Tentang teori Hotend / Hotend_theory. Laporan singkat tentang hasil pekerjaan

Ternyata! Berdasarkan perhitungan, 2 parameter diubah dan pencetakan nilon / nilon sangat baik.

Seperti yang Anda tahu, saya sedang mempelajari dan merancang kepala untuk hotend - yaitu, kepala printer 3D FDM. Ada semacam arahan dalam desain printer ini sebagai RepRap. Inti dari idenya adalah konstruksi printer 3D yang dapat membuat bagian-bagian untuk reproduksi sendiri, yang sebenarnya berarti pengurangan RepRap.

Jadi, dari waktu ke waktu saya melihat reprap.org/wiki/Hotend_theory - sebuah artikel tentang teori kepala ini. Sebelumnya, jumlahnya sangat sedikit. Sekarang lebih banyak, tetapi kebanyakan pertanyaan. Beberapa dari mereka (keduanya) saya tutup untuk diri sendiri satu setengah tahun yang lalu. Benar, banyak yang lain muncul. Jadi saya punya sesuatu untuk ditulis.

Ini adalah pesan awal, tanpa rumus, perhitungan, gambar (ada gambar, tetapi sedikit) dan grafik. Lirik murni, tanpa formula, beberapa kesimpulan. Tanpa tips dan skema kepala khusus - opsi terakhir bahkan tidak ada, tetapi esensi adalah dalam pengetahuan yang diperoleh. Sekarang saya lebih percaya diri dalam perhitungan saya dan bahkan tampaknya berhasil, mengapa saya menulis. Untuk sukacita. Hal lain yang perlu diperiksa, terutama Turbulator. Ini adalah hal kecil di kepala, yang dapat meningkatkan kinerja kepala dalam plastik cair di kali, semua hal lain dianggap sama.

Jadi, lebih dekat ke intinya. Setelah mengumpulkan beberapa pengetahuan saat merancang kepala, terutama untuk bangku tes, saya memutuskan untuk mengubah kepala di printer saya. Pekerjaan rumahan saya juga berdiri di sana, hanya sangat tua dan dengan nilon tidak dicetak dengan baik. Dalam proses pembuatan, menurut perhitungan saya, saya harus mengulang sesuatu dalam desain untuk manufakturabilitas dan memperbaiki dan menambah metode desain saya. Mengikuti hasilnya - saya membuat kepala. Ketika saya mencoba mencetak, untuk beberapa alasan saya tidak bisa berhasil membuat lelehan poliamida menempel di meja yang tertutup kapton.



Banyak potongan lapisan pertama yang tidak lengket. Kita tidak harus menebak, tetapi hitung!

Karena saya tahu ekonomi printer saya cukup baik, saya yakin pertanyaannya ada di kepala. Selama serangkaian percobaan meremas pancing ke udara, saya perhatikan efek yang sangat menarik




Dalam keadaan panas, seolah-olah hidup, seutas benang terlihat di tengah aliran lelehan, yang terjadi ketika laju ekstrusi meningkat, di mana kumparan cairan kental cair digantung.
Juga dalam proses operasi ini, saya juga membuat ulang file untuk menghitung kepala. Sekarang memungkinkan tidak hanya untuk menghitung fluks panas dari kepala, dari radiator, ke tempat pengikat kepala, panas dibawa dengan plastik (lebih jelas - dingin dibawa dengan filamen), tetapi juga pemanasan filamen secara mendalam, dalam dinamika, termasuk untuk kasus overheating di atas suhu kerja (Yaitu, suhu pemanasan lebih tinggi dari yang diperlukan untuk peleburan, tetapi kami mempertimbangkan waktu setelah pusat mencapai suhu kerja).

Perhitungan menunjukkan bahwa pembentukan utas ini adalah konsekuensi langsung dari tidak melelehnya filamen ke tengah. Selain itu, kebetulan yang tepat dari perkiraan waktu lebur dan yang sebenarnya diperoleh dari perhitungan laju ekstrusi. Pembentukan benang yang tidak dilebur pada saat yang sama entah bagaimana menjelaskan (pilihan lain adalah uap air, ada banyak dari mereka, tetapi mengapa muncul tiba-tiba?) Pembentukan gelembung datar pada pancing dengan kecepatan tinggi.

