12V ohřívače kazet ve světě 3D tisku a aditivní výroby

Rychlá expanze stolního a průmyslového 3D tisku přinesla jednoduchý 12V ohřívač kazet do centra pozornosti jako nikdy předtím. Téměř vždy můžete najít malý válcový ohřívač zalisovaný do hliníkového topného bloku ve středu tiskárny pro modelování tavené depozice (FDM) v jakémkoli výrobním prostoru, univerzitní laboratoři nebo komerčním zařízení na výrobu aditiv. Mnoho tiskáren, od základních-modelů, jako je Ender-3, až po špičkové průmyslové systémy, které tisknou PEEK pro letecké díly, používá 12V ohřívače kazet k přeměně pevného vlákna na precizní roztavený tok. To platí zejména pro tiskárny, které jsou navrženy tak, aby byly bezpečné, přenosné a pracovaly s nízkou spotřebou.

Úkol ohřívače je zdánlivě jednoduchý, ale velmi důležitý. Potřebuje zvýšit teplotu horkého konce z pokojové teploty na 200 stupňů pro PLA nebo 400 stupňů pro vysokoteplotní-polymery za méně než 60 sekund. Poté, když se tryska pohybuje rychlostí 60–150 mm/s, musí zůstat v rozmezí ±1 stupně od této nastavené hodnoty. Jakákoli nesrovnalost může způsobit provázky, deformace, posuny vrstev nebo dokonce celé selhání tisku. Když tiskárna náhle oznámí „Zahřívání selhalo“, „Teplota je příliš nízká“ nebo trvá dlouho, než dosáhne svého cíle, je 12V ohřívač kazety často první věcí, kterou technici zkontrolují.

Jakýkoli digitální multimetr je rychlý a spolehlivý způsob, jak diagnostikovat problém. Můžeme použít Ohmův zákon, abychom přímo zjistili odpor ohřívače kazety proti chladu: R=V^2 / P

Předpokládaný odpor pro konvenční 40 W, 12 V jednotku, která se často vyskytuje v horkých koncích, je:[ R=\\frac{12^2}{40}=\\frac{144}{40}=3.6\\ \\Omega \\]

Pokud je odpor nekonečný (otevřený obvod), znamená to, že nikl-chromová cívka uvnitř vyhořela, obvykle proto, že nepasovala dobře nebo se příliš zahřála. Pokud je hodnota mnohem nižší, než se očekávalo (nebo nula), znamená to, že uvnitř došlo ke zkratu. To je obvykle způsobeno vniknutím vlhkosti nebo mechanickým poškozením MgO izolace. Technici měří při pokojové teplotě, protože když se zahřeje, odpor se zvýší asi o 10–15 %.

Kromě úplného selhání existuje řada menších výkonnostních kritérií, která odlišují dobré 12V kazetové ohřívače od těch, které způsobují neustálou frustraci:
• Profilování tepla. Většina ohřívačů-ekonomické třídy má stejnoměrnou hustotu vinutí, díky čemuž je střed kazety teplejší než konce, kde se teplo přesouvá do držáků chladiče a vodičů. Pro náročné použití, jako je vysokorychlostní-tisk, velké trysky nebo technická-vlákna, prémiové značky prodávají kazety se zónovým{5}}navíjením s poměrem jako 1,3:1:1,3 (větší hustota na obou koncích). To vyrovnává ztráty na koncích a dává celé zahřívané délce plošší teplotní profil, který udržuje stálou viskozitu taveniny přímo u hrdla trysky. Změnu můžete okamžitě vidět na kvalitě tisku: okraje jsou ostřejší, je zde méně skvrn a tok je stabilní při rychlostech nad 200 mm/s.
• Kam umístit termistor (nebo PT100). Ohřívač nebude fungovat dobře, dokud nebude dobře fungovat teplotní zpětná vazba. Senzor musí být v otvoru, který je co nejblíže k trysce, ideálně do 3–5 mm, ale stále musí být schopen číst skutečnou teplotu bloku. Pokud je PID regulátor příliš daleko od ohřívače nebo příliš blízko chladiče, tepelná prodleva může způsobit, že zajde příliš daleko nebo se bude nepravidelně kývat. Při použití firmwaru, jako je Marlin nebo Klipper, špatné hodnoty PID (konstanty P, I, D) problém zhoršují a způsobují kolísání teploty o ±5–10 stupňů, které zhoršují výtisky s vysokým-rozlišením nebo nižší krystalinitu PEEK.

Více osvědčených postupů činí aditivní výrobu spolehlivější. Mezi ohřívačem a blokem by měla být průměrová vůle 0,001–0,002 palce (0,025–0,05 mm). Mnoho uživatelů používá malou vrstvu-teplotní teplovodivé pasty k vyplnění malých vzduchových mezer. Aby se hliníkový blok rychle zahřál a vydržel dlouhou dobu, hustota wattů se obvykle udržuje mezi 15 a 25 W/in². Pokud termistor selže, příliš mnoho energie (například 60 W v prostoru 20 W) by mohlo spálit ohřívač nebo roztavit hliník bloku.

V továrnách se 12V ohřívače obvykle používají s -řízenými deskami MOSFET nebo polovodičovými{2}} relé, která zvládnou 10–15 A trvalého proudu. Používají se ve velkoformátových tiskárnách, vytlačovacích lisech na pelety a více-materiálových systémech. Protože nespotřebovávají mnoho energie, nepotřebují vysokonapěťové bezpečnostní blokování. Díky tomu jsou skvělé pro učebny, mobilní tiskové farmy a polní tiskárny na baterie.

Poučení pro průmysl aditivní výroby je jasné: 12V kazetový ohřívač není jen jednoduchý odporový prvek; je to přesný tepelný motor. Výběr správného výkonu a délky, ujištění se, že dobře sedí, použití zónového vinutí tam, kde je to nutné, umístění senzoru na nejlepší místo a vyladění PID smyčky – to vše hraje roli v tom, zda tiskárna vyrábí prototypy-kvality muzea nebo spoustu harampádí. Tyto ohřívače jsou stále tou nejlepší volbou pro průmysl, který neustále posouvá limity rychlosti, sortimentu materiálu a dostupnosti, protože jsou malé, bezpečné a fungují s konvenčním 12V napájecím zdrojem. Když je vše na svém místě, 12V ohřívač kazet tiše znovu a znovu roztaví věci s vysokou věrností a přemění počítačové nápady ve skutečné věci.