Sobre o desenvolvimento de cabeças de impressora 3D FDM - Parte 1

No final de 2013, após muita reflexão e estudo da Internet, decidi construir uma impressora 3D, durante a montagem, inspirada na ideologia da "pequena engenharia mecânica" e, começando pela pequena, envolvida no desenvolvimento e modernização dos nós da minha impressora.

Uma parte da impressora como a cabeça acabou sendo bastante misteriosa. Isso significa que, em detalhes, os princípios de sua construção não foram escritos muito, e na Web estava cheia de reclamações sobre plástico preso e de baixa qualidade. Eu mesmo não tive nenhum problema com a cabeça - provavelmente porque comprei imediatamente uma cabeça de qualidade de um bom fabricante.
Enfim, o tema do desenvolvimento da cabeça me interessou. Comecei a fazer protótipos. Acabou muito bem. Mas, quanto mais eu me aprofundava no tópico, mais sutilezas e pequenas coisas eram reveladas nele e mais interessante. Aconteceu que, durante vários meses, desenvolvi o mecanismo de cabeça e alimentação da impressora 3D manual Lix Pen. Isso me adicionou experiência e recursos técnicos. Agora continuo estudando esse tópico, acredito que acumulei muitas informações sobre esse tópico e quero compartilhá-las se alguém estiver interessado.

Em geral, o principal objetivo das minhas experiências é aumentar significativamente a velocidade e a resolução da impressão de impressoras 3D do tipo FDM.


FIG. 11 Tipo de cabeça 3.1
ATENÇÃO! Os exemplos de cabeçotes de impressão descritos abaixo não são um produto, não estão à venda, pois são produtos de alta velocidade / registro / experimentais e ninguém os produz.
Nesta parte, consideraremos: - 1. A cabeça, a estrutura geral e os processos em andamento nela. Extrusão. Atrito. - 1.1 Zonas de cabeça - 1.2 Cálculo da velocidade de fusão do filamento e seu efeito. - 1.3 O efeito do atrito. A classificação dele. Barreira térmica. Radiador quente. - 1.4 Engarrafamentos. - 1.5 Cálculo dos fluxos de calor e gradientes em repouso e em movimento, na cabeça. Cálculo de radiador quente com ele e sem ele.

Introdução
O princípio de operação das impressoras 3D FDM é que uma linha de pesca de plástico (geralmente chamada de filamento) é empurrada por uma extrusora para a cabeça de impressão (HotEnd), da qual é extrudida na forma de uma fina linha de pesca. O microcontrolador controla o movimento da cabeça e da mesa (o produto impresso está localizado nela), para que o produto seja formado a partir dessa linha de pesca. Existem muitas sutilezas nesse processo, mas a essência está precisamente nisso. É claro que a precisão do produto de impressão é determinada pela precisão do posicionamento da cabeça em relação à mesa, mas não apenas isso! O diâmetro da linha de pesca espremida também é importante. Nem mesmo o diâmetro, mas a largura da linha de pesca. A partir do bico da cabeça, o derretimento é extrudado na forma de um cilindro, mas é assim, mas para prender as camadas, a altura da cabeça acima da peça é levada um pouco menos do que o diâmetro do bico.Ao mesmo tempo, a linha de pesca é levemente manchada e ampliada.

Na prática, a espessura da camada é selecionada dependendo da finalidade - 1,5-2 vezes menor que o diâmetro do bico.


Fig. 1 Linha de pesca de esmagamento
Na parte inferior da Figura 1, é visto que a superfície de contato com o substrato é muito pequena e o alargamento da linha de pesca quase não ocorre. Na parte superior da figura, você pode ver o achatamento da linha de pesca, enquanto a área de contato está crescendo, bem como a largura da linha de pesca. Nas descrições da impressora, o parâmetro de espessura mínima da camada é frequentemente indicado. No entanto, isso caracteriza a resolução de impressão em apenas um eixo ... Nos outros dois, o diâmetro do bico (a largura da linha de pesca, que é obtida a partir do diâmetro do bico e a espessura da camada) é amplamente determinante. Para ilustrar, tentei desenhar pequenos detalhes na Figura 2 com linhas grossas. Deve-se ter em mente que alterar o movimento do bico em ângulo reto é algo indesejável, devido ao fato de o plástico ser aplicado duas vezes em algumas áreas. Isso levará a inchaço e extrusão ao longo das bordas, o que prejudicará a qualidade da impressão.Portanto, mais frequentemente os ângulos são impressos com determinados filetes.

Fig. 2
Podemos ver o arredondamento dos cantos na figura. O preenchimento incompleto no interior tem pouco efeito sobre a resistência. Em geral, geralmente é usado um grau de preenchimento de uma parte de 40-60%, mas isso depende de muitos fatores. Ao imprimir com poliamida seca, usei um preenchimento de 15 a 20%. Nesse caso, apenas o contorno externo, a parte superior e inferior da peça são impressos em uma camada contínua. Por padrão - 3 camadas da borda e preencha. Portanto, para um objeto imprimível de alta resolução, você precisará do menor diâmetro de bico possível. Isso levanta outro problema - velocidade de impressão. Suponha que nossa cabeça produza uma velocidade de extrusão decente de 100 mm / s, com um diâmetro de bico de 0,3 mm. Refere-se à taxa de extrusão de plástico na saída do bico. Vamos calcular quanto será em centímetros cúbicos, levando a centímetros:

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

Suponha que uma densidade de enchimento de 0,4 não seja suficiente, é claro, mas ...

