بخاری های کارتریج 12 ولت در دنیای چاپ سه بعدی و تولید مواد افزودنی
رشد انفجاری پرینت سه بعدی رومیزی و صنعتی، بخاری کارتریجی 12 ولتی فروتن را مانند قبل در کانون توجه قرار داده است. به هر فضای سازندگان، آزمایشگاه دانشگاه یا تأسیسات حرفهای تولید مواد افزودنی بروید و تقریباً مطمئناً یک بخاری استوانهای کوچک را خواهید دید که در یک بلوک حرارتی آلومینیومی در قلب چاپگر مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM) فشرده شده است. از ماشینهای سطح ابتدایی مانند Ender-3 تا سیستمهای صنعتی پیشرفته-که PEEK برای قطعات هوافضا چاپ میکنند، بسیاری از چاپگرها-بهویژه آنهایی که برای ایمنی، قابلیت حمل و کارکرد با ولتاژ پایین- طراحی شدهاند، برای تبدیل رشتههای جامد مولتی به گرمکنهای کارتریج ۱۲ ولتی به گرمکنندههای کارتریج ۱۲ ولتی تکیه میکنند.
نقش بخاری بسیار ساده و در عین حال بسیار مهم است. باید در کمتر از 60 ثانیه دمای پایان داغ را از محیط به 200 درجه برای PLA یا 400 درجه برای پلیمرهای با دمای بالا-در کمتر از 60 ثانیه افزایش دهد، سپس آن نقطه تنظیم را در 1± درجه نگه دارد در حالی که نازل با سرعت 60 تا 150 میلیمتر بر ثانیه حرکت میکند. هر گونه ناهماهنگی باعث ایجاد رشته، تاب برداشتن، جابجایی لایه یا شکست کامل چاپ می شود. هنگامی که چاپگر به طور ناگهانی "گرمایش ناموفق"، "دمای خیلی کم" را نشان می دهد یا برای رسیدن به هدف برای همیشه طول می کشد، بخاری کارتریج 12 ولت معمولاً اولین قطعه ای است که تکنسین های قطعه را بررسی می کنند.
یک ابزار تشخیصی سریع و قابل اعتماد هر مولتی متر دیجیتالی است. با استفاده از قانون اهم می توان مقاومت سرمای یک بخاری کارتریجی را مستقیماً محاسبه کرد:
\\[ R=\\frac{V^2}{P} \\]
برای یک واحد استاندارد 40 وات، 12 ولت که معمولاً در انتهای داغ یافت می شود، مقاومت مورد انتظار عبارت است از:
\\[ R=\\frac{12^2}{40}=\\frac{144}{40}=3.6\\ \\Omega \\]
قرائت مقاومت نامتناهی (مدار باز) به این معنی است که نیکل داخلی-کویل کروم سوخته است-معمولاً در اثر تناسب ضعیف یا گرمای بیش از حد. مقدار قابل توجهی کمتر از حد انتظار (یا صفر) نشان دهنده یک اتصال کوتاه داخلی است که اغلب به دلیل ورود رطوبت یا آسیب مکانیکی به عایق MgO ایجاد می شود. در عمل، تکنسین ها در دمای اتاق اندازه گیری می کنند زیرا مقاومت تقریباً 10-15٪ در هنگام گرما افزایش می یابد.