Kemudian saya menghitung, semua dengan file yang sama, ablasi panas dengan filamen yang masuk (itu datang dalam dingin, dan kemudian datang dipanaskan / cair dan pengaruhnya terhadap suhu kepala.

Ada nuansa - di kepala eksperimental saya, saya menggunakan termokopel buatan-rumah dengan pengontrol PID buatan sendiri. Dalam hal ini, kelembaman regulasi sangat kecil. Di printer, saya memiliki kepala dengan hambatan termal. Ini menyebabkan penundaan yang cukup besar dalam kontrol suhu. Jadi, dengan penundaan 3-5 detik, suhu kepala karena entrainment panas oleh filamen bisa turun hingga 10º. Dan saya menghitung mode operasi berdasarkan suhu kepala 245º dan pemanasan hingga 235º. Tetapi dengan penghilangan panas semacam itu oleh filamen, suhu inti bisa turun hingga 225 ° C, dan ini merupakan peningkatan viskositas yang tajam. Dengan demikian, benang plastik peregangan diperoleh, merobek lapisan panas yang menempel pada substrat selama pergerakan kepala.

Jadi, saya menghitung perubahan yang diperlukan: - meningkatkan suhu pemanasan head hingga 255 ° C (jika Anda menggunakan sensor suhu lebih cepat dan sistem kontrol suhu head lebih cepat - setidaknya PID, tetapi sistem kontrol suhu prediktif / prediktif masih dimungkinkan).

Juga, kurangi laju umpan ke laju lebur yang dihitung secara teoritis.
Faktanya adalah bahwa untuk kekompakan kepala, saya sangat mengurangi panjangnya - karenanya kecepatan ekstrusi lebih rendah dibandingkan dengan prototipe.

Maka, membuat perubahan, saya mulai mencetak tes pertama, dan kemudian produk. Semuanya berjalan dengan sangat baik, bahkan warpage, yang selalu menjadi momok ketika dicetak dengan poliamida, tidak bagus.

Saya mengambil ini sebagai contoh dari fakta bahwa teori menggambarkan proses secara memadai dan tidak hanya dapat menjelaskannya, tetapi juga memprediksi beberapa parameter penting.

Pada intinya tidak ada yang mengejutkan atau sangat baru.

Penting untuk menggambarkan apa yang terjadi di kepala adalah proses konduktivitas termal dan aliran viskos.

Intinya adalah bahwa filamen tidak segera mencair. Tingkat perpindahan panas untuk plastik rendah, kapasitas panas cukup tinggi. Dari dasar-dasar fisika, kita tahu bahwa sebagian besar zat meleleh begitu suhu mencapai titik leleh. Karena cairan plastik cair sangat kental, pencampuran internal tidak khas untuk itu. Ini (aliran) adalah laminar (ini ditentukan oleh kriteria Reynolds, untuk fluida yang lebih kental kemungkinan gerakan turbulen berkurang), yaitu, lapisan-lapisan tidak bercampur, suhu ditransmisikan terutama oleh konduktivitas termal.

Jika bagian tengah filamen tidak meleleh, penyumbatan mungkin terjadi, dan, seperti yang bisa kita lihat, opsi lain untuk mencegah pencetakan normal. Ngomong-ngomong, dalam kasus plastik ABS, gambar yang tidak meleleh benar-benar berbeda, pulau-pulau berlumpur - benang - terlihat dalam lelehan yang hampir transparan, tetapi ada juga gelembung. Benar, sepertinya itu tidak mengganggu adhesi saat mencetak. Setidaknya itu tidak banyak mengganggu, seperti yang saya mengerti.

Jadi kecepatan kepala ditentukan oleh kecepatan penetrasi penuh dari filamen ke pusat. Ini terjadi dengan memindahkan panas dari lapisan ke lapisan. Waktu pemanasan ditentukan dari masuknya panas, massa dan kapasitas panas lapisan. Lapisan berikutnya menerima panas semua dari dinding kepala yang sama, tetapi jalur yang dilewati panas akan menjadi lebih lama, yang berarti lebih tahan panas, yang berarti bahwa laju pemanasan akan menjadi lebih rendah dan begitu ke pusat - itu akan lebih lambat dan lebih lambat. Benar, massa silinder berkurang dengan mengurangi diameternya.

