt = ((250-148) + (250-182)) / 2 = 85 º.

Lebih dari = 4, Δt = 250-182 = 68 º, suhu akan menjadi t = 182 + (68/3) = 205 º dan rata-rata Δt = ((250-182) + (250-205)) / 2 = 56, 5 º.

Lebih dari = 5, Δt = 250-205 = 45 º, suhu akan menjadi t = 205 + (45/3) = 220 º dan rata-rata Δt = ((250-205) + (250-220)) / 2 = 37, 5 º.

Lebih dari = 6, Δt = 250-220 = 30 º, suhu akan menjadi t = 220 + (30/3) = 230 º dan rata-rata Δt = ((250-220) + (250-230)) / 2 = 25 º . Jadi, ketika dipanaskan dari permukaan dengan sedikit overheating (20º), kami mendapatkan jalan keluar ke parameter yang ditetapkan untuk 6 interval waktu konvensional T.
Sekarang mari kita lihat apa yang terjadi jika kita meningkatkan perbedaan suhu ini. Kami menghitung pemanasan yang sama dari permukaan pemanas dengan t = 320 º - kemungkinan teknis tersedia di kepala desain ini.

T = 1, Δt = 320-20 = 300 º, suhu akan menjadi t = 20 + (300/3) = 120 º dan rata-rata Δt = ((320-20) + (320-120)) / 2 = 250 º.

T = 2, Δt = 320-120 = 200 º, suhu menjadi t = 120 + (200/3) = 187 º dan rata-rata Δt = ((320-120) + (320-187)) / 2 = 166,5 º.

= 3, Δt = 320-187 = 133 º, suhu menjadi t = 187 + (133/3) = 231 º dan rata-rata Δt = ((320-187) + (320-231)) / 2 = 111 º.

Ternyata dengan memanaskan plastik lebih panas dari yang dibutuhkan kepala, kita akan meningkatkan laju leleh. Tidak buruk, solusi ini bisa berguna, meskipun sejumlah kesulitan akan muncul. Selain itu, ini akan secara positif mempengaruhi viskositas plastik cair, karena laju leleh plastik bukan satu-satunya faktor yang membatasi laju aliran plastik dari nosel. Ini diperhitungkan dalam perhitungan, karena itu menjadi mungkin untuk mempertimbangkan mode operasi dengan overheating. Ternyata meja yang indah dibuat di LibreOfficeCalc, yang memungkinkan Anda untuk mempertimbangkan pemanasan bilah dengan serangkaian faktor dan memberikan kesempatan untuk menghitung di mana dan suhu apa yang akan terjadi. Jangan memarahi karena menggunakan Excel analog - dia melakukan pekerjaannya.

Waktu leleh total PA6 poliamida dengan diameter 1,7 mm, pada suhu pemanas 280 ° C, hingga suhu 200 ° C, dengan daya pemanas 30 W, adalah 2,88 detik, dan dalam kasus pemanas dengan suhu 240 ° C - 3,24 detik. Untuk plastik yang sama dengan diameter 3 mm dan daya pemanas 50 W, dengan suhu pemanas 280 ° C dan pemanasan hingga 200 ° C - 8,64 s, dan dengan pemanas dengan suhu 240 ° C - 9,84 s. Ini adalah data perhitungan saat mengganti parameter real head tipe 4.1 dan 3.3. Juga, menurut hasil perhitungan, profil depan meleleh filamen di kepala dibangun.