0,007068 / 0, 4 = 0,01767 cm³ / s

Acontece que 1 centímetro cúbico da peça com um grau de preenchimento de 0,4, uma impressora com um bico de 0,3 mm imprimirá 56,5 segundos. Aproximadamente - 1 minuto. Volume parcial de um litro - 1000 minutos, aproximadamente 16 horas. O resultado não é inspirador. É claro que, quando o diâmetro é dobrado, na mesma velocidade de extrusão, a velocidade de impressão aumenta quatro vezes.
Portanto, se tivermos uma mecânica de impressora perfeita, para obter melhores resultados, precisamos ter a velocidade máxima de extrusão para o bico mais fino. No caso de um bico com diâmetro de 0,3 mm, o raio de arredondamento mínimo real das faces pode ser de meio milímetro, na minha opinião. Isso ocorre devido a alguma expansão da linha de pesca ao esmagar a cabeça. Mesmo em pequena escala - mas isso é necessário para que a força não caia muito. Muitos observaram a força desigual dos produtos ao longo dos eixos X, Y e Z. A força ao longo do eixo Z é menor devido ao fato de as camadas não poderem se unir o suficiente. Com uma boa trituração da linha de pesca, por exemplo, uma altura da camada ½ do diâmetro do bico, esse problema não é perceptível.
Outro objetivo associado a esses dois é reduzir a massa do conjunto da cabeça de impressão. Na maioria das impressoras, a cabeça se move em um ou dois planos. Quanto mais cedo ele se move, mais rápido ele imprime. No entanto, existem modelos nos quais toda a área de trabalho se move. Uma coisa incrível. A área de trabalho é muito mais pesada que a cabeça, mesmo com uma extrusora. Além disso, a peça impressa está presa a ela. Acelerações alternadas constantes devem se esforçar firmemente para interrompê-lo. E a cabeça é de ferro, é difícil separá-la.
Agora a cabeça em si é HotEnd. Em geral, não é muito pesado, mas existe uma - a opção de conexão mais comum - Greg ou Wade, envolve a colocação de uma extrusora - uma unidade que empurra o filamento no HotEnd, construtivamente com a cabeça. Isso aumenta drasticamente a massa. A opção de conexão é dobrada, quando a extrusora é fixada e conectada à cabeça com um longo tubo de Teflon móvel (o Teflon oferece pouco atrito) através do qual o filamento entra na cabeça. Esta solução não é muito confiável, a força transmitida não é tão grande; além disso, é difícil controlar rapidamente o fluxo de plástico na cabeça. Para velocidades de impressão muito altas, não é adequado, na minha opinião.
Por outro lado, a grande massa da cabeça móvel com a extrusora, com movimento rápido, causa grandes cargas na estrutura da impressora e também requer energia extra para mover toda essa massa. Isso significa que um aspecto da consideração deve ser a redução na massa total da unidade de impressão.
Conclusões:
Três tarefas principais que afetam a velocidade e a qualidade da impressão:
1. Obter um bico viável com um diâmetro possivelmente pequeno
2. Ao mesmo tempo com alta velocidade
3. E ao mesmo tempo, para que a massa da unidade de impressão seja a menor possível.
Essas são questões cuja solução, acredito ser importante para melhorar as impressoras 3D FDM, e cujas soluções serão discutidas aqui.

Capítulo 1. A cabeça, o dispositivo geral e os processos em andamento. Extrusão. Atrito.

1.1 Zona da cabeça. Para resolver os problemas acima, você precisa entender os processos que ocorrem na cabeça para otimizá-los. Então, vamos dar um diagrama simplificado do interior da cabeça. cm Fig.3

Fig.3
veja quais processos ocorrem em áreas designadas.
Na zona A , vemos filamentos frios recebidos. Suas propriedades ainda não mudaram de aquecimento, portanto sua resistência ao movimento é determinada pelo atrito contra as paredes. Pode ser bem reduzido usando um revestimento de Teflon - um tubo, já que o Teflon, a temperaturas não muito altas, quando não tem onde vazar (apenas o revestimento), funciona bem e o atrito deslizante é muito baixo.
Agora seção B- cor verde. Nesta parte, o plástico já está ligeiramente aquecido pelas paredes e suas propriedades mecânicas estão se deteriorando, mas a fluidez ainda não se manifestou.
Suspeitei da existência deste local de acordo com os resultados de experimentos com uma câmara de fusão muito longa com um canal estreito (para melhor contato térmico).

De repente, a taxa de extrusão caiu drasticamente. A diferença no diâmetro era de cerca de 0,1 mm. Presumi que, com aquecimento parcial, a força da haste plástica diminui e ela começa a dobrar no canal sob a influência da pressão da extrusora com um raio de curvatura menor, ou seja, são produzidos muitos pontos de atrito contra a parede, ou mesmo uma leve inflação faz com que uma cortiça se forme, mas não onde é necessário, não na zona de um gradiente de alta temperatura (mais sobre isso abaixo).
A favor da formação de uma mola de cobra, diz que durante a extrusão foi observada uma grande pós-extrusão. Ou seja, após a extrusora parar do bico, o plástico continua a engasgar. Para verificação e eliminação, o canal foi perfurado para 2,0 mm com 1,8 mm. A folga foi de 0,3 mm. A velocidade aumentou significativamente. Esse fenômeno é provavelmente mais característico de um filamento de pequeno diâmetro, uma vez que a rigidez da haste na flexão com uma diminuição no diâmetro diminui de acordo com a lei do terceiro ou do quarto grau. No entanto, com certeza absoluta, isso não pode ser considerado o principal motivo de falha nesse caso, pois mais um erro foi eliminado - a seção de saída do bico era muito longa. 4-5 vezes mais do que o recomendado e o normal. Devido a erro de fabricação. No entanto, a julgar pelos cálculos das forças de atrito no nariz do bico (dados abaixo),um longo canal de exaustão não deveria ter diminuído tanto a velocidade.
Seção C. A temperatura aumenta e a deformação plástica da barra começa. Sob pressão, é distribuído para os lados, formando um pistão. Encontrei uma descrição desse fenômeno na página http://reprapology.info/archive/1422/rheology/ Obrigado, colegas! Esse momento foi verificado com facilidade - em um diâmetro de 3 mm da linha de pesca, bastava que a cabeça esfriasse após a impressão e, em aquecimento rápido, remova a linha de pesca com um influxo endurecido. O design da cabeça me permitiu fazer isso facilmente.
Portanto, o pistão resultante serve como um obstáculo para as camadas inferiores líquidas mais quentes de plástico e não permite que elas se quebre. Tais avanços ocorreram sob certas condições, eu também pude observá-los. Portanto, esse fenômeno é útil, por isso chamo de “engarrafamento no trabalho”. No entanto, sob várias condições, a cortiça começa a crescer em comprimento. Um encaixe perfeito nas paredes sobre uma grande extensão de massa semi-sólida aumenta acentuadamente a resistência. Há um "engarrafamento" - congestionamento. Eu também pude obter esse fenômeno em minhas cabeças experimentais, embora sob certas condições.
O fato é que, é claro, principalmente, ocorre uma rolha devido a um projeto malsucedido da cabeça e somente como resultado disso, mais frequentemente durante o tempo ocioso em um estado aquecido. Obviamente, é claro, a partir da figura, que a seção do “plugue de trabalho” deve ter um determinado comprimento - não menor, e não maior que o ideal. Não pude encontrar o defeito “um atolamento de trabalho muito curto”, mas “muito tempo” é uma ocorrência frequente. É claro que, se considerarmos o estado estacionário, o comprimento do “plugue de trabalho” é determinado pela diferença de temperatura (gradiente) do início da zona C ao final. No caso de plásticos com temperatura de operação de 230 ° C, a temperatura mais baixa do início de sua formação provavelmente está na região acima de 100-110 ° C. Na verdade, esse fato explica o uso de ventiladores e barreiras térmicas nas cabeças de trabalho - quando a impressão é interrompida (e não apenas),impedem o aumento do aquecimento e, consequentemente, o crescimento da cortiça e o seu deslocamento em áreas indesejáveis.
Seção D. Também não é uma seção simples. O fato é que nesta zona o plástico deve ser derretido até o centro, ou seja, completamente. Caso contrário, se um núcleo não derretido se aproximar do bico, uma extrusão desigual do plástico é observada - não é espremida uma linha de pesca contínua, mas uma espécie de guirlanda de salsichas com restrições ou pessimistas - "kakashist". Em velocidades ligeiramente mais baixas, o uso de poliamida recém-seca pode ser visto em uma linha de pesca transparente extrudada, ao longo do eixo, pequenas inclusões de plástico turvo não derretido de formato cilíndrico. Esse fenômeno foi bem observado na cabeça do tipo 3.3 com diâmetro de filamento de 1,6-1,7 mm e diâmetro de bico de 1 mm, com velocidade de alimentação de filamento de 500 - 1000 mm / min. Aqui estão algumas imagens.
Um exemplo de uma poliamida seca a uma alimentação de 500 mm / min, a uma temperatura de 225 ° C, a derrapagem da linha de pesca na extrusora é de cerca de 10%.