Dengan demikian, faktor yang menentukan kinerja kepala dalam plastik leleh adalah panjang bagian pemanas. Saya mencoba bermain dengan "radiator panas", sungguh, dalam beberapa hal meningkatkan kecepatan kerja, tetapi bahaya macet meningkat jika Anda tidak mengontrol suhu radiator. Semakin lama bagian pemanas, semakin tinggi kinerja leleh. Ketergantungan adalah linear. Ya ya Linier Dan omong-omong, kinerja untuk diameter filamen yang berbeda juga hampir sama. Ini jelas mengikuti dari perhitungan. Ya, waktu pencairan sempurna meningkat sebanding dengan kuadrat diameter. Tetapi luas penampang filamen, dan karenanya volume satuan panjang, juga sebanding dengan kuadrat diameter filamen.

Poin penting berikutnya yang mempengaruhi sebagian besar:

- Ketahanan nozzle. Sayangnya, saya juga pernah keliru, seperti penulis pertanyaan di reprap.org/wiki/Hotend_theory tentang bentuk nozzle. Ini adalah pertanyaan yang sudah lama dipecahkan oleh hidrodinamika, jawaban yang dapat ditemukan bahkan di buku teks yang paling biasa. Saya menggunakan "Proses dan Perangkat Teknologi Kimia" oleh Kasatkin. Saya tidak merekomendasikannya. Buku yang membingungkan, tetapi saya belajar darinya. Dan dia hidup dan selamat. Jawabannya adalah resistensi terutama ditentukan oleh diameter nozzle, viskositas fluida, dan panjang bagian nozzle. Artinya, tidak masuk akal untuk membuatnya memanjang atau licik dalam bentuk parabola. Saya menghitung dan memeriksa ini secara eksperimental. Versi sebenarnya dengan nosel memanjang, tampaknya sangat cocok untuk printer pena. Di sana, penting bahwa itu ternyata sangat halus, sama sekali tidak bengkak karena gesekan antarpancing pancing. Tetapi resistansi tinggi, sangat tinggi.

Benar, dalam hal ini kita berbicara tentang cairan Newton. Saya tidak dapat secara eksperimental melihat non-Newtonianity dari polimer cair meleleh. Anda mendorong lebih banyak - itu mengalir lebih banyak. Lalu dia tutup mulut - sudah karena non-penetrasi, atau merobek garis dengan hobbolt, atau hobbolt tergelincir. Perlawanan yang sama akan terjadi di seluruh area leleh. Proporsinya cukup besar, terutama dalam kasus nozel dengan diameter besar (0,5 mm atau lebih). Selain itu, dalam kasus filamen dengan diameter yang lebih kecil, komponen ini akan relatif lebih besar.

Jadi untuk penurunan tajam pada bagian nozzle, Anda hanya perlu membuatnya sangat tipis. Dalam arti - nozzle saluran tipis. Tapi di sini sudah kuningan akan menjadi buruk. Baja, baja foil. Lalu kita bisa bicara tentang nozel 0,1 mm. Jika Anda membuat lubang electroerosive, maka diameter yang lebih kecil akan berfungsi, pada kecepatan pencetakan yang dapat diterima.

Kami menemukan cara mencetak bagian-bagian kecil. Jika Anda membuat kontur dinding dengan nosel tipis dan mengisi inti dengan nosel berdiameter besar, Anda bisa mendapatkan kecepatan pencetakan yang baik dengan detail tinggi (plastik dengan titik lebur yang berbeda dapat digunakan untuk melindungi kontur luar dari deformasi saat mengisi).

Ini berarti bahwa pertanyaan tentang perbaikan lebih lanjut dari kepala bertumpu pada pertanyaan tentang tingkat pencairan filamen.