Gambar 8
Dari nilai waktu yang diperlukan untuk batang mencair, panjang yang diperlukan dari zona leleh atau laju maksimum yang mungkin dari peleburan filamen dapat dipertimbangkan.
Untuk verifikasi eksperimental perhitungan untuk filamen berdiameter 1,7 mm, saya menggunakan tipe 3,3 kepala dengan nosel bosan 1 mm untuk filamen 1,7 mm, dan tipe 4,1 kepala dengan 0,9 nosel untuk filamen 3 mm. Bukaan besar seperti itu secara signifikan mengurangi resistensi meledak karena viskositas, hanya menyisakan batasan meledaknya massa cair. Karena laju aliran lelehan dari nosel jauh lebih tinggi daripada kecepatan kemajuan filamen (sebanding dengan perbedaan antara kuadrat diameter), bagian filamen yang tidak meleleh tidak dapat keluar begitu saja dari lubang, ia memblokir nosel, dan jika lebih kecil dari diameter nosel, ia memecahnya menjadi potongan-potongan oleh aliran. . Suhunya sudah cukup tinggi, sehingga kekuatan inti cairnya rendah.Fenomena ini dapat diamati selama ekstrusi poliamida kering (meleleh yang tidak keruh karena gelembung uap), dalam keadaan cair itu transparan, dan dalam garis pembekuan panas dari nosel, pulau inklusi berlumpur kecil terlihat di sepanjang sumbu.
Bagaimana jalan keluar diukur, yang berarti selip: Pertama, ekstruder dikalibrasi. Pada tugas (misalnya) 50 cm, ia menghancurkan tali pancing dengan kecepatan rendah untuk memastikan tidak adanya selip. Itu diukur berapa banyak dia benar-benar menjual. Tanda-tanda diletakkan pada tali pancing dengan pena dari ujung jarum. Gravitasi spesifik filamen dihitung - sepotong filamen sepanjang 1 m terputus, diameter diukur dengan hati-hati di beberapa tempat. Bagian ini ditimbang. Kepadatan dihitung dari data ini - Ngomong-ngomong, jenis poliamida dapat dinilai dengan baik berdasarkan kepadatannya, dan ini memungkinkan kita untuk menilai karakteristik lainnya, seperti kekuatan, titik lebur, dan penyerapan air.
Laju umpan filamen aktual maksimum selama pemanasan pada 280 ° C untuk diameter 3 mm adalah 6,52 mm / s. Laju umpan aktual diperoleh dengan membagi berat pancing yang diperas dengan waktu kerja ekstruder, kemudian dibagi dengan kepadatan (kami mendapatkan volume per detik), kemudian oleh luas penampang filamen. Untuk kepala ini, panjang zona leleh dapat dianggap sekitar 50 mm. Jadi, waktu lebur dari percobaan adalah τ = 50 / 6.52 = 7.67 s. Ini adalah saat peleburan filamen dengan diameter 3 mm. Lebih tepatnya, itu bukan filamen, tapi pancing pemangkas, diameternya stabil. Dalam kasus pancing pemangkas dengan diameter 1,6 mm, diameternya "berjalan" dari 1,62 mm menjadi 1,68 mm. Untuk filamen semacam itu, laju leleh sempurna adalah 4,17 detik. Perbedaan dengan perhitungan agak lebih besar dari pada kasus pertama. Saya mengerti bahwa ini disebabkan oleh resistensi saluran kerja yang lebih sempit ..Ini adalah kebetulan yang baik dengan teori ini. Kecepatan leleh penuh untuk diameter lain cenderung kuadratik (dan dihitung untuk filamen 3 mm, ini menegaskan).
: , . . . . .
1.3 Efek gesekan. Penilaiannya, Thermobarrier. Radiator panas. Itu memanifestasikan dirinya di semua bagian kepala. Gesekan plastik dingin, gesekan plastik yang sedikit dipanaskan karena pembengkakan ke samping, gesekan “colokan yang berfungsi”, gesekan plastik cair di dinding dan di antara lapisan dan secara tak terduga resistensi tinggi di bagian akhir nozzle. Meskipun biasanya disarankan untuk membuatnya pendek, tetapi karena fakta bahwa kecepatan plastik di tempat ini adalah yang tertinggi dan diameter lubangnya kecil, hambatannya bisa sangat signifikan.
Gesekan pada bagian ke kepala dan di extruder juga penting, tetapi sekarang kita berurusan dengan kepala. Karena suhu tinggi, menggunakan insert Teflon di dalam kepala tampaknya menjadi solusi yang buruk, namun, karena peleburan plastik, gesekan berkurang di sini, yang berarti bahwa kebutuhan Teflon menghilang. Namun, gesekan kering pada logam harus dihindari, dan jika plastik meluncur cukup baik pada baja yang dipoles, maka aluminium tidak akan.
Jadi, kembali ke gambar kepala dengan zona, gambar 3 - zona C, zona pembentukan colokan kerja.
Untuk mengurangi gesekan pada bagian ini, perlu dibuat perbedaan suhu besar (gradien) dari zona C - pembentukan colokan kerja, ke zona D - leleh. Semakin besar gradien, semakin kecil panjang steker yang berfungsi dan semakin sedikit hambatan gesekan. Untuk membuat gradien yang sesuai, gunakan penghalang termal. Mulai dari kepala pertama tipe 1.1, saya membuatnya dengan tabung stainless steel yang disolder (dengan solder perak keras) ke kepala kuningan, radiator aluminium disk kecil diletakkan di tabung, pada jarak sekitar 2-4 mm dari bagian kuningan kepala. Karena konduktivitas termal yang rendah dari baja stainless (grade 304, atau X18H10) dan konduktivitas termal yang tinggi dari aluminium, radiator memperoleh suhu sekitar 100 ° C, dan memanaskan tali pancing mengurangi waktu untuk meleleh, tanpa risiko penyumbatan. Karena radiator ditiup oleh kipas angin,itu ternyata menjadi stabilisasi termal yang baik - gabus tidak bisa naik, karena dengan meningkatnya suhu radiator mulai mengeluarkan panas jauh lebih intensif. Di bagian tabung baja di tingkat radiator dan di atas, insert Teflon digunakan dari dalam, sehingga peningkatan gesekan bagian B berkurang.
1.4. Macet. Mari kita pertimbangkan, jika mungkin, proses pembentukan kemacetan di kepala dan kemundurannya dari "pekerja" yang berguna menjadi yang jahat. Untuk melakukan ini, hitung fluks panas di berbagai bagian kepala dan pikirkanlah.