Fig. 4
Pode-se ver que a linha de pesca está quase em toda parte plana, apenas muito borbulhante. Não se assuste - esse recurso é o resultado de uma combinação - um enorme diâmetro do bico de saída e uma alta taxa de alimentação.
É o mesmo, mas a taxa de alimentação do filamento é de 1000 mm / min e o coeficiente de derrapagem é de cerca de 50%! Ou seja, a oferta realmente aumentou quase 5-10%. Coeficiente de escorregamentoUtilizo-o para indicar o fato de que, com um aumento na velocidade de alimentação, a velocidade de extrusão da linha de pesca aumenta e, consequentemente, a resistência a empurrar a linha de pesca aumenta. Em algum momento, os dentes do hobbolt não conseguem lidar com a captura da linha de pesca e começam a rasgá-la ou escorregar nela. Nesse caso, a velocidade de alimentação definida começa a exceder a velocidade real - nós a determinamos pelo peso da linha de pesca espremida. Para 100% considero a total conformidade das entradas, para 0%, a completa cessação das entradas. Este valor caracteriza muito bem a pressão de extrusão, 80% geralmente significa um processo estável e uniforme.

Fig. 5
Alguns nódulos são visíveis, embora sejam pouco visíveis devido a bolhas.

Fig.6
Aqui está a poliamida seca, diâmetro do filamento 1,7 mm, alimentação 500 mm / min, temperatura 215º. Não há bolhas, há constrições. A propósito, a secagem foi realizada em forno elétrico, 30 min a 100º, 30 min a 120º. Encolhimento de 5,5% da massa. Uma secagem adicional durante uma hora a 120 ° C levou a uma diminuição de peso de 0,5-1,0%. Ao mesmo tempo, minha linha de pesca estava parcialmente deformada - provavelmente o forno não é o melhor dispositivo para secar.
Conclusão - 1 hora, com um aumento gradual da temperatura, é suficiente para a secagem. A secagem não afetou significativamente a taxa de extrusão. Um ponto importante! Com o tempo, a poliamida e o ABS ganham umidade do ar. Ao imprimir, isso leva ao aparecimento de bolhas na linha de pesca, o que significa saliências e irregularidades no produto acabado. Isso tem que ser combatido.

Fig. 7
Linha de pesca boa e uniforme, diâmetro caminha um pouco. Avanço 300 mm / min. A derrapagem é quase zero.
Seção E - zona de compressão do fluxo.A teoria ensina que a forma e o comprimento desta seção não são muito importantes - quanto menor, melhor. Havia suspeitas, alguns camaradas de Roboforum, de que, devido à natureza viscoelástica do polímero fundido, isso pode não ser o caso. Os experimentos confirmaram a vantagem dos bicos mais simples, com um grande ângulo de entrada obtido por perfuração com uma broca convencional, em uma passagem. Todas as brocas escalonadas, bicos cônicos alongados (até 1k13 de alongamento), bicos com perfil parabólico foram testados e provaram ser muito mais atritos do que o bocal mais simples feito com uma broca com um ângulo de afiação de 118º. Então, no momento, acho que não faz sentido. Uma pergunta com um filamento preenchido - pode não ser esse o caso.
Seção F - bico injetor.De fato, quanto menor, melhor. Recomendado até 0,4 mm. Esta é a área com maior resistência, portanto seu comprimento afeta muito a resistência. Com um comprimento de 0,4 mm e um diâmetro de bico de 0,2 mm, como se viu, 49% de toda a resistência recai sobre essa porção. Isto é para a última versão do cabeçote V4_1.A metodologia para obter esses dados será menor. Mas deve-se ter em mente que o alongamento desta seção não apenas reduz a velocidade, mas também tem um efeito de suavização no gotejamento, reduzindo o inchaço em altas velocidades. É verdade que ainda é necessário descobrir se isso afeta a qualidade da impressão - afinal, de qualquer maneira, a gota é imediatamente manchada na peça

Conclusões: É descrita a divisão da cabeça de acordo com os processos que entram nas zonas. Os principais processos neles estão em andamento. Pistão de trabalho em atrito. Fusão completa do filamento. O teor de água no filamento, seu efeito, secagem. Formas alternativas de bicos são perfuradas por etapas.
1.2 Cálculo da taxa de fusão do filamento e seu efeito.
Calculei a taxa de fusão de uma haste de plástico cilíndrica da superfície de
acordo com a lei de Fourier, assumindo que o calor não é desperdiçado em uma transição de fase (como gelo derretido) (o que não é muito verdadeiro no caso da poliamida - tem uma cristalinidade perceptível, mas o erro é pequeno), que o derretimento das camadas derretidas não acontece - isso é quase verdade, porque, devido à alta viscosidade do plástico fundido, seu fluxo em um tubo de diâmetro não muito grande (1,7 e 3,0 mm) é laminar.
Para uma fina camada cilíndrica de plástico, considerei a potência térmica que entra nesta camada: P = λ * S * ΔTdv / l, onde λ é a condutividade térmica do plástico, S é a área de transferência de calor, l é a espessura da camada de condutividade térmica, contando a partir da superfície aquecida. ΔTdv - a força motriz do processo, a diferença de temperatura entre o aquecimento e as superfícies aquecidas. Se a potência exceder a potência do aquecedor, ΔTdv foi calculado na fórmula, calculada a partir da condição de que a energia do aquecedor é igual. De acordo com a fórmula Q = M * C * Δtr, foi calculado ΔTr - uma mudança na temperatura do material aquecido nessa camada, neste passo do tempo. Assim, foi considerado em camadas, com um pequeno passo na tabela Calc do pacote Libre Office. Tomei um tamanho de passo de 0,15 mm e um intervalo de tempo de 0,02 s.
Agora vamos ver como o objeto irá aquecer a partir de uma superfície de aquecimento com uma temperatura constante - como no nosso caso. Pela lei de Fourier, sabemos que a taxa de aquecimento é proporcional à diferença de temperatura, ou seja, - "força motriz", Δt. Contagem. A superfície de aquecimento é t = 250 º, a temperatura alvo é t = 230 º. Temperatura inicial t = 20 º. Vamos considerar o tempo durante o qual um terço da diferença inicial de temperatura ((250-20) / 3 = 77 º) é aquecida igual a T. Além disso, a temperatura final no intervalo é t = 97 º (20 + 77) e a média Δt = ((250- 20) + (250-97)) / 2 = 191 º. Durante o próximo intervalo de tempo T = 2, o objeto também aquecerá até um terço da "força motriz" restante Δt = 250-97 = 153 º, e a temperatura final no intervalo se tornará t = 97 + 51 = 148 º e a média Δt = ((250-97) + (250-148)) / 2 = 127,5 º.

