CC BY
6
Актулаев И.М. студент 4 курса
направление подготовки «Информатика и вычислительная техника» Грозненский государственный нефтяной технический университет
ОСОБЕННОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭКСТРУДИРОВАННОГО ПЛАСТИКА В 3Д
ПРИНЕТРЕ
Аннотация: В данной статье рассматриваются преимущества нестандартной системы охлаждения, с забором воздуха из-за пределов зоны печати, в 3Д-принтерах закрытого типа, для моментального затвердевания пластика экструдированного из сопла.
Ключевые слова: 3Д принтер, чпу-станок, экструдер, Хотэнд, FDM печать, композиты, терморегуляция.
Actulaev I. M.
4th-year student
direction of training "Computer Science and computer Engineering"
Grozny State Petroleum Technical University
FEATURES OF THE MODIFIED COOLING SYSTEM OF EXTRUDED
PLASTIC IN A 3D PRINTER
Abstract: This article discusses the advantages of a non-standard cooling system, with air intake from outside the printing zone, in closed-type 3D printers, for instant solidification ofplastic extruded from the nozzle.
Keywords: 3D printer, CNC machine, Extruder, Hotend, FDM printing, composites, thermoregulation.
Введение
В настоящее время в сфере производства, как заказного так и серийного, все чаще используется оборудование в виде ЧПУ-станков. ЧПУ или Числовое программное управление - это область техники, связанная с применением цифровых вычислительных устройств для управления производственными процессами.
ЭБ-принтер — станок с числовым программным управлением, реализующий только аддитивные операции, то есть выполняющий команду за командой построчной последовательностью из читаемого файла, зачастую - это формат текствого файла G-code.
Обычно используется метод послойной печати детали, но также существуют иные способы реализации принципа построения модели из
пластика посредством ЧПУ альтернативной архитектуры и материала иного вида, например фотополимер.
Описание различных видов архитектуры 3Д принтеров следующее:
• Декартова, когда в конструкции используются три взаимно -перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.
• При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке (Дельта -робот).
• Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.
• ЭБ-принтер с вращающимся столиком — использование на одной (или нескольких) осях вращения вместо линейного передвижения.
• Фотополимерный ЗД-принтер - конструкция с одним двигателем, поднимающей и опускающей плоскость, от которой начинается печать посредством стеклования фотополимера ультрафиолетовыми или лазерными лампами.
Существует множество направлений, в которых технология ЗД-печати используется напрямую: биология, медицина, строительство, образование, армия и даже печать деталей для самого ЗД-принтера.
Основная часть
Существует множество различных комплектаций популярных ЗД -принтеров, одной из отличительных черт у которых может быть возможность закрыть зону печати от внешнего воздушнорго воздействия, что поспособствует более качественной адгезии(связке) между слоями при печати модели.
Если речь идет о печати модели композитными пластиками, которые состоят непросто из однородной массы на макроуровне, а имеют основу в виде тугоплавкого пластика и наполнитель в виде порошка из более крепкого материала, для увеличения прочности итогового изделия, то необходимо увеличить температуру нагревательных элементов в режиме печати, что бы обеспечить необходимые условия, для выполнения требуемой обработки пластика ЧПУ-станком.
Отсюда следует, что воздух в зоне печати в закрытом принтере, в сумме с повышенными температурами нагревательных элементов при исправной печати, будет нахоиться в нагретом состоянии, температурой около 60-80 градусов по Цельсию, в зависимости от необходимой температуры нагревательного стола. Нагретый вохдух в закрытой зоне печати также необходим для правильной связки слоев, иначе в случае потока воздуха температурой ниже затвердевания возможны расслоения модели, слои разойдутся и испортят прочности и внешний вид модели.
В таких условиях, куллер(вентилятор) на печатной головке, называемой экструдером в совокупности, будет обдувать пространство под хотэндом(сопло), из которого выходит пластик. По итогу обдув модели и выходящего из хотенда материала произведется нагретым воздухом из зоны печати.
Дело в том, что у различных пластиков, есть своя температура стеклования, при нормальных, земных условиях атмосферного давления. Это температура, при которой пластик преобретает легко-деформируемые свойства, при которых легко можно испортить стереометрию или геомертрию меодели. Иными словами, при определенной степени нагрева, пластик можно легко гнуть, мять и деформировать безвозвратно, ибо он сохранит форму при охлаждении. Именно для предотвращения ненужной деформации и сохранения требуемой геометрии и прочности модели во время печати, на экструдер устанавливается куллер, для обдува зоны экструдирования пластика, не слишком холодным и не слишком горячим воздухом, что бы тот в свою очередь затвердел и остался ровно в том месте, где был выдавлен, как и задуманно в программе.
Следовательно, куллер, обдувающий зону экструдирования, берет воздух для обдува непосредственно из пространства рядом с экструдером, к которому он и приекреплен, а это и есть зона печати, которая при работе с тугоплавкими материалами нагревается до температур стеклования пластика. Значит, требуется обдув зоны вохдухом извне зоны печати, комнатная температура - идеальный вариант.
В таком случае, требуется дополнительное оборудование, с коспрессором небольшого объема, для обдува воздухом извне по трубкам, которые будут крепиться к экструдеру , а воздух напревлен под нужную зону. Все что требуется - это спроектировать деталь крепежа направляющего воздух из трубок под сопло, и подключить через реле питание компрессора от разъема для куллера в плате управления, что бы подача воздуха производилась по команде файла в карте памяти, непосредственно из самой платы, а включалось сразу при подключении к сети.
Сами трубки от мини-компрессора можно провести через те же щели, через которые проходят провода или филаментарная трубка ЗД-принтера. Таким образом мы получим модифицированную систему обдува экструзии, которая будет дополнять закрытый ЗД-принтер.
Заключение
Закрытые ЗД-принтеры сами по себе - очень качественные машины, с расчетом на печать большинством распрастраненных пластиковых материалов, защищены от сквозников в зоне печати и имеют возможность поддержания требуемой температуры воздуха внутри.
Однако печать композитными материалами имеет более выскоие требования к условиям, необходимым для усппешного итога послойного
литья пластика. Так как нагрев воздуха внутри принтера осуществляется иннерционно от температуры рабочего стола, при повышенных температурах печати для композитов - температура воздуха не делает возможным адекватный обдув модели и зоны сопла. Именно поэтому система охлаждения зоны экструдирования нуждалась в моддификации сторонним оборудованием в виде компрессора небольшого объема и давления. Что позволяет идеализировать условия печати композитными филаментами, так как температура атмосферы внутри принтера будет поддерживаться высокая, благодаря нагревательному столу, что поспособствует удержанию связки слоев и предотвратит расслаивание, а система обдува воздухом извне - не позволит модели перегреться и деформировать, притом поспособствует быстрому затвердеванию расплавленного материала выдавливающемуся из сопла.
Использованные источники:
1. Числовое программное управление, материал из википедии [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ra.wikipedia.org/wiki/Числовое_программное_управление
2. 3D-принтер, материал из википедии [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ra.wikipedia.org/wiki/3D-принтер