Secara umum, selama operasi ekstruder dan kepala, garis plastik diubah menjadi lelehan dan didorong melalui dengan kekuatan yang cukup besar melalui lubang nosel yang sempit. Ini jelas. Omong-omong, untuk beberapa alasan, dapat diperkirakan bahwa lelehan di kepala bisa berada di bawah tekanan yang cukup tinggi. Kekuatan ekstruder yang baik dapat mencapai kekuatan sepuluh kilogram per filamen 3mm. Saya melakukan upaya seperti itu di bar ketika saya mendorong plastik dengan tangan. Itu terjadi. Ini mencakup area seluas 7 milimeter persegi di bawah 100 atmosfer. Nah, ini tidak terlalu sulit untuk diukur - kami memasukkan ke dalam nosel batang yang terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal rendah (MENGINTIP, PTFE?) Dan mengukur tekanan steker aliran. Untuk nosel dengan diameter 0,5 mm - 2 gram-gaya per atmosfer. Meskipun itu tidak terlalu penting. Saya tidak mengukur.

Jadi, pancing memasuki kepala dengan celah. Tidak ada yang rusak. Jelas bahwa selama pemanasan ada beberapa pelunakan plastik dan, di bawah pengaruh kekuatan ekstruder, didistribusikan ke samping, sementara dinding memungkinkan. Kemampuan untuk melunakkan sebagian plastik mudah diverifikasi - benar.

Sekali lagi, jelas bahwa semakin kecil perbedaan suhu di sepanjang area terjadinya gabus, semakin luas gabus tersebut. Semakin lama kontak penuh gabus dengan dinding, semakin besar resistensi terhadap dorongan. Anda dapat melihat gambar 3 ... Selanjutnya, ketika plastik meleleh, gesekan pada dinding menjadi lebih sedikit dan Anda tidak dapat khawatir tentang hal itu. Jadi, semakin pendek colokan kerja, semakin sedikit gesekan palsu.

Bayangkan bahwa panjang steker yang berfungsi hanya 0,1 mm. Jelas bahwa lapisan tipis bahan yang umumnya tidak terlalu kuat tidak akan tahan terhadap tekanan balik plastik cair, dan akan meledak kembali, dan, setelah menembus, akan mengeras di bagian yang dingin, menciptakan gabus yang tidak terduga. Beberapa kali saya kebetulan menarik keluar seperti itu. Di sana Anda dapat dengan jelas melihat bagaimana terobosan terjadi dan cairan naik seluruh bar filamen. By the way - dalam SEMUA kasus ketika saya mendapat gabus (walaupun saya memiliki banyak kepala eksperimental, tetapi gabus jarang terbentuk), saya menyingkirkan mereka dengan sangat sederhana - biarkan dingin, lalu nyalakan panas, setelah beberapa menit perintah "Balikkan" ke extruder dan tangan dengan ditarik oleh pancing. Saya menyarankan bahwa ini mungkin karena fitur desain dari semua kepala saya.- Sebelum zona lebur aktif, ada sisipan Teflon di dalam tabung, dengan diameter tidak kurang dari diameter zona kerja kepala.
Kesimpulan: Pertumbuhan gabus dan macet terjadi, seperti yang saya yakini, karena kenyataan bahwa, ketika idle, panas naik ke dinding dudukan kepala (penghalang termal?), Dan ketika pekerjaan dimulai, plastik lunak didistribusikan ke samping. Mungkin, itu menjadi fatal ketika tidak ada liner Teflon mencapai hampir ke kepala itu sendiri.

1.5 Perhitungan fluks dan gradien panas saat istirahat dan bergerak, di kepala. Perhitungan radiator panas dengan dia dan tanpa dia.