Ao longo do intervalo de tempo T = 3, Δt = 250-148 = 102 º, e a temperatura final se torna t = 148 + (102/3) = 182 º e a média Δt = ((250-148) + (250-182)) / 2 = 85 º.

Acima de = 4, Δt = 250-182 = 68 º, a temperatura se tornará t = 182 + (68/3) = 205 º e a média Δt = ((250-182) + (250-205)) / 2 = 56, 5 º.

Acima de = 5, Δt = 250-205 = 45 º, a temperatura se tornará t = 205 + (45/3) = 220 º e a média Δt = ((250-205) + (250-220)) / 2 = 37, 5 º.

Acima de = 6, Δt = 250-220 = 30 º, a temperatura se tornará t = 220 + (30/3) = 230 º e a média Δt = ((250-220) + (250-230)) / 2 = 25 º . Assim, quando aquecido da superfície com um leve superaquecimento (20º), obtivemos uma saída para os parâmetros definidos por 6 intervalos de tempo convencionais T.
Agora vamos ver o que acontece se aumentarmos essa diferença de temperatura. Calculamos o mesmo aquecimento a partir da superfície de aquecimento com t = 320 º - essa possibilidade técnica está disponível no cabeçalho deste projeto.

T = 1, Δt = 320-20 = 300 º, a temperatura se tornará t = 20 + (300/3) = 120 º e a média Δt = ((320-20) + (320-120)) / 2 = 250 º.

T = 2, Δt = 320-120 = 200 º, a temperatura torna-se t = 120 + (200/3) = 187 º e a média Δt = ((320-120) + (320-187)) / 2 = 166,5 º.

= 3, Δt = 320-187 = 133 º, a temperatura torna-se t = 187 + (133/3) = 231 º e a média Δt = ((320-187) + (320-231)) / 2 = 111 º.

Acontece que, aquecendo o plástico mais quente do que o cabeçote precisa, aumentaremos visivelmente a taxa de fusão. Nada mal, esta solução pode ser útil, embora surjam várias dificuldades. Além disso, isso afetará positivamente a viscosidade do plástico líquido, porque a taxa de fusão do plástico não é o único fator que limita a taxa de fluxo de plástico do bico. Isso foi levado em consideração no cálculo, devido ao qual foi possível considerar o modo de operação com superaquecimento. Acabou por ser uma maravilhosa tabela feita no LibreOfficeCalc, que permite considerar o aquecimento da barra com um conjunto de fatores e dar a oportunidade de calcular onde e qual será a temperatura. Não repreenda por usar o Excel analógico - ela faz seu trabalho.

O tempo total de fusão da poliamida PA6 com um diâmetro de 1,7 mm, a uma temperatura do aquecedor de 280 ° C, a uma temperatura de 200 ° C, com uma potência do aquecedor de 30 W, foi de 2,88 s e, no caso de um aquecedor com uma temperatura de 240 ° C - 3,24 s. Para o mesmo plástico com um diâmetro de 3 mm e uma potência de aquecimento de 50 W, com uma temperatura de aquecimento de 280 ° C e aquecimento de 200 ° C a 8,64 s, e com um aquecedor de temperatura de 240 ° C a 9,84 s. Estes são os dados de cálculo ao substituir os parâmetros dos cabeçotes reais do tipo 4.1 e 3.3. Além disso, de acordo com os resultados do cálculo, foi construído um perfil do filamento que derrete a frente na cabeça.

