关于Hotend的理论/ Hotend_theory。关于工作成果的简短报告

原来！根据计算，更改了两个参数，尼龙/尼龙的印刷效果非常好。

如您所知，我正在研究和设计热敏头-即FDM 3D打印机的头。这些打印机的设计方向就是RepRap。这个想法的实质是构造3D打印机，该打印机可以制造自己复制的零件，这实际上意味着减少了RepRap。

因此，我不时查看reprap.org/wiki/Hotend_theory-有关这些头目的理论的文章。以前很少。现在更多，但主要是问题。一年半以前，其中一些（都是）我为自己关闭了。没错，其他许多人也出现了。所以我有事要写。

这是初步信息，没有公式，计算，图片（有图片，但很少）和图表。纯歌词，没有公式，有些结论。没有具体的技巧和头脑计划-最后的选择甚至什么都没有，但实质在于获得的知识。现在，我对自己的计算更有信心了，它们似乎也可以工作，这就是我为什么要写作的原因。感到高兴。还有其他要检查的东西，尤其是涡轮发电机。在其他所有条件不变的情况下，这只是头部中的一件小事，有时可以提高液体塑料中头部的性能。

因此，更接近重点。在设计主要用于测试台的打印头时，积累了一些知识之后，我决定更换打印机中的打印头。我的自制作品也站在那儿，只有很老，并且用尼龙打印，效果不佳。根据我的计算，在制造过程中，我不得不在设计中重做一些可制造性，并完善和补充我的设计方法。跟踪结果-我头了。当我尝试打印时，由于某种原因，我无法成功地使聚酰胺熔体粘附在被盖顿覆盖的桌子上。



一堆不粘的第一层废料。我们一定不要猜，但要数！

由于我非常了解打印机的经济性，因此我确定问题出在脑海。在一系列将鱼线挤压到空中的实验中，我注意到了一个非常有趣的效果




在热态下，好像在活着，在熔体流的中心可以看到一条线，这是在增加挤出速率时发生的，在其上缠绕着液态粘性熔体的线圈。
同样在此操作过程中，我很好地重新制作了用于计算磁头的文件。现在，它不仅可以计算从灯头到散热器的热通量，还可以计算出灯头固定的位置，由塑料带走的热量（更清楚的是，灯丝带来的冷量），还可以计算灯丝在深度上的加热动力学，包括过热的情况。高于工作温度（也就是说，加热温度高于融化所需的温度，但我们考虑中心达到工作温度后的时间）。

计算表明，这种细丝的形成是细丝不熔化到中心的直接结果。此外，估算的熔化时间与实际挤出时间的精确吻合是通过计算挤出速率得出的。同时以某种方式解释了未融化丝线的形成（另一种选择是水蒸气，其中有很多，但是为什么会有跳跃？）在钓鱼线上高速形成扁平气泡。

然后，我用相同的文件计算了传入的细丝对热量的消融（它进入冷态，然后加热/熔化，并且对头温度产生影响）。

有一个细微差别-在我的实验头中，我使用了带有自制PID控制器的自制热电偶。在这种情况下，调节的惯性非常小。在打印机中，我有一个带有热阻的头。这导致温度控制的显着延迟。因此，延迟3-5秒，由于细丝带走的热量导致的头部温度可能下降多达10º。然后，我根据喷头245º的温度并将中间温度预热到235º来计算操作模式。但是，通过灯丝散热，纤芯温度可能会降至225°C，并且粘度会急剧上升。因此，获得了可拉伸的塑料线；在头的移动过程中，它撕掉了粘附在基材上的热层。

因此，我计算了必要的变化：-将打印头加热温度提高到255°C（如果使用更快的温度传感器和更快的打印头温度控制系统-至少使用PID，但仍可以使用预测/预测温度控制系统）。

同样，将进料速度降低到理论计算的熔化速度。
事实是，为了使喷头紧凑，我大大缩短了喷头的长度，因此与原型相比，挤出速度更低。

因此，进行更改后，我首先开始打印测试，然后再打印产品。一切都进行得很好，甚至翘曲也不是一件好事，翘曲在用聚酰胺印刷时一直是祸害。

我以这个例子为例，该理论充分描述了过程，不仅可以解释它们，而且可以预测一些重要参数。

从本质上讲，没有什么令人惊讶或非常新颖。

对于描述喷头中发生的事情，重要的是导热性和粘性流动的过程。

底线是灯丝不会立即融化。塑料的传热率低，热容很高。从物理学的基础上，我们知道大多数物质在温度达到熔点后便会熔化。由于熔融的塑性流体非常粘稠，因此内部混合并不常见。它（流动）是层流的（这是由雷诺准则确定的，对于更粘的流体，湍流运动的可能性会降低），也就是说，各层不混合，温度主要通过导热率传递。

如果灯丝的中心部分没有融化，则可能会堵塞，并且，如我们所见，还有其他选择可以防止正常打印。顺便说一下，在ABS塑料的情况下，非熔融物的图片是完全不同的，泥泞的岛-在几乎透明的熔融物中可以看到绳子-绳子，但是也有气泡。没错，似乎在打印时不会干扰附着力。据我了解，至少它不会造成太大影响。

因此，头部的速度取决于细丝完全穿透中心的速度。这是通过将热量从一层转移到另一层而发生的。加热时间取决于层的热量，质量和热容量的流入。下一层从同一顶壁接收热量，但是热量通过的路径将变长，这意味着更大的热阻，这意味着加热速率将变低，从而达到中心-速度将越来越慢。的确，通过减小气缸直径可以减少气缸的质量。