1.5.1. Desain BASS tipe 1.3 head dan fluks panas di dalamnya. Nama huruf pertama dari bahan yang digunakan Kuningan, Baja Tahan Karat, Aluminium. Filamen 3mm. Pertimbangkan fluks panas, suhu, dan proses menggunakan desain ini sebagai contoh.

Saya
memasukkan bagian dari publikasi lama saya "Zd-printer: pandangan dari sisi kepala", sedikit diperbaiki.


Gbr. 9 Sedikit sesuai dengan skema pada Gbr. 9: ungu di bagian luar kepala adalah koil pemanas, lebih baik dari nichrome, namun, resistor sering digunakan sebagai pemanas di kepala - ini nyaman dalam produksi, tetapi mengurangi keandalan dan keseragaman bidang pemanas, karena resistor terletak secara lokal, oleh karena itu mengalami pemanasan lokal. Namun, tidak ada perbedaan mendasar di sini - sebuah resistor atau belitan. Hanya - keseragaman tinggi dan tingkat pemanasan, tetapi kemudahan dan akurasi desain.

Merah di bagian bawah kepala adalah zona polimer cair, heterogen, karena polimer mengubah viskositas pada kisaran suhu yang luas, dan zona oranye adalah area di mana polimer sudah dipanaskan hingga plastisitas, tetapi belum cair. Zona ini sangat penting - di dalamnya, batang plastik mengembang sedikit, pas menempel ke dinding dan berubah menjadi piston, yang mendorong leleh melalui outlet - mati. Hijau adalah zona di mana perubahan daktilitas yang signifikan belum terjadi dan bar mentransfer tekanan lebih lanjut tanpa mengerut. Warna yang berbeda menggambarkan kepala kuningan dan radiator aluminium. Tabung fluoroplastik disorot dalam warna putih - panduan, karena sangat sedikit gesekan, batang di sepanjang itu melewati dengan resistensi minimal. Tabung baja stainless abu - abu, bantalan kepala dan radiator,serta ring-insert - memungkinkan Anda menghindari tekanan mekanis pada tabung Teflon di bagian terpanas. Ini penting - Teflon, dalam kondisi seperti itu, sangat tidak stabil secara mekanis, jadi di sini berbatasan dengan baja di mana-mana - dapat bocor sedikit, tetapi tidak segera, dan sepotong tabung Teflon ini sangat mudah untuk diganti. Tabung stainless steel disolder ke kepala kuningan dengan solder perak padat - oleh karena itu, tidak ada pertanyaan tentang stabilitas dan kekuatan termal. Cincin (dipoles dari dalam, untuk mengurangi gesekan!), Cukup tertanam di dalam dan ditekan di atas oleh tabung Teflon. Harap dicatat - baja tahan karat harus dengan konduktivitas termal rendah, untuk ini dipilih. Biasanya ini seperti 04X18H10.oleh karena itu, ini berbatasan dengan baja di mana-mana - dapat bocor sedikit, tetapi tidak segera, dan sepotong tabung Teflon ini sangat mudah untuk diganti. Tabung stainless steel disolder ke kepala kuningan dengan solder perak padat - oleh karena itu, tidak ada pertanyaan tentang stabilitas dan kekuatan termal. Cincin (dipoles dari dalam, untuk mengurangi gesekan!), Cukup tertanam di dalam dan ditekan di atas oleh tabung Teflon. Harap dicatat - baja tahan karat harus dengan konduktivitas termal rendah, untuk ini dipilih. Biasanya ini seperti 04X18H10.oleh karena itu, ini berbatasan dengan baja di mana-mana - dapat bocor sedikit, tetapi tidak segera, dan sepotong tabung Teflon ini sangat mudah untuk diganti. Tabung stainless steel disolder ke kepala kuningan dengan solder perak padat - oleh karena itu, tidak ada pertanyaan tentang stabilitas dan kekuatan termal. Cincin (dipoles dari dalam, untuk mengurangi gesekan!), Cukup tertanam di dalam dan ditekan di atas oleh tabung Teflon. Harap dicatat - baja tahan karat harus dengan konduktivitas termal rendah, untuk ini dipilih. Biasanya ini seperti 04X18H10.cukup dimasukkan ke dalam dan dijepit oleh tabung teflon. Harap dicatat - baja tahan karat harus dengan konduktivitas termal rendah, untuk ini dipilih. Biasanya ini seperti 04X18H10.cukup dimasukkan ke dalam dan dijepit oleh tabung teflon. Harap dicatat - baja tahan karat harus dengan konduktivitas termal rendah, untuk ini dipilih. Biasanya ini seperti 04X18H10.

