نازل پرینتر سه بعدی قسمت چهارم
hot end extruder
خلاصه
زمانیکه Cold End ، فیلامنت را اداره کرده و در صورت لزوم آن را فشار داده یا می کشد؛ Hot End جایی است که…. خب، اتفاق های داغ می افتد.
در داخل مونتاژی که به Hot End معروف است، فیلامنت از محفظه گرم عبور می کند که آنرا از حالت جامد به حالت مایع در می آورد. ساده به نظر می رسد و تقریبا اینگونه هم هست. اگرچه اتفاقات زیادی رخ میدهد تا فیلامنت به داخل بستر چاپ اکسترود شود.
در Hot End چه اتفاقی می افتد؟
از بالا به پایین، Hot End چاپگر سه بعدی شما دارای یک ترتیب خاص قطعات است. یک تفاوت کوچک وابسته به این که شما از PTFE/PEEK یا Hot End All-Metal استفاده می کنید، وجود دارد. اینجا ما در موردAll-Metal صحبت می کنیم. در بخش بعدی به طورمختصر به تفاوت این دو اشاره خواهیم کرد.
اول از همه، لوله تغذیه فیلامنت است (در عکس بالا نیست). در هر دو مدل Bowden و Direct Drive به سادگی لوله PTFE از Cold End خارج می شود. اگرچه توجه داشته باشید که همه اکسترودرهای Direct Drive این ویژگی را ندارند.
نکته: در بعضی اکسترودر های Direct Drive میبینیم که فیلامنت به صورت مستقیم وارد Print Head می شود.
در اکسترودرهای Bowden ، لوله های تغذیه فیلامنت را مستقیما و از طریق Heat Sink وارد Heat Break می کنند. Heat Break به Hot Sink متصل است و این اتصال به سادگی توسط لوله فولادی ضدزنگ ( یا هر فلز غیر رسانای گرمای دیگری مثل تیتانیوم) صورت گرفته است.
قسمت Hot End به دو بخش تقسیم می شود (در عکس زیر به دو اتصال جداگانه توجه کنید- بلندتر برای Hot Sink و کوتاه تر برای Hot Block) و دارای یک سطح داخلی است. Heat Break به فیلامنت امکان می دهد تا برای عمل اکستروژن، آزادانه از نازل عبور کند.
نکته:
از آنجایی که حرارت در این پروسه نقش دارد و برای ما دقت بسیار مهم است و با موادی که ذوب می شوند سر و کار داریم، مدیریت دما امری حیاتی است. ترکیب Heat Break و Heat Sink مرز مشخصی را می سازد که در آن فیلامنت با بالاترین دما داغ می شود.
بخش فوقانی که معمولا توسط Heat Sink و فن اختصاصی خنک است ( یا در بعضی موارد عجیب سیستم خنک کننده آبی دارد) ، از فرار گرما از داخل Hot End و ضعیف شدن فیلامنت پیش از اکسترود شدن جلوگیری می کند. به این پدیده Heat Creep می گویند.
بخش پایینی Heat Break در بین یک Heater Block، یک کارتریج گرمایی، یک ترمیستور تقویت دما و نازل قرار دارد و معمولا از آلومینیوم ساخته می شود. Heater Block انتقال یکپارچه فیلامنت را از انتهای باز لوله Heat Break به نازل تضمین می کند.
دمای لازم برای ذوب کردن فیلامنت باید از جایی تهیه شود و اینجاست که کارتریج گرمایی وارد می شود. تحت یک جریان الکتریکی، کارتریج داغ می شود و گرما را از طریق Heater Block به نازل انتقال می دهد.
نکته: قطعه Power Resistor به عنوان جایگزین گرمایشی وجود دارد اما چندان رایج نیست.
همچنین در میان Heater Block یک ترمیستور (thermistor) قرار دارد: یک وسیله کوچک که دمای بلوک را به صفحه پرینتر سه بعدی انتقال می دهد تا برای تنظیمات استفاده شود. به صورت عمومی این کار را توسط تغییر مقاوت خود در برابر دما انجام می دهد و در نتیجه دما نسبت به مقاومت در زمان مشخص تغییر می کند.
بعد از این، در لبه دیگر سیستم، نازل وجود دارد. یک قطعه کوچک فلزی ماشین کاری شده است و نازل خود شامل یک محفظه است- جایی که فیلامنت مذاب در آن قرار می گیرد- که به صورت مخروطی به قسمت باز نازل متصل می شود.
این قسمت باز یک قطر بسیار دقیق دارد که به آن چه شما می خرید، وابسته است. بیشتر چاپگر های سه بعدی رومیزی به صورت استاندارد دارای نازل با قطر ۰٫۴ میلیمتر است اما اندازه های متفاوت دیگری نیز موجود است.
برنج به صورت پیش فرض ماده مورد استفاده برای ساخت نازل است اما در حالی که این ماده برای کار با مواد نرم مثل PLA و ABS مناسب است، فیلامنت هایی که افزودنی های سخت دارند مانند فیلامنت طرح چوب یا طرح فلز یا فیبر کربن، می توانند به سرعت آن را دچار تغییر شکل کرده یا خراب کنند. برای کار با فیلامنت های تخصصی بهتر است نازل با موادی مانند فولاد ضد زنگ و یاقوت ساخته شود.
نازل پرینتر سه بعدی دنیایی از گزینه ها دارد پس ما جزئیات گزینه های محبوب و تفاوت های آنان را در ذیل بخش های مخصوص آنها توضیح خواهیم داد.
تنوع قطعهHot End چاپگر سه بعدی
پیش از آن که وارد بحث نازل شویم یک سری تمایز مهم وجود دارد که لازم است بدانیم. عموما Hot End به مدل All Metal گفته می شود. به طور معمول در Hot End از PEEK (polyether ether keton) به عنوان عایق برای لوله PFTE یا polytetrafluoroethylene که وظیفه انتقال فیلامنت به بخش ذوب را دارد، استفاده می شود.
در مواقعی که می خواهیم با مواد PLA و یا ABS که نیاز به دمای پایین تری دارند، پرینت کنیم این کار به سادگی انجام می گیرد و PEEK کافی است. با این وجود برای پرینت کردن با فیلامنت های دیگر و نیاز به دمای بالاتر می تواند باعث خراب شدن PEEK و PTFE، آزاد شدن گاز های سمی و کلا خرابی در پرینت و Hot End شود.
مدل All Metall Hot End برای کار با موادی که به درجه حرارت بالاتری نیاز دارند معرفی شده است. به جای عایق PEEK از فولاد ضد زنگ استفاده می شود که ( همان طور که در بالا توضیح داده شد) لوله PTFE را که از Cold End می آید جدا می کند.
