[3D Printer][CH03]-加熱組運作原理簡介

作者：畢業很久的學生│2020-11-08 20:25:22│巴幣：18│人氣：1350

加熱組hotend是FDM機器噴嘴一帶

用於精確控制溫度的機構

市面上的印表機hotend商家品牌眾多

但是原理基本上相同

這裡以E3D V6的模型進行介紹

白色: FDM的線材，從上方被齒輪推入，在下方被擠出並堆積出想要的模型
藍色: 鐵氟龍管，負責把線材導入加熱組。
鐵氟龍不親水也不親油，也是目前人類可量產的最低摩擦係數物質
同時還有絕緣與不易導熱的性質

這個模型的鐵氟龍管是遠端擠出，擠出線材的齒輪會在很遠的地方。
如果是近端擠出，那麼這個鐵氟龍管不會很長。擠出機齒輪會在加熱組的正上方
如果使用直通喉管，那麼鐵氟龍管會向下穿過綠色的喉管抵住下方的噴嘴
紅色: 加熱器，整個加熱組的熱量來源。
機器會看目前噴嘴溫度決定要供電加熱，或是斷電等待冷卻。
利用間歇性的通電斷電，來達到設定的溫度值。
紫色: ntc100K溫度計，這是一種熱敏電阻，25度C時100K歐姆。
隨溫度上升，電阻值會以log曲線下降。
這溫度計可以讓機器的電子控制晶片得知目前溫度
銀色(上方): 散熱器，Heat sink。通常還會在旁邊配合持續吹風的風扇。
在溫度控制中充當冷源，也是機器安全的生命線。
散熱器即使在機器全力運作中也依然要是冷的!不會把熱往上傳給固定它的基座
散熱器一般都是使用鋁製的，輕而且散熱良好
銀色(下方): 熱塊，Heat block。
它是把溫度計、加熱器、噴嘴、喉管綑綁在一起並進行導熱的小金屬塊。
熱塊需要導熱性能優秀的材料，使用經驗推薦使用鋁製的!
有點科普知識的人應該會想到銅與銀的導熱係數更好
而網路上也的確有人販賣銅系熱塊
但是! 賣的通常都不是真正的純銅(紅銅)，而是添加了其他材質的銅合金
而黃銅的熱傳導係數比鋁更差!
使用結果發現加熱速度不足導致擠出困難，必須降速列印。
所以就別花冤枉錢囉，熱塊選鋁的就對了。
綠色: 喉管，但是英文比較能正確呈現它的用途: Heat break。
喉管的工作是從上方的散熱器固定住下方的熱塊，此外還要減少熱傳導上來的量。
理想工作情況是: 材料在喉管時不會融化黏住，但是進入熱塊之後就立刻熔化。
如果熱傳導上來導致線材提早在喉管內熔化並殘留，下次列印就會發生喉管阻塞!
所以喉管在列印全程都要是冷的，除了插在熱塊內的下端一小部分
考慮機械結構強度，喉管一般都是金屬材質
但是必須是不易傳熱的金屬材質，例如不銹鋼或是鈦合金

有的喉管允許鐵氟龍管往下通過並抵住噴嘴，稱為直通喉管。
這種喉管有優點也有缺點
優點: 進料阻力低而順暢，能夠安全列印會黏附金屬的線料。
因為線材被鐵氟龍管隔絕，不會接觸到喉管
缺點: 鐵氟龍管在260度c開始變質，安全起見，列印的溫度不能超過245度。
故無法列印ABS、PC等高溫材料
其次是因為加熱區變小，導致加熱速度變慢
原本喉管插入熱塊的相接區段也能加熱，但是直通版本被鐵氟龍管擋住就不能幫忙加熱
這在列印PETG的時候相當明顯，會需要降速列印
否則會因為加熱不夠快而發生擠出不足
金色: 噴嘴 Nozzle。
噴嘴負責把材料透過很小的口徑擠出來。一般最常見的口徑是0.4mm的噴嘴。
此外常見的尺寸還有 0.25mm 0.6mm 0.8mm
噴嘴的孔徑不只影響線寬，還決定了列印時的最大層高
小孔噴嘴印出的作品精細，但是列印時間很長，而且容易阻塞。
大孔噴嘴列印的作品粗糙，比較適合建造大型物件

噴嘴的材質也是相當多樣的，各有優缺點。以下是個人使用心得
黃銅: 最便宜，壞了也不心疼的噴嘴，但不耐用。
遇到添加碳纖、玻纖、金屬粒、螢光的線材會很快擴孔。
鈦合金: 噴嘴具有不沾性質，從而減輕牽絲問題。
但是導熱不佳，需要額外升溫或降速列印。
紅寶石: 座體其實還是黃銅，只有尖端換成紅寶石。
基本上對線材顆粒刮傷免疫，但是要小心人為失誤。
比方說不小心讓噴嘴撞擊熱床，就可以讓尖端紅寶石碎掉，
或是紅寶石尖端從內部與黃銅噴嘴的身體分家
最大的缺點應該還是價錢很貴。
此外紅寶石的不沾性比起鈦合金之類的噴嘴要差。
表面蠻愛黏料的，常常需要用銅刷清理

目前個人最推薦的是Nozzle X的噴嘴
質地夠硬、不沾、導熱速度也不太影響
可是我並不知道這噴嘴到底是什麼材料做的
橘色: 隔熱橡膠套。包覆熱塊，減少熱量從熱塊周圍散失。
有些人會把它拿掉，個人是建議要裝上。
有時候噴嘴的專用風扇吹的風蠻強的，例如在印PLA的時候