Di sisi kiri gambar, Anda melihat plot suhu (grafik perkiraan), di sepanjang sumbu tabung. Saya tidak bisa menjamin keakuratan skala, tetapi arahnya benar. Semakin jauh dari sumbu dengan menandai zona, semakin tinggi suhunya.
Kami tidak akan mengulangi. Hanya zona 4 yang menarik di sini.Anda dapat melihat bagaimana radiator panas ditempatkan.

Zona 4- zona pelunakan aktif plastik, zona hambatan termal. Dapat dilihat bahwa ada celah kecil antara bagian kuningan kepala dan radiator, di mana suhu berubah sangat tajam. Kemudian plastik mulai memanas untuk membentuk gabus, yang berfungsi sebagai piston yang mendorong semakin jauh. Seperti yang ditunjukkan rekan-rekan dari reprapology.info, jika panjang plug-piston bertambah, ini akan berhenti mencetak karena meningkatnya gesekan dan masalah pembersihan yang menyakitkan. Untuk mencegah gabus ini tumbuh, radiator kecil digunakan lebih tinggi di zona ke-5. Dengan masuknya panas di sepanjang jembatan termal dari stainless steel, ia memanas, yang berarti mulai membuang lebih banyak panas. Dengan demikian, proses menstabilkan diri dan masuk ke bidang pekerjaan berkelanjutan sama sekali tidak sulit. Disipasi panas oleh radiator besar,dan resistansi termal jembatan antara kepala dan radiator besar, sehingga kenaikan suhu dengan jarak tinggi, yang berarti bahwa titik suhu kerja optimal paling mungkin cocok di segmen ini untuk membuat piston pendek dan efektif. Ukuran radiator panas harus dipilih sehingga suhunya berada di wilayah 100-110 derajat, mungkin (ini adalah suhu desktop printer biasa). Hal ini dilakukan agar zona penghalang termal berada dalam kisaran suhu kerja yang memungkinkan (penyumbatan!).sehingga suhunya berada di wilayah 100-110 derajat, mungkin (ini adalah suhu desktop printer biasa). Hal ini dilakukan agar zona penghalang termal berada dalam kisaran suhu kerja yang memungkinkan (penyumbatan!).sehingga suhunya berada di wilayah 100-110 derajat, mungkin (ini adalah suhu desktop printer biasa). Hal ini dilakukan agar zona penghalang termal berada dalam kisaran suhu kerja yang memungkinkan (penyumbatan!).

Jadi, singkatnya, untuk operasi kepala yang stabil, zona sempit dengan hambatan termal yang tinggi (disebut penghalang termal) harus ada di mana suhu akan berubah dari suhu kerja untuk waktu yang singkat (kami menganggap 235) menjadi 100 derajat - kira-kira suhu meja kerja. Kita perlu hembusan terus menerus dengan kipas kecil dan itu harus diarahkan ke radiator!
Kesimpulan: Prinsip desain dan operasi kepala menggunakan "radiator panas" dijelaskan.
1.5.2 Perhitungan fluks panas dari kepala. Perhitungan aliran panas di daerah dari kepala ke radiator panas - konduktivitas termal dari baja stainless (nilai 304/316) K = 9,4 W / ° * m

Ukuran kepala: panjang penghalang termal dari kepala ke radiator panas L = 3mm, diameter luar adalah D = 8mm, diameter bagian dalam disebabkan oleh cincin-masukkan d = 4mm

- Kami mempertimbangkan suhu kepala 260 ° C.

- Kami mempertimbangkan kerja normal dan suhu yang diinginkan dari radiator panas T = 110 ° C

- Aliran konvektif dalam kasus kepala printer 3D, yang dihembuskan oleh kipas dan terus bergerak cukup cepat, dapat diabaikan. Kami tidak akan memperhitungkan pendinginan dengan menggerakkan udara radiator dan bagian lain, untuk menghitung daya yang dihamburkan, kami menggunakan rumus perkiraan untuk radiator, mengingat kepala yang bergerak dan sedikit meledak mirip dengan radiator dalam kondisi normal. Dipanaskan dari permukaan meja yang dipanaskan - juga terabaikan mengingat, di satu sisi, jarak yang cukup jauh dari permukaannya dan, di sisi lain, meniup dan menggerakkan kepala. Kami percaya bahwa sampai batas tertentu mereka saling dikompensasi. Namun, pada printer yang berfungsi, detail di atas meja yang dipanaskan tidak terasa memanas.