Dan di sini bukan tanpa harapan! Seperti yang bisa kita ketahui, ekstruder industri membuat filamen dan tali pancing untuk kita memuntahkannya dengan kecepatan hingga puluhan meter per detik!
Kepala kami 30-300, well, 500 mm per detik. Dalam meter, terlihat 0,03-0,5. Mengapa
Mereka menggunakan auger yang dipanaskan. Ini telah digunakan untuk waktu yang lama. Sekrup secara radikal memecahkan masalah perpindahan panas dari permukaan yang dipanaskan ke permukaan yang akan meleleh.

Namun, dalam kepala kecil untuk membuat auger yang dipanaskan sepertinya tidak hanya mustahil, tetapi bahkan tidak perlu. Dengan saran dan gagasan rekan fisikawan saya, solusi diusulkan yang dapat beberapa kali meningkatkan laju leleh pada segmen yang sama. Selain itu, pertanyaan tentang tingkat percepatan tergantung terutama pada kemampuan teknologi manufaktur. Detail yang didapat untuk peralatan yang saya miliki cukup sulit untuk diproduksi, dan saya tidak punya uang untuk mencetak pada printer serbuk logam sesuai pesanan. Saya bahkan tidak punya mesin penggilingan, dan saya menyesuaikan kedalaman pengeboran dengan menggulir mesin cuci ke bor. Kami memutuskan untuk menyebutkan nama hal kecil - Turbulator.

Hanya saya yang ragu apakah ada yang membutuhkan penelitian saya. Mereka segera memberi tahu saya - “ya, printer kami bergetar 300 mm / s.” Ya, kita perlu membuat skema kinematik lain, kita perlu membuat extruder lain. Sangat berbeda. Sehingga head block dengan extruder jauh lebih inersia dan tidak memiliki kelemahan wade-extruders. Saya percaya bahwa skema dengan koordinat XYZ - Cartesian, pada prinsipnya, tidak akan dapat bekerja pada kecepatan tinggi. Menurut perkiraan saya, jika Anda menerapkan mekanika dalam sistem koordinat polar αRZ dalam banyak kasus, kecepatan cetak bisa menjadi sangat tinggi. Untuk mengimbangi efek sentrifugal, skema pencetakan non-planar dapat diterapkan. Mencetak seolah-olah di permukaan bola. Ini, tentu saja, tidak mudah diimplementasikan dari sudut pandang perangkat lunak, tetapi banyak kemajuan teknologi telah diperoleh dengan cara ini.Cara menyulitkan perhitungan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, atau menyederhanakan mekanika.

Sebelum itu, saya menerbitkan serangkaian artikel tentang desain kepala seperti:

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

Ada banyak tempat panjang, secara umum mayoritas benar, beberapa tempat bersifat instruktif (tentang kepala dengan nozel memanjang - ini adalah archaism dari buta huruf teknik - saya sendiri seperti itu), beberapa hal terlalu rinci, perhitungan dan formula - ini adalah neraka, bagaimana Anda bisa membuat kesalahan? Radiator panas lebih baik tanpanya, meskipun sedikit lebih lambat. Omong-omong, dilihat dari radiator besar dari banyak kepala, efisiensinya rendah - banyak panas yang terbawa. Dalam contoh terakhir, perhitungan memberikan efisiensi hingga 20%. 7 watt dari 40 per lelehan. Ini untuk nilon / poliamida. Dengan ABS dan PLA akan berbeda.
Saya juga ingin beralih ke kolega dan orang-orang yang berpikiran sama - Saya ingin membuat artikel tentang teori dan praktik menghitung hotend, ringkas dan diperbaiki, dengan hasil percobaan pada Turbulator, dan juga membuatnya tersedia dalam bahasa Inggris untuk komunitas RepRap. Jika Anda berpikir bahwa ini adalah ide yang baik, saya sarankan setidaknya menyetujui, tetapi ketika sampai pada artikel, bantu saya memperbaiki / menerjemahkannya, jika ada yang bisa (saya cenderung menggunakan penerjemah Google) dan memberi tahu saya bagaimana dan di mana menempatkannya dengan lebih baik. Jangan menawarkan paku di toilet - tidak ada kertas versi 8))

Source: https://habr.com/ru/post/id401075/