Fig. 8
A partir do valor do tempo necessário para a fusão da haste, o comprimento necessário da zona de fusão ou a taxa máxima possível de fusão do filamento podem ser considerados.
Para verificação experimental dos cálculos de um filamento de 1,7 mm de diâmetro, usei uma cabeça do tipo 3,3 com um bico perfurado a 1 mm para um filamento de 1,7 mm e uma cabeça do tipo 4,1 com um bico 0,9 para um filamento de 3 mm. Uma abertura tão grande foi reduzir significativamente a resistência ao rompimento devido à viscosidade, deixando apenas uma limitação do rompimento da massa fundida. Como a taxa de fluxo do fundido do bico é muito maior que a velocidade do avanço do filamento (na proporção da diferença entre os quadrados dos diâmetros), a parte não fundida do filamento não pode simplesmente sair do furo, bloqueia o bico e, se for menor que o diâmetro do bico, ele o quebra em pedaços por uma corrente . A temperatura já está bastante alta, então a força do núcleo fundido é baixa.Este fenômeno pode ser observado durante a extrusão de poliamida seca (o derretimento seco é turvo devido a bolhas de vapor), no estado fundido é transparente e na linha de congelamento quente do bico, pequenas ilhas lamacentas de inclusões eram visíveis ao longo do eixo.
Como a saída foi medida, o que significa derrapagem: Primeiro, a extrusora foi calibrada. Em uma tarefa (por exemplo) de 50 cm, ele esmagou a linha de pesca em baixa velocidade para garantir a ausência de derrapagem. Foi medido o quanto ele realmente vendeu. As marcas foram colocadas em uma linha de pesca com uma caneta de feltro. A gravidade específica do filamento foi calculada - um pedaço de 1 m de comprimento foi cortado, o diâmetro foi medido cuidadosamente em vários locais. Esta peça foi pesada. A densidade foi calculada a partir desses dados: - A propósito, o tipo de poliamida pode ser razoavelmente bem julgado por sua densidade, e isso nos permite julgar suas outras características, como resistência, ponto de fusão e absorção de água.
A taxa de alimentação real máxima do filamento durante o aquecimento a 280 ° C para um diâmetro de 3 mm foi de 6,52 mm / s.A taxa de alimentação real é obtida dividindo o peso da linha de pesca espremida pelo tempo de trabalho da extrusora, depois dividido pela densidade (obtemos volume por segundo) e depois pela área de seção transversal do filamento. Para esta cabeça, o comprimento da zona de fusão pode ser considerado em cerca de 50 mm. Portanto, o tempo de fusão do experimento é τ = 50 / 6,52 = 7,67 s. Este é o tempo de fusão completa do filamento com um diâmetro de 3 mm. Mais precisamente, não era um filamento, mas uma linha de pesca aparadora; seu diâmetro era estável. No caso de uma linha de pesca aparadora com um diâmetro de 1,6 mm, o seu diâmetro "anda" de 1,62 mm a 1,68 mm. Para esse filamento, a taxa de fusão completa foi de 4,17 s. A diferença com o calculado é um pouco maior do que no primeiro caso. Entendo que isso se deve à resistência de um canal de trabalho mais restrito.É uma boa coincidência com a teoria. É provável que a taxa de fusão total para outro diâmetro seja quadrática (e calculada para filamentos de 3 mm, isso confirma).
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1.3 O efeito do atrito. A avaliação dele, termobarradora. Radiador quente. Manifesta-se em todas as partes da cabeça. O atrito do plástico frio, o atrito de um plástico levemente aquecido devido ao inchaço nas laterais, o atrito do “bujão de trabalho”, o atrito do plástico líquido nas paredes e entre as camadas e a inesperadamente alta resistência na última seção do bico. Embora seja geralmente recomendado encurtá-lo, mas devido ao fato de a velocidade do plástico neste local ser a mais alta e o diâmetro do furo ser pequeno, a resistência pode ser muito significativa.
O atrito na seção na cabeça e na extrusora também é importante, mas agora estamos lidando com a cabeça. Devido à alta temperatura, o uso de uma pastilha de Teflon dentro da cabeça parece ser uma solução ruim; no entanto, devido ao derretimento do plástico, o atrito é reduzido aqui, o que significa que a necessidade de Teflon desaparece. No entanto, o atrito a seco no metal deve ser evitado e, se o plástico deslizar razoavelmente bem no aço polido, o alumínio não o fará.
Então, voltando ao desenho da cabeça com zonas, figura 3 - zona C, a zona de formação do bujão de trabalho.
Para reduzir o atrito nesta seção, é necessário criar uma grande diferença de temperatura (gradiente) da zona C - a formação do bujão de trabalho, para a zona D - fusão. Quanto maior o gradiente, menor o comprimento do plugue de trabalho e menor a resistência ao atrito. Para criar o gradiente apropriado, use a barreira térmica. Começando pelas primeiras cabeças do tipo 1.1, eu a fiz com um tubo de aço inoxidável soldado (com solda de prata dura) à cabeça de latão, um pequeno radiador de disco de alumínio foi colocado no tubo, a uma distância de cerca de 2-4 mm da parte de latão da cabeça. Devido à baixa condutividade térmica do aço inoxidável (classe 304 ou X18H10) e à alta condutividade térmica do alumínio, o radiador adquiriu uma temperatura de cerca de 100 ° C e pré-aqueceu a linha de pesca, reduzindo o tempo de derretimento, sem o risco de entupimento. Desde que o radiador foi soprado por um ventilador,acabou por ser uma boa estabilização térmica - a cortiça não pôde subir, uma vez que com o aumento da temperatura o radiador começou a emitir calor muito mais intensamente. Na seção do tubo de aço no nível do radiador e acima, foi usada uma pastilha de Teflon por dentro, de modo que o atrito aumentado da seção B foi reduzido.
1.4 Engarrafamentos. Vamos considerar, se possível, o processo de formação de engarrafamentos na cabeça e sua degeneração de “trabalhadores” úteis para maliciosos. Para fazer isso, calcule o fluxo de calor em diferentes partes da cabeça e pense sobre isso.

Em geral, durante a operação da extrusora e da cabeça, a linha de plástico é convertida em um fundido e empurrada com uma força suficientemente grande por uma abertura estreita do bico. Isto está claro. A propósito, por algumas razões, pode-se estimar que o derretimento na cabeça possa estar sob pressão suficientemente alta. A força de uma boa extrusora pode atingir dez quilos de força por filamento de 3 mm. Eu fiz esse esforço na barra quando empurrava o plástico manualmente. Aconteceu. Abrange uma área de 7 milímetros quadrados sob 100 atmosferas. Bem, isso não é muito difícil de medir - inserimos no bico uma haste feita de material com baixa condutividade térmica (PEEK, PTFE?) E medimos a pressão do bujão. Para um bico com um diâmetro de 0,5 mm - força de 2 gramas por atmosfera. Embora não seja muito importante. Eu não medi.

Assim, a linha de pesca entra na cabeça com um espaço. Nada quebra. É claro que durante o aquecimento ocorre um certo amolecimento do plástico e, sob a influência da força da extrusora, é distribuído para os lados, enquanto as paredes permitem. A capacidade de amolecer parcialmente o plástico é fácil de verificar - é.

Mais uma vez, é claro que quanto menor a diferença de temperatura ao longo do comprimento da área de ocorrência da cortiça, mais estendida será a cortiça. Quanto maior o contato total da cortiça com as paredes, maior a resistência ao empurrão. Você pode ver a figura 3 ... Além disso, quando o plástico derrete, o atrito contra as paredes diminui e você não pode se preocupar com isso dessa maneira. Portanto, quanto menor o plugue de trabalho, menor o atrito espúrio.

Imagine que o comprimento do plugue de trabalho é de apenas 0,1 mm. É claro que uma camada tão fina de material geralmente não muito forte não suporta a contrapressão do plástico líquido, e ela rebenta e, depois de romper, endurece na parte fria, criando uma cortiça inesperada. Aconteceu algumas vezes. Lá você pode ver claramente como ocorreu um avanço e o líquido subiu por toda a barra do filamento. A propósito - em TODOS os casos em que obtinha rolhas de cortiça (embora eu tivesse muitas cabeças experimentais, mas as rolhas raramente eram formadas), me livrei delas muito simplesmente - deixe esfriar e depois ligue o fogo, depois de alguns minutos o comando “Reverse” para a extrusora e passe a mão com puxado pela linha de pesca. Sugiro que isso se deva ao recurso de design de todas as minhas cabeças.- Antes da zona de fusão ativa, existe uma inserção de Teflon dentro do tubo, com um diâmetro não inferior ao diâmetro da zona de trabalho da cabeça.
Conclusão: O crescimento da cortiça e a aderência ocorrem, como acredito, devido ao fato de que, quando ocioso, o calor sobe pelas paredes do porta-cabeça (barreira térmica?), E quando o trabalho começa, o plástico macio é distribuído pelos lados. Provavelmente, torna-se fatal quando não há revestimento de Teflon chegando quase à própria cabeça.

1.5 Cálculo dos fluxos de calor e gradientes em repouso e em movimento, na cabeça. Cálculo de radiador quente com ele e sem ele.

1.5.1 O design do cabeçote BASS tipo 1.3 e os fluxos de calor nele. O nome das primeiras letras dos materiais utilizados Latão, Aço Inox, Alumínio. Filamento de 3mm. Considere fluxos de calor, temperaturas e processos usando esse design como exemplo. Estou inserindo uma

peça da minha antiga publicação
“Zd-printer: uma visão do lado da cabeça”, ligeiramente corrigida.