- Hingga suhu 100 ° C, perpindahan panas oleh radiasi tidak disarankan untuk dipertimbangkan sama sekali - terlalu sedikit, dengan peningkatan suhu yang meningkat sebanding dengan derajat suhu keempat. Mendinginkan kepala dengan radiasi - kami sangat peduli, ada sensor suhu, jika dingin, hangat. Suhu radiator panas mendekati yang disarankan untuk non-perhitungan 100 ° C - kami tidak mempertimbangkan radiasi.
Bagian perpindahan panas dari kepala ke radiator panas.

Area transmisi S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 4 * 4/4 = 37.7 mm²

Untuk membawanya ke meter persegi, dalam hal koefisien konduktivitas termal yang diberikan, area tersebut diperlukan dibagi satu juta.

Kami menghitung fluks panas dalam radiator panas. Karena kenyataan bahwa konduktivitas termal aluminium adalah 50 kali lebih tinggi daripada untuk stainless steel, kami mempertimbangkan seragam suhu di seluruh radiator (sepanjang sumbu itu 5 milimeter). Suhu di tepi radiator dalam kerangka perhitungan ini tidak menarik bagi kami.

W = K * S * ΔT / L

L - jangan lupa untuk membaginya dengan 1000, karena koefisien yang kami gunakan adalah dimensi - meter, pada bagian dari kepala ke radiator panas ΔT = 260 -110 = 150 °

W Ternyata W = 9, 4 * 37.7 * 150/3 * 1000 - sejuta (luas dalam mm²) dan seribu menurun, seribu tetap.

W = 17,72 W aliran panas ke radiator panas.
1.5.3. Perhitungan keseimbangan panas radiator. Perhitungan gradien. Perhitungan aliran panas di area dari radiator panas ke head mount:

- Panjang penghalang termal L = 8 mm

- Area transmisi S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 6 * 6/4 = 21.99 mm²
di bagian ini tidak ada cincin - liner, sehingga diameter dalam meningkat, dan area perpindahan panas - menurun

- Perbedaan suhu. Kami mempertimbangkan suhu pengikat kepala normal dan diharapkan 30 ° C, yang berarti ΔT = 110-30 = 80 ° C.

Kami menganggap W = 9,4 * 21,99 *

80/8000 = 2,07 W - 17,72 W panas memasuki radiator, tetapi 2 , 07W, perbedaan Δ W = 15.65 W. Panas
ini harus dihilangkan oleh radiator di udara. Dalam pekerjaan, bagian dari panas akan terbawa oleh filamen, memanaskan bagian ini dari dinding tabung. Namun, kami belum mempertimbangkannya. Ternyata kita perlu mengasumsikan bahwa semua panas ini hilang oleh radiator.
Perhitungan fluks panas yang dihamburkan oleh radiator sesuai dengan formula yang disederhanakan.

- Q = 50 / WhereS Dimana Q adalah ketahanan panas radiator, dalam derajat per watt, dan S adalah area radiator, sekarang dalam sentimeter persegi ... formula seperti itu. Ya, rumusnya lemah dan kadang-kadang terletak, tetapi menurut data pengukuran, Anda dapat memasukkan koreksi untuk kondisi tertentu. Kami memperhitungkan. Radiator ini memiliki diameter eksternal 20 mm, internal 8 mm. Tinggi - 5 mm.

-Hitung area kerjanya, terdiri dari disk atas, disk bawah dan area sirip radiator. 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 = 841mm² = 8.41 cm²

- Hitung ketahanan panas radiator Q = 50 / √8.41 = 17.24 derajat / watt

- Mari kita menghitung suhu di mana radiator seperti itu dapat menghilangkan 15,65 W panas yang diterima pada akhir titik perhitungan kedua. ΔT = 15.65 * 17.24 = 270 ° C. Selain itu, ini adalah perbedaan suhu. Kami menganggap suhu udara di printer yang bekerja 30 ° C, kami mendapatkan suhu canggung 300 ° C.
Sekarang akan lebih baik untuk memeriksa perhitungan.

Dengan meja yang dipanaskan dinyalakan pada 110 ° C dan kepala 260 ° C dengan
termometer elektronik dimasukkan ke dalam lubang sekrup pada radiator, suhu diukur hingga maksimum pembacaan selama beberapa menit.

