فیلامنت گیر و زیر اکستروژن؟ ممکن است مشکل از پمپ تغذیه باشد
اگر مدت زمان زیادی را با FDM چاپ کرده اید، دیر یا زود با مشکل مواجه می شوید. اولین غریزه بسیاری از مردم این است که هاتند را از بین ببرند، نازل را پاک کنند، لوله PTFE را عوض کنند، تنظیمات عقب نشینی را تغییر دهند، دما را پایین بیاورند - یک لیست کامل از اصلاحات. بعضی وقتا حل میشه در موارد دیگر، یک نازل کاملاً جدید نصب می‌کنید و دو ساعت بعد، دوباره مسدود می‌شود. پس از چند مرحله از این کار، بسیاری شروع به سرزنش فیلامنت می‌کنند و برندها را تغییر می‌دهند تا شاهد تکرار همان مشکل باشند.
اما یک زمینه وجود دارد که اغلب نادیده گرفته می شود: سمت تغذیه.
هاتند رشته جامد را به یک سیال ذوب می کند و نازل آن سیال را به صورت چاپی در می آورد. هر دو بر یک فرض تکیه دارند: مکانیسم تغذیه باید به طور مداوم مواد را به منطقه مذاب فشار دهد. اگر سیستم تغذیه فشار نامنظم و جریان نوسانی را ارائه دهد، حتی بهترین هاتند و نازل نیز نمی توانند آن را جبران کنند.
دو خطای چاپ که اغلب اشتباه تشخیص داده می شوند
اولی:حجم اکستروژن به تدریج در طول چاپ کاهش می یابد و در نهایت منجر به گرفتگی کامل می شود. وقتی هاتند را از هم جدا می کنید، در داخل آن تجمع کربن پیدا می کنید، اما نازل مسدود نشده است. این نوع مربا معمولاً به دلیل "منطقه مذاب بیش از حد" یا "خنک کننده گرما شکستن ناکافی" شناخته می شود. با این حال، در بسیاری از موارد، مقصر واقعی چرخ دنده اکسترودر است که چسبندگی خود را از دست می دهد - به خصوص با رشته های منعطف یا با سطح صاف. دنده لیز می خورد، نرخ تغذیه از مقدار تنظیم شده کمتر می شود، و مواد در دمای بالا بیش از حد طولانی می ماند و به تدریج کربن می شود و انباشته می شود.
دومی:به طور منظم "زیر اکستروژن راه راه" در مناطق پر کردن بزرگ ظاهر می شود. چندین خط متمایز زیر اکسترود شده در وسط هر لایه پرکننده ظاهر می‌شوند، در حالی که لبه‌ها به خوبی چاپ می‌شوند. این اغلب به "قطر ناسازگار رشته" یا "تنظیمات جریان اشتباه" در اسلایسر نسبت داده می شود. اما علت عمیق‌تر اغلب گشتاور ناسازگار از موتور تغذیه تحت بارهای مختلف است، بخش‌های پرکننده جریان بیشتری را طلب می‌کنند و با مقاومت بیشتری مواجه می‌شوند، که باعث می‌شود استپر گشتاور و لغزش را از دست بدهد، در حالی که لبه‌ها کندتر و راحت‌تر کار می‌کنند و امکان بازیابی را فراهم می‌کنند. چرخه چاپ بین "حفظ نگه داشتن" و "عقب افتادن" در طول کار انجام می شود.
این دو مشکل چه مشترکاتی دارند؟عیب یابی به Hotend اشاره می کند، اما منبع واقعی در سیستم تغذیه نهفته است.
چاپ پلت: جایی که اکسترودرهای سنتی کوتاه می آیند
چشم انداز مواد در FDM در حال تغییر است. قبلا فقط فیلامنت داشتیم. اکنون، ماشین‌های صنعتی بیشتری مستقیماً روی گلوله‌های پلاستیکی کار می‌کنند. مزیت هزینه این است که قیمت گلوله ها در حدود یک سوم تا نصف فیلامنت در واحد حجم است، و آنها طیف وسیع تری از فرمولاسیون مواد را ارائه می دهند. حتی می توانید فیبر شیشه، فیبر کربن یا مستربچ را برای ترکیب سفارشی اضافه کنید.
اما چاپ پلت رویکرد تغذیه کاملا متفاوتی را می طلبد. گلوله ها "شل" هستند، روی قرقره پیچیده نمی شوند - نمی توانید آنها را با غلتک های فشاری بکشید. اکثر سیستم‌های اکستروژن گلوله از یک فیدر پیچ استفاده می‌کنند که می‌چرخد تا گلوله‌ها را به سمت منطقه مذاب هل دهد. اشکال ذاتی این است که نرخ تغذیه به شدت تحت تأثیر هندسه گلوله، چگالی ظاهری و سطح مواد در قیف قرار دارد. با همان سرعت پیچ، یک قیف پر و یک قیف تقریبا خالی می توانند نرخ جریانی را ارائه دهند که بیش از 30٪ متفاوت است.
نتیجه نوسان فشار مداوم در مذاب است. این به پیوند ناهموار لایه به لایه و کیفیت سطح ناسازگار ترجمه می شود. برای غلبه بر این مشکل، برخی از اکسترودرهای پلت رده بالا یک "پمپ مذاب" بین پیچ و نازل اضافه می کنند که در اصل یک پمپ دنده ای است. ماهیت جابجایی مثبت یک پمپ دنده ای باعث می شود که جریان مذاب کاملاً متناسب با سرعت باشد، مستقل از شرایط گلوله بالادست. این به عنوان یک مرحله تنظیم دقیق بعد از تنظیم درشت پیچ عمل می کند و تغییرات فشار را قبل از رسیدن مذاب به نازل صاف می کند.