因此，决定喷头在熔化塑料中的性能的因素是加热部分的长度。我试着玩“热散热器”，它确实以某种方式提高了工作速度，但是如果您不控制散热器的温度，就会增加卡住的危险。加热部分越长，熔化性能越高。依赖性是线性的。是的，是的！线性的顺便说一下，不同灯丝直径的性能也几乎相同。从计算中可以明显看出这一点。是的，完全熔化的时间与直径的平方成正比。但是，细丝的横截面积以及因此长度单位的体积也与细丝直径的平方成比例。

在很大程度上影响下一个要点：

-喷嘴的阻力。 las，我也曾经被误认为，就像reprap.org/wiki/Hotend_theory中有关喷嘴形状的问题的作者一样。这是很久以前就由流体力学解决的一个问题，即使在最普通的教科书中也可以找到答案。我使用了Kasatkin的“化学技术过程和设备”。我不推荐。一本令人困惑的书，但我从中学到了东西。他生活和生存。答案是阻力主要取决于喷嘴的直径，流体的粘度和喷嘴部分的长度。也就是说，将其拉长或呈抛物线形状变得毫无意义。我通过实验进行了计算和检查。真正的版本带有细长的喷嘴，似乎非常适合笔式打印机。在那里，很重要的一点是要证明它非常光滑，而不会因为钓线的层间摩擦而完全膨胀。但是阻力很高，很高。

是的，在这种情况下，我们谈论的是牛顿流体。我无法从实验上看到液态聚合物熔体的非牛顿性。您推动更多-它流动更多。然后他闭嘴-已经因为没有穿透，或者是用钩栓撕裂了线，或者钩栓滑了。在整个熔化区域将发生相同的电阻。它的比例很大，特别是在大直径（0.5毫米或更大）的喷嘴的情况下。此外，在细丝直径较小的情况下，该分量将相对较大。

因此，要使喷嘴部分的电阻急剧减小，您只需使其非常薄即可。从某种意义上说-细通道喷嘴。但是，这里的黄铜已经不好了。钢，钢箔。然后我们可以谈谈0.1毫米的喷嘴。如果您使孔具有电蚀性，则应以可接受的打印速度使用较小的直径。

我们想出了小零件的打印方法。如果用薄的喷嘴使壁轮廓成型并用大直径的喷嘴填充芯部，则可以获得高细节的良好打印速度（填充时可以使用熔点不同的塑料来保护外轮廓不变形）。

这意味着进一步改善喷丝头的问题在于长丝熔化速率的问题。

这不是绝望！众所周知，为我们制造细丝和钓鱼线的工业挤出机以高达每秒几十米的速度喷出它们！
我们的头是30-300，每秒500毫米。以米为单位，它看起来是0.03-0.5。怎么了
他们使用加热的螺旋钻。它已经使用了很长时间。螺杆从根本上解决了从加热表面到待熔化表面的传热问题。

然而，在一个小的头上制造加热的螺旋钻似乎不仅是不可能的，甚至是不必要的。在我的物理学家的建议和构想下，提出了一种解决方案，该解决方案可以在同一段上提高熔化速度几倍。而且，加速程度的问题主要取决于制造的技术能力。我所拥有的设备很难制造，因此无法获得详细信息，而且我没有钱在金属粉末打印机上进行订购。我什至没有铣床，而是通过将垫圈滚动到钻头来调整钻削深度。我们决定命名小东西-涡轮增压器。

只有我怀疑有人需要我的研究。他们立即告诉我-“是的，我们的打印机以300毫米/秒的速度晃动。”是的，我们需要制作另一个运动学方案，我们需要制作另一个挤出机。完全不同。因此，带有挤出机的机头惯性要小得多，并且不存在涉水挤出机的缺点。我认为原则上具有XYZ-直角坐标的方案将无法高速运行。据我估计，如果在许多情况下在极坐标系αRZ中实施机械加工，打印速度可能会非常高。为了补偿离心作用，可以应用非平面印刷方案。像在球体表面上一样打印从软件的观点来看，这当然不容易实现，但是以这种方式已经获得了许多技术进步。使计算复杂化以获得更好结果或简化机制的方法。

在此之前，我发表了有关此类磁头设计的一系列文章：

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

有很多地方，总的来说是正确的，有些地方是有启发性的（关于头部细长的喷嘴-这是工程学上的过时-我本人就是这样），有些东西太详细了，计算和公式-这是地狱，怎么会出错？没有散​​热器，散热效果更好，尽管速度稍慢一些。顺便说一下，从许多头的巨大散热器来看，它们的效率很低-大量的热量被带走了。在最后一种情况下，计算效率高达20％。每熔体40瓦中的7瓦。这是用于尼龙/聚酰胺。使用ABS和PLA会有所不同。
我还想求助于同事和志趣相投的人-我想写一篇关于涡轮增压器的实验结果的简明和校正的理论和实践的文章，并在RepRap社区提供英语版本。如果您认为这是个好主意，则建议至少批准，但涉及到本文时，如果有人可以（我倾向于使用Google翻译）告诉我，请告诉我如何对其进行纠正/翻译，并告诉我如何以及在哪里进行改进。不要在马桶上钉钉子-没有纸质版本8））

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN401075/