Suhu ternyata jauh lebih rendah dari yang dihitung - 111,9 ° bukannya 300 °

Ini jelas menandakan ketidakakuratan model. Tautan terlemah di sini adalah rumus untuk menghitung tahanan termal radiator, empiris dan dihitung untuk radiator tanpa pendinginan paksa. Dalam kasus kami, ada kipas angin, meskipun lemah dan berhembus dari jauh. Saya menganggap mungkin untuk memperkenalkan koefisien ventilasi linier untuk mengklarifikasi perhitungan hambatan termal. Kami menghitungnya dengan menggantinya dengan rumus kami dalam bentuk

Q = 50 / (√S * K). suhu awal 260 ° C Kami mengambil suhu radiator panas 111.9 ° W

= K * S * ΔT / L Pada bagian dari kepala ke radiator panas ΔT = 260 -111.9 = 148.1 °
Ternyata W = 9.4 * 37.7 * 148 , 1/3 * 1000 = 17,49 W.
Perhitungan aliran panas di area dari radiator panas ke head mount:

- Area transmisi S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 6 * 6/4 = 21.99 mm²

- Perbedaan suhu mengemudi. Temperatur pengikat head adalah 30 ° C, yang berarti ΔT = 111.9-30 = 81.9 ° C. Kami menganggap W = 9.4 * 21.99 * 81.9 / 8000 = 2.11 W

- Ternyata radiator termasuk 17.49 W panas, dan keluar 2,11 W, perbedaannya Δ W = 15,37
Mari kita menghitung resistansi termal radiator. Kami mengambil K = 3. Artinya, efisiensi radiator kami tiga kali lebih tinggi karena kipas bertiup. Q = 50 / √8.41 * 3 = 5.75 derajat / watt.

Mari kita hitung suhu di mana radiator seperti itu dapat menghilang 15.37 W panas

ΔT = 15.37 * 5.75 = 88.37 ° C. Mempertimbangkan suhu udara dalam pengerjaan printer 30 ° C, dapatkan suhu 118,37 ° C.
Jika Anda menghitung suhu radiator untuk suhu head 220 ° C = 94 ° C dengan koefisien yang diperoleh dan membandingkan dengan 97,7 ° C yang diukur, Anda mendapatkan kecocokan yang baik.
Kesimpulan: Gradien suhu untuk kasus 260 ° C G = (260 - 112) / 3 = 49 ° C / mm. Kita dapat membaca suhu "radiator panas" dengan akurasi yang baik dan fluks panas ke head mount. Dengan demikian, kita dapat mengatur yang diperlukan dengan mengubah ukuran yang sesuai.
1.5.4. Perhitungan fluks panas dari kepala tanpa radiator panas dan perbandingan gradien.

Dan bagaimana jadinya jika kita tidak memasang radiator? Kami akan menghitung aliran tanpa cincin penyisipan, itu disusun untuk pembongkaran suhu tabung Teflon dan masuk akal hanya dalam hubungannya dengan radiator panas.Untuk suhu 260 ° C, fluks panas ke mount dalam kasus radiator akan 2,07W watt.
Perhitungan fluks panas di daerah dari kepala ke gunung:

- Panjang penghalang termal L = 8 + 3 + 5 = 16 mm Kami menambahkan semua panjang - dan radiator juga.

- Area transmisi S = 3.14 * D² / 4 - 3.14 * d² / 4 = 3.14 * 8 * 8/4 - 3.14 * 6 * 6/4 = 21.99 mm²

- Perbedaan suhu. Kami mempertimbangkan suhu pengikat kepala normal dan diharapkan 30 ° C, yang berarti ΔT = 260-30 = 230 ° C.

Kami menganggap W = 9,4 * 21,99 * 230/16000 = 2,97 W Namun, itu satu setengah kali lebih banyak.

Kami menghitung gradien untuk 16 mm G = (260-30) / 16 = 14,4 derajat / milimeter.

Ada perbedaan besar dari 49 derajat / milimeter, terutama ketika Anda mempertimbangkan bahwa dalam hal radiator, saat idle, steker akan naik lebih dari setengah dari seluruh area, yaitu, pada jarak 8 mm penghalang termal, suhu akan menjadi ΔT / 2 + T = 230/2 + 30 = 145 ° temperature Suhu ini tidak ambigu, di atas permulaan pembentukan gabus dan di bawah leleh. Selain itu, panjang steker seperti 8-10 mm sudah cukup untuk berhenti. Dan dalam hal penggemar, lebih dari 3 milimeter gabus dengan waktu idle tidak akan berfungsi.
Kesimpulan: "radiator panas" benar-benar mencegah risiko penyumbatan saat menggunakan insert Teflon dan meningkatkan gradien suhu kerja, yang mengarah pada penurunan gesekan di area plug yang berfungsi.
1.5.5. Perhitungan fluks panas di kepala dengan gerakan filamen yang seragam.