پمپ دنده ای چه نقشی در سیستم تغذیه ایفا می کند؟
پمپ دنده ای چه بعد از یک اکسترودر رشته ای یا بعد از پیچ پلت قرار گیرد، یک عملکرد اصلی را در مسیر تغذیه FDM انجام می دهد:بافر فشار و تنظیم دقیق جریان.
برای درک این موضوع، باید ببینید که چگونه فشار در طول اکستروژن FDM تغییر می کند. فیلامنت توسط چرخ دنده های اکسترودر هل داده می شود، از طریق لوله PTFE حرکت می کند، وارد hotend می شود، ذوب می شود و از طریق نازل خارج می شود. هر قدم در این مسیر مقاومت ایجاد می کند: اصطکاک بین لوله و رشته، تغییرات ویسکوزیته با نوسانات دما در منطقه مذاب، و انقباضات موضعی ناشی از تحمل نازل. مجموع این مقاومت ها فشار برگشتی است که اکسترودر باید بر آن غلبه کند.
چرخ دنده های اکسترودر معمولی برای گرفتن فیلامنت به اصطکاک متکی هستند. وقتی فشار برگشتی ناگهان بالا می‌آید، اگر این اصطکاک به اندازه کافی زیاد نباشد، دنده‌ها می‌لغزند. هنگامی که لغزش رخ می دهد، فیلامنت پیشرفت نمی کند، منطقه مذاب ماده تازه ای دریافت نمی کند و فشار کاهش می یابد. با کاهش فشار، اصطکاک بهبود می یابد، چرخ دنده ها دوباره درگیر می شوند، فشار دوباره بالا می رود. این چرخه «لغزش-بازیابی-لغزش» به طور مداوم در سطح میکروسکوپی اتفاق می‌افتد و به صورت بی‌ثباتی جریان در چاپ ظاهر می‌شود.
هنگامی که یک پمپ دنده ای وارد می شود، منطق تغییر می کند. اکسترودر دیگر مجبور نیست مستقیماً بر مقاومت نازل غلبه کند - فقط باید مواد را به ورودی پمپ دنده فشار دهد. خروجی پمپ یک جریان "شرطی" و پایدار را ارائه می دهد. فشار برگشتی نازل اکنون توسط پمپ دنده کنترل می شود. تا زمانی که قابلیت فشار پمپ از حداکثر فشار برگشتی سیستم بیشتر شود، جریان خروجی فقط به سرعت پمپ بستگی دارد و تقریبا تحت تأثیر فشار بالادست یا مقاومت پایین دست قرار نمی‌گیرد. این به اصطلاح "اثر جداسازی" است - جدا کردن سمت تغذیه از سمت اکستروژن از نظر فشار.
چگونه SC2301CPW با سناریوهای تغذیه FDM مطابقت دارد
حالا بیایید این منطق را در برابر مشخصات SC2301CPW ردیف کنیم - تناسب آن مشخص می شود.
محدوده فشار 40-150 کیلو پاسکالبا فشار معکوس معمولی از نازل و منطقه مذاب داغ مطابقت دارد. یک نازل 0.4 میلی متری تحت سرعت های معمولی چاپ معمولاً 50 تا 100 کیلو پاسکال تولید می کند. چاپ با سرعت بالا یا مواد پر شده با شیشه می تواند آن را به 120 کیلو پاسکال برساند. سقف 150 کیلو پاسکال یک حاشیه ایمنی برای همه شرایط فراهم می کند.
سرعت جریان بیشتر یا مساوی 100 میلی لیتر در دقیقه-تبدیل آن به سرعت خطی رشته معادل برای رشته 1.75 میلی متری تقریباً 4.1 متر در دقیقه است. این بسیار بالاتر از نرخ های خوراک FDM معمولی است (که معمولاً 0.5-2 متر در دقیقه است). این بدان معناست که پمپ بیشتر در محدوده سرعت متوسط تا پایین کار می کند، جایی که نویز و سایش کمتر است و فضای زیادی برای تنظیم سرعت وجود دارد.
کشش جریان کمتر یا مساوی 200 میلی آمپر است-این اجازه می دهد تا برق مستقیم از صفحه اصلی چاپگر تامین شود و منبع تغذیه اضافی حذف شود. برای اکسترودرهای گلوله - که در حال حاضر عناصر گرمایشی زیادی دارند - ظرفیت ذخیره انرژی اغلب کم است و عملکرد جریان کم را به ویژه ارزشمند می کند.
نویز کمتر یا مساوی 60 دسی بل-نقطه اصلی فروش FDM نیست، اما برای چاپگرها در دفاتر یا خانه ها، یک جزء آرام همیشه یک امتیاز مثبت است. صدای چرخشی یک پمپ دنده ای نیز نسبت به صدای غرغر موتور پله ای یک اکسترودر معمولی خاموش تر است.
از نظر مواد، بدنه SC2301CPW با اکثر ترموپلاستیک های رایج در حالت مذاب سازگار است: ABS، PLA، PETG، نایلون، و حتی کامپوزیت های پر شده از شیشه یا کربن باعث خوردگی