فراتر از خرابی کامل، چندین عامل عملکرد ظریف، بخاریهای کارتریج ۱۲ ولتی خوب را از آنهایی که باعث ناامیدی بیپایان میشوند متمایز میکنند:
• پروفایل حرارتی. بیشتر بخاریهای{1}}درجه اقتصادی از چگالی سیمپیچ یکنواختی استفاده میکنند که یک شیب دمایی خفیف ایجاد میکند: وسط کارتریج گرمتر از انتهای آن است که گرما به اتصالات و سیمهای خنکتر هدایت میشود. برای کاربردهای سخت-چاپ با سرعت بالا-، نازلهای بزرگ، یا رشتههای مهندسی-در درجهبندی{6}}سازندگان ممتاز، کارتریجهای سیمپیچ منطقهدار{7}}با نسبتهایی مانند 1.3:1:1.3 (تراکم بالاتر در هر دو انتها) ارائه میدهند. این تلفات انتهایی را جبران میکند و مشخصات دمایی مسطحتری را در کل طول گرم شده ارائه میکند و ویسکوزیته مذاب را درست در گلوی نازل تضمین میکند. تفاوت بلافاصله در کیفیت چاپ ظاهر می شود: گوشه های تیزتر، حباب های کمتر، و جریان پایدار در 200 میلی متر بر ثانیه{14}}
• قرار دادن ترمیستور (یا PT100). عملکرد بخاری فقط به اندازه حلقه بازخورد دمای آن است. حسگر باید در حفرهای قرار گیرد که تا حد امکان نزدیک به نازل است-در حالت ایدهآل در فاصله 3 تا 5 میلیمتری{6}}اما هنوز دمای بلوک واقعی را ثبت کند. اگر خیلی دور از بخاری یا خیلی نزدیک به هیت سینک قرار گیرد، تأخیر حرارتی باعث می شود کنترل کننده PID بیش از حد شلیک کند یا به شدت نوسان کند. در میانافزاری مانند Marlin یا Klipper، مقادیر PID ضعیف تنظیمشده (ثبات P، I، D) مشکل را تشدید میکنند و نوسانهای دمایی 10-5± درجه ایجاد میکنند که چاپهای با وضوح بالا را خراب میکنند یا کریستالینی بودن PEEK را کاهش میدهند.
بهترین شیوه های اضافی، قابلیت اطمینان را در تولید افزودنی ها افزایش می دهد. فاصله قطری 0.001-0.002 اینچ (0.025-0.05 میلی متر) بین بخاری و بلوک ضروری است. بسیاری از کاربران یک لایه نازک از خمیر حرارتی با دمای بالا برای از بین بردن شکاف های میکروسکوپی هوا استفاده می کنند. چگالی وات معمولاً بین 15 تا 25 W/in² حفظ میشود تا گرمای سریع{9} و عمر طولانی در بلوک آلومینیومی نسبتاً کوچک متعادل شود. در صورت از کار افتادن ترمیستور، اندازه وات بیش از{11}}(مثلاً 60 وات در فضای 20 وات) باعث سوختن بخاری یا ذوب شدن آلومینیوم بلوک می شود.
در تنظیمات صنعتی{0}}چاپگرهای قالب بزرگ-، اکسترودرهای پلت، یا سیستمهای چند{2}مادهای{4}}هیترهای 12 ولتی اغلب با بردهای کنترلشده ماسفت-یا رلههای حالت جامد- که قادر به مدیریت 10-15 A پیوسته هستند جفت میشوند. طبیعت ولتاژ پایین{10}}آنها نیاز به قفل های ایمنی ولتاژ بالا{11} را بی نیاز می کند، و آنها را برای محیط های کلاس درس، مزارع چاپ سیار و چاپگرهای میدانی با پشتیبان باتری ایده آل می کند.
درس برای بخش تولید مواد افزودنی واضح است: بخاری کارتریج 12 ولتی بسیار بیشتر از یک عنصر مقاومتی ساده است-این یک موتور حرارتی دقیق است. انتخاب وات و طول صحیح، اصرار بر تناسب مناسب، استفاده از سیمپیچهای منطقهبندی شده در صورت نیاز، قرار دادن بهینه حسگر، و تنظیم حلقه PID در کنار هم تعیین میکند که آیا چاپگر نمونههای اولیه موزهای{3}}با کیفیت تولید میکند یا ضایعات بیپایانی. به دلیل اندازه جمع و جور، ایمنی ذاتی، و سازگاری با منابع تغذیه استاندارد 12 ولت، این بخاری ها بهترین بازی برای صنعتی هستند که همچنان مرزهای سرعت، محدوده مواد و دسترسی را به پیش می برند. هنگامی که همه چیز در یک راستا قرار می گیرد، بخاری کارتریج 12 ولتی بی سر و صدا ذوب قابل تکرار و{8}}با وفاداری بالا را ارائه می دهد که طرح های دیجیتال را به واقعیت فیزیکی تبدیل می کند.