Kondisinya sama, kepalanya sama. Aliran filamen bergerak pada kecepatan 1,5 mm / s, yang sesuai dengan laju ekstrusi untuk nosel 0,3 mm = 150 mm / s atau untuk nosel 0,5 mm = 54 mm / s. Berat jenis poliamida adalah 1,18 mg / mm³. Karena segmen yang sangat panas (100-110) ke kepala memiliki panjang L = 5 mm (panjang radiator panas), pada kecepatan 1,5 mm / s, filamen lewat dalam 3,3 detik, sedangkan dinding ditutup dengan insert Teflon dengan ketebalan l = 1mm = 0.001 m dan diameter dalam D = 4mm, kita dapat menghitung kemungkinan fluks panas yang diberikan oleh dinding:

P = λ * S * ΔT / l, di mana λ = 0.25 W / m * K adalah konduktivitas termal Teflon, S = π * D * L = 3.14 * 4 * 5 = 62.8 mm² = 0.0000628 m² - area perpindahan panas, l adalah ketebalan lapisan konduktivitas termal. ΔT adalah perbedaan suhu. Suhu radiator panas adalah sekitar 110 ° C, filamen yang masuk setidaknya sedikit dipanaskan, jadi kami mempertimbangkan suhu saluran masuk 30 ° C ΔT = 110-30 = 80 ° C.

P = λ * S * ΔT / l = 0,25 * 0,0000628 * 80 / 0,001 = 1,25W, 1 milimeter filamen akan dapat menerima 1,25 / 5 = 0,25 joule panas setiap detik. Untuk 3.3s, waktu yang dihabiskan di radiator, ia akan bisa mendapatkan 3,3 * 0,25 = 0,825 j. Kami menghitung daya yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 mm plastik yang masuk pada ΔT = 80 ° C. Volume = 1 * 3.14 * D² / 4 = 1.5 * 9 * 3.14 / 4 = 7.065mm³ / s

Berat = 7.65 * 1.15 = 8.124mg / s

Daya, Q = M * C * ΔT = 8.124 * 1700 * 80/1000000 = 1.1 W Ini adalah kasus ketika semua plastik dipanaskan dari suhu awal 30 ° C dari radiator dengan suhu 110 ° C.

Jadi, panas yang didapat 1mm dari filamen, melewati radiator, melalui dinding Teflon, akan menjadi = 0,825 joule. Pada saat yang sama, untuk pemanasan total hingga 110 ° C, diperlukan irisan yang sama, 1.1j. Menggunakan pelat untuk memodelkan pemanasan bilah dibuat ke paragraf 1.2, saya menghitung lebih tepat. Dengan panjang radiator panas 5 mm, suhunya 110 ° C, dan kecepatan filamen dengan diameter 3 mm dan suhu 30 ° C, dengan fluks panas ke radiator 15 watt, pemanasan bagian tengah filamen itu sendiri hanya akan 2 derajat, tetapi bar 1 mm dapat mengambil 0, Panas 88j, yang sedikit lebih dari 0,825j, yang dapat menembus. 0,825 J akan membuat sekitar 75% dari total pemanasan. Jika panjang radiator 10 mm, maka batang akan menerima panas 1,06 J, yang akan menjadi 96% dari total pemanasan, dan bagian tengah akan menghangat hingga 32 ° C.Untuk pemanasan 100%, akan perlu membawa panjang radiator hingga 30 milimeter, dan ini tidak masuk akal - itu akan tetap meleleh di kepala.
Berikut adalah detail untuk tipe head 3.1, - pada filamen 1,75. Hanya untuk kecantikan.

Ara. 10 Perincian untuk kepala Tipe 3.1
Kesimpulan: - daya yang dibutuhkan untuk memanaskan plastik yang masuk pada kecepatan tertentu: 4.25W

; - fluks panas yang diberikan oleh dinding ke filamen pada bagian radiator panas: 2.00W;

- Awal pembentukan gabus pada aliran penuh bergeser lebih dalam ke kepala.

- Untuk aliran besar, untuk operasi yang efektif dari mekanisme "radiator panas" akan perlu untuk meningkatkan fluks panas antara kepala dan radiator dan panjang area kontak dengan radiator. Faktor dari.

- Dimungkinkan untuk menggunakan kipas terpisah dari radiator panas yang dikendalikan oleh sensor suhu, sehingga menjaga suhu sekitar 100º.

Penggunaan radiator panas tidak diperlukan sama sekali, tetapi tampaknya ini merupakan cara sederhana untuk mempertajam perbedaan suhu dalam tabung penahan, menghindari bahaya steker kerja yang bertambah hingga ukuran pemblokiran dan membantu menyelesaikan masalah pendinginan titik pemasangan kepala.
Bagian kedua akan segera hadir.

Source: https://habr.com/ru/post/id382561/