Fig. 9 Um pouco de acordo com o esquema da fig. 9: o roxo na parte externa da cabeça é uma bobina de aquecimento, é melhor do que o nicrromo, no entanto, um resistor é frequentemente usado como um aquecedor nas cabeças - isso é conveniente na produção, mas reduz a confiabilidade e a uniformidade do campo de aquecimento, uma vez que o resistor está localizado localmente, experimenta superaquecimento local. No entanto, não há diferença fundamental aqui - um resistor ou enrolamento. Somente - alta uniformidade e taxa de aquecimento, mas a facilidade e precisão do design.

O vermelho na parte inferior da cabeça é a zona de polímero fundido, é heterogêneo, pois o polímero altera a viscosidade em uma ampla faixa de temperatura e a zona laranja é a área em que o polímero já é aquecido até a plasticidade, mas ainda não é fluido. Essa zona é muito importante - nela, a haste de plástico se expande levemente, se encaixa perfeitamente nas paredes e se transforma em um pistão, que empurra o derretimento pela saída - a matriz. Verde é a zona em que mudanças significativas na ductilidade ainda não ocorreram e a barra transfere ainda mais a pressão sem vincar. Sombreamento diferente mostra uma cabeça de latão e um radiador de alumínio. O tubo fluoroplástico é destacado em branco - o guia, por causa de muito pouco atrito, a barra ao longo dele passa com resistência mínima. Cinza - tubo de aço inoxidável, cabeça do mancal e radiador,assim como um anel - insira - ele permite evitar o estresse mecânico no tubo de Teflon na parte mais quente. Isso é importante - o Teflon, em tais condições, é extremamente instável mecanicamente, por isso, aqui, ele confina com aço em todos os lugares - pode vazar um pouco, mas não em breve, e esse pedaço de tubo de Teflon é muito fácil de substituir. O tubo de aço inoxidável é soldado à cabeça de latão com uma solda de prata sólida - portanto, não há dúvidas sobre estabilidade e resistência térmica. O anel (polido por dentro, para reduzir o atrito!), É simplesmente embutido por dentro e pressionado por um tubo de Teflon. Observe - o aço inoxidável deve ser de baixa condutividade térmica, para isso foi escolhido. Geralmente isso é algo como 04X18H10.portanto, aqui ele confina com aço em todos os lugares - pode vazar um pouco, mas não em breve, e esse pedaço de tubo de Teflon é muito fácil de substituir. O tubo de aço inoxidável é soldado à cabeça de latão com uma solda de prata sólida - portanto, não há dúvidas sobre estabilidade e resistência térmica. O anel (polido por dentro, para reduzir o atrito!), É simplesmente embutido por dentro e pressionado por um tubo de Teflon. Observe - o aço inoxidável deve ser de baixa condutividade térmica, para isso foi escolhido. Geralmente isso é algo como 04X18H10.portanto, aqui ele confina com aço em todos os lugares - pode vazar um pouco, mas não em breve, e esse pedaço de tubo de Teflon é muito fácil de substituir. O tubo de aço inoxidável é soldado à cabeça de latão com uma solda de prata sólida - portanto, não há dúvidas sobre estabilidade e resistência térmica. O anel (polido por dentro, para reduzir o atrito!), É simplesmente embutido por dentro e pressionado por um tubo de Teflon. Observe - o aço inoxidável deve ser de baixa condutividade térmica, para isso foi escolhido. Geralmente isso é algo como 04X18H10.simplesmente inserido dentro e preso por um tubo de teflon. Observe - o aço inoxidável deve ser de baixa condutividade térmica, para isso foi escolhido. Geralmente isso é algo como 04X18H10.simplesmente inserido dentro e preso por um tubo de teflon. Observe - o aço inoxidável deve ser de baixa condutividade térmica, para isso foi escolhido. Geralmente isso é algo como 04X18H10.

No lado esquerdo da imagem, você vê um gráfico de temperatura (gráfico aproximado), ao longo do eixo do tubo. Não posso garantir a precisão da balança, mas as instruções estão corretas. Quanto mais distante do eixo com a marcação de zonas, maior a temperatura.
Não vamos repetir. Somente a zona 4. é interessante aqui.Você pode ver como o radiador quente é colocado.

Zona 4- zona de amolecimento ativo do plástico, zona de barreira térmica. Pode-se observar que existe um pequeno espaço entre a parte de latão da cabeça e o radiador, na qual a temperatura muda muito acentuadamente. Então o plástico começa a aquecer para formar uma cortiça, que serve como um pistão empurrando cada vez mais. Como os colegas do reprapology.info mostraram, se o pistão do plugue aumentar em comprimento, a impressão será interrompida devido ao aumento do atrito e a problemas de limpeza dolorosos. Para impedir que esta cortiça cresça, é utilizado um pequeno radiador mais alto na 5ª zona. Com o influxo de calor ao longo da ponte térmica do aço inoxidável, ele aquece, o que significa que começa a dissipar mais calor. Assim, o processo é auto-estabilizador e entrar no campo do trabalho sustentável não é nada difícil. A dissipação de calor pelo radiador é grande,e a resistência térmica da ponte entre a cabeça e o radiador é grande; portanto, o aumento da temperatura com a distância é alto, o que significa que é mais provável que o ponto de temperatura ideal de trabalho caiba neste segmento para criar um pistão curto e eficaz. O tamanho do radiador quente deve ser selecionado para que sua temperatura fique entre 100 e 110 graus, provavelmente (esta é a temperatura usual da área de trabalho da impressora). Isso é feito para que o máximo possível da zona de barreira térmica esteja na provável faixa de temperatura de trabalho (arrolhando!).de modo que sua temperatura esteja na região de 100 a 110 graus, provavelmente (esta é a temperatura usual da área de trabalho da impressora). Isso é feito para que o máximo possível da zona de barreira térmica esteja na provável faixa de temperatura de trabalho (arrolhando!).de modo que sua temperatura esteja na região de 100 a 110 graus, provavelmente (esta é a temperatura usual da área de trabalho da impressora). Isso é feito para que o máximo possível da zona de barreira térmica esteja na provável faixa de temperatura de trabalho (arrolhando!).

Portanto, para resumir, para uma operação estável da cabeça, deve existir uma zona estreita com alta resistência térmica (chamada barreira térmica), na qual a temperatura mudaria de uma temperatura de trabalho por um curto período de tempo (consideramos 235) para 100 graus - aproximadamente a temperatura da mesa de trabalho. Precisamos de sopro contínuo com um pequeno ventilador e ele deve ser direcionado ao radiador!
Conclusão: O princípio do projeto e operação da cabeça usando um "radiador quente" é descrito.
1.5.2 Cálculo do fluxo de calor da cabeça. Cálculo do fluxo de calor na área da cabeça ao radiador quente - condutividade térmica do aço inoxidável (graus 304/316) K = 9,4 W / ° * m

Tamanhos da cabeça: o comprimento da barreira térmica da cabeça ao radiador quente L = 3mm, o diâmetro externo é D = 8mm, o diâmetro interno é devido ao anel de inserção d = 4mm

- Consideramos a temperatura da cabeça 260 ° C.

- Consideramos a temperatura normal de trabalho e a temperatura desejável do radiador quente T = 110 ° C

- Fluxos convectivos no caso da cabeça de uma impressora 3D, que é soprada por um ventilador e se move constantemente rápido o suficiente, podem ser ignorados. Não levaremos em consideração o resfriamento movendo o ar do radiador e de outras partes. Para calcular a potência dissipada, usamos a fórmula aproximada para os radiadores, considerando que a cabeça móvel e levemente soprada é semelhante a um radiador em condições normais. Aquecido a partir da superfície da mesa aquecida - também negligenciado, por, por um lado, uma distância suficientemente grande da sua superfície e, por outro lado, soprar e mover a cabeça. Acreditamos que, em certa medida, eles são mutuamente compensados. No entanto, em uma impressora funcionando, os detalhes na mesa aquecida não esquentam visivelmente.

- Até uma temperatura de 100 ° C, não é recomendável considerar a transferência de calor por radiação - muito pouco, com aumentos crescentes de temperatura na proporção do quarto grau de temperatura. Resfriando a cabeça com radiação - nos importamos muito pouco, há um sensor de temperatura, se esfriar, está quente. A temperatura do radiador quente é próxima da recomendada para o não cálculo de 100 ° C - não consideramos radiação.
A seção de transferência de calor da cabeça para o radiador quente.

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

Para elevar a metros quadrados, no caso do coeficiente de condutividade térmica fornecido, a área é necessária dividido por um milhão.

Calculamos o fluxo de calor em um radiador quente. Devido ao fato de a condutividade térmica do alumínio ser 50 vezes maior que a do aço inoxidável, consideramos a temperatura uniforme em todo o radiador (ao longo do eixo é de 5 milímetros). A temperatura nas bordas do radiador no âmbito deste cálculo não nos interessa.

W = K * S * ΔT / L

L - não se esqueça de dividir por 1000, porque o coeficiente que usamos é dimension-meter, na seção da cabeça ao radiador quente ΔT = 260-110 = 150 °

Acontece que W = 9, 4 * 37,7 * 150/3 * 1000 - um milhão (área em mm²) e mil diminuíram, restavam mil.

W = 17,72 W de fluxo de calor para um radiador quente.
1.5.3 Cálculo do balanço de calor do radiador. Cálculo de gradiente. Cálculo do fluxo de calor na área do radiador quente até o suporte da cabeça:

- Comprimento da barreira térmica L = 8 mm

- Área de transmissão S = 3,14 * D² / 4 - 3,14 * d² / 4 = 3,14 * 8 * 8/4 - 3,14 * 6 * 6/4 = 21,99 mm²
nesta seção, não há anel - forro, de modo que o diâmetro interno aumentou, e a área de transferência de calor - diminuiu

- A diferença de temperatura. Consideramos a temperatura normal e esperada de fixação da cabeça de 30 ° C, o que significa ΔT = 110-30 = 80 ° C.

Consideramos W = 9,4 * 21,99 *

80/8000 = 2,07 W - 17,72 W de calor entra no radiador, mas 2 , 07W, diferença ΔW = 15,65W.
Este calor deve ser dissipado pelo radiador no ar. No trabalho, parte do calor será transportada pelo filamento, aquecendo nesta seção as paredes do tubo. No entanto, ainda não consideraremos isso. Acontece que precisamos assumir que todo esse calor é dissipado pelo radiador.
Cálculo do fluxo de calor dissipado pelo radiador de acordo com uma fórmula simplificada.

- Q = 50 / √S Onde Q é a resistência ao calor do radiador, em graus por watt, e S é a área do radiador, agora em centímetros quadrados ... essa fórmula. Sim, a fórmula é fraca e às vezes fica, mas de acordo com os dados de medição, você pode inserir a correção para condições específicas. Nós levamos em conta. Este radiador tem um diâmetro externo de 20 mm, um interno de 8 mm. Altura - 5 mm.

-Calcular sua área de trabalho, consiste no disco superior, no disco inferior e na área das aletas do radiador. 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

- Calcule a resistência ao calor do radiador Q = 50 / √8,41 = 17,24 graus / watt

- Vamos calcular a temperatura na qual esse radiador pode dissipar 15,65 W de calor recebido no final do segundo ponto de cálculo. ΔT = 15,65 * 17,24 = 270 ° C. Além disso, esta é uma diferença de temperatura. Consideramos a temperatura do ar na impressora em funcionamento 30 ° C, obtemos uma temperatura estranha de 300 ° C.
Agora seria bom verificar os cálculos.

Com uma mesa aquecida ligada a 110 ° C e uma cabeça de 260 ° C com um
termômetro eletrônico inserido no orifício do parafuso no radiador, as temperaturas foram medidas para um máximo de leituras por vários minutos.

A temperatura acabou sendo muito mais baixa que a calculada - 111,9 ° em vez de 300 °

Isso sinaliza claramente a imprecisão do modelo. O elo mais fraco aqui é a fórmula para calcular a resistência térmica de um radiador, é empírico e calculado para um radiador sem resfriamento forçado. No nosso caso, há um ventilador, embora fraco e sopra de longe. Considero possível introduzir um coeficiente de ventilação linear para esclarecer o cálculo da resistência térmica. Nós o calculamos substituindo-o em nossas fórmulas na forma

Q = 50 / (√S * K). temperatura inicial 260 ° C. Tomamos a temperatura do radiador quente 111,9 °

W = K * S * ΔT / L Na seção da cabeça ao radiador quente ΔT = 260 -111,9 = 148,1 °
Acontece que W = 9,4 * 37,7 * 148 , 1/3 * 1000 = 17,49 W.
Cálculo do fluxo de calor na área do radiador quente até o suporte da cabeça:

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

- Diferença de temperatura de condução. A temperatura de fixação da cabeça é de 30 ° C, o que significa ΔT = 111,9-30 = 81,9 ° C. Supomos que W = 9,4 * 21,99 * 81,9 / 8000 = 2,11 W

- Acontece que o radiador inclui 17,49 W de calor e sai 2,11 W, a diferença Δ W = 15,37
Vamos calcular a resistência térmica do radiador. Tomamos K = 3. Ou seja, a eficiência do nosso radiador é três vezes maior devido ao sopro do ventilador. Q = 50 / √8,41 * 3 = 5,75 graus / watt

Vamos calcular a temperatura na qual esse radiador pode dissipar 15,37 W de calor

ΔT = 15,37 * 5,75 = 88,37 ° C. Considerando a temperatura do ar no trabalho impressora a 30 ° C, obtenha uma temperatura de 118,37 ° C.
Se você calcular a temperatura do radiador para a temperatura da cabeça 220 ° C = 94 ° C com o coeficiente obtido e comparar com os 97,7 ° C medidos, obtém uma boa correspondência.
Conclusão: O gradiente de temperatura para o caso de 260 ° C G = (260 - 112) / 3 = 49 ° C / mm. Podemos ler a temperatura do "radiador quente" com boa precisão e o fluxo de calor no suporte da cabeça. Por conseguinte, podemos definir o necessário, alterando os tamanhos correspondentes.
1.5.4 Cálculo do fluxo de calor da cabeça sem radiador quente e comparação de gradientes.

E como serão as coisas se não colocarmos um radiador? Vamos calcular os fluxos sem um anel de inserção, ele foi concebido para a descarga de temperatura de um tubo de Teflon e só faz sentido em conjunto com um radiador quente. Para uma temperatura de 260 ° C, o fluxo de calor para a montagem no caso de um radiador será de 2,07W watts.
Cálculo do fluxo de calor na área da cabeça ao suporte:

- O comprimento da barreira térmica L = 8 + 3 + 5 = 16 mm Adicionamos todos os comprimentos - e também o radiador.

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

- Diferença de temperatura. Consideramos a temperatura normal e esperada de fixação da cabeça de 30 ° C, o que significa ΔT = 260-30 = 230 ° C.

Consideramos W = 9,4 * 21,99 * 230/16000 = 2,97 W No entanto, é uma vez e meia mais.

Calculamos os gradientes para 16 mm G = (260-30) / 16 = 14,4 graus / milímetro.

Há uma grande diferença de 49 graus / milímetro, especialmente quando você considera que, no caso de um radiador, quando ocioso, o plugue subirá mais da metade de toda a área, ou seja, a uma distância de barreira térmica de 8 mm, a temperatura será ΔT / 2 + T = 230/2 + 30 = 145 ° Esta temperatura é inequívoca, acima do início da formação da cortiça e abaixo da fusão. Além disso, esse comprimento de plugue de 8 a 10 mm é suficiente para parar. E no caso de um ventilador, mais de 3 milímetros de cortiça com tempo ocioso não funcionarão.
Conclusões: um “radiador quente” realmente evita o risco de entupimento ao usar uma pastilha de Teflon e aumenta o gradiente de temperatura de trabalho, o que leva a uma diminuição do atrito na área da bucha de trabalho.
1.5.5 Cálculo dos fluxos de calor na cabeça com movimento uniforme dos filamentos.

As condições são as mesmas, a cabeça é a mesma. O fluxo do filamento se move a uma velocidade de 1,5 mm / s, o que corresponde a uma taxa de extrusão para um bico de 0,3 mm = 150 mm / s ou para um bico de 0,5 mm = 54 mm / s. A densidade da poliamida é de 1,18 mg / mm³. Como um segmento substancialmente quente (100-110) na cabeça tem um comprimento L = 5 mm (comprimento de um radiador quente), a uma velocidade de 1,5 mm / s, o filamento passa em 3,3 segundos, enquanto as paredes são fechadas com uma pastilha de Teflon com uma espessura l = 1mm = 0,001m e diâmetro interno D = 4mm, podemos calcular o possível fluxo de calor fornecido pelas paredes:

P = λ * S * ΔT / l, onde λ = 0,25 W / m * K é a condutividade térmica do Teflon, S = π * D * L = 3,14 * 4 * 5 = 62,8 mm² = 0,0000628 m² - área transferência de calor, l é a espessura da camada de condutividade térmica. ΔT é a diferença de temperatura. A temperatura do radiador quente é de cerca de 110 ° C, o filamento de entrada é pelo menos ligeiramente aquecido, por isso consideramos a temperatura de entrada 30 ° C ΔT = 110-30 = 80 ° C.

P = λ * S * AT / l = 0,25 * 0,0000628 * 80 / 0,001 = 1,25W, 1 milímetro de filamento será capaz de receber 1,25 / 5 = 0,25 joules de calor a cada segundo. Por 3,3s, o tempo gasto no radiador, ele será capaz de obter 3,3 * 0,25 = 0,825 j. Calculamos a potência necessária para aquecer 1 mm de plástico recebido a ΔT = 80 ° C. Volume = 1 * 3,14 * D² / 4 = 1,5 * 9 * 3,14 / 4 = 7,065 mm³ / s

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

Potência, Q = M * C * ΔT = 8,124 * 1700 * 80/1000000 = 1,1 W É o caso de todo o plástico ser aquecido a uma temperatura inicial de 30 ° C de um radiador a uma temperatura de 110 ° C.

Assim, o calor que 1mm do filamento pode obter, passando pelo radiador, através da parede de Teflon, será = 0,825 joules. Ao mesmo tempo, para aquecimento completo a 110 ° C, é necessária a mesma fatia, 1.1j. Usando a placa para modelar o aquecimento da barra feita no parágrafo 1.2, calculei com mais precisão. Com o comprimento do radiador quente 5 mm, sua temperatura 110 ° C e a velocidade do filamento com um diâmetro de 3 mm e uma temperatura de 30 ° C, com um fluxo de calor para o radiador de 15 watts, o aquecimento do meio do filamento em si será de apenas 2 graus, mas uma barra de 1 mm pode levar 0, 88j de calor, que é um pouco mais do que 0,825j, que pode penetrar. 0,825 J representará cerca de 75% do aquecimento total. Se o comprimento do radiador for 10 mm, a barra receberá 1,06 J de calor, que será 96% do aquecimento total, e o centro ficará aquecido até 32 ° C.Para aquecimento a 100%, seria necessário elevar o comprimento do radiador a 30 milímetros, e isso não faz muito sentido - ele derreterá na cabeça de qualquer maneira.
Aqui estão os detalhes para o tipo de cabeça 3.1, - com filamento de 1,75. Apenas pela beleza.

FIG. 10 Detalhes para o cabeçote Tipo 3.1
Conclusões: - a potência necessária para aquecer o plástico recebido a uma determinada velocidade: 4,25W

; - o fluxo de calor fornecido pelas paredes ao filamento na seção do radiador quente: 2,00W;

- O início da formação de cortiça a pleno fluxo muda mais profundamente na cabeça.

- Para grandes vazões, para o funcionamento eficaz do mecanismo do "radiador quente", será necessário aumentar o fluxo de calor entre a cabeça e o radiador e o comprimento da área de contato com o radiador. Fator de.

- É possível usar um ventilador separado de um radiador quente controlado por um sensor de temperatura, de modo a manter a temperatura em cerca de 100º.

O uso de um radiador quente não é necessário, mas parece ser uma maneira simples de aumentar a diferença de temperatura no tubo do suporte, evitando o perigo de o bujão de trabalho aumentar para tamanhos de bloqueio e ajuda a resolver o problema de resfriamento do ponto de fixação da cabeça.
A segunda parte está chegando em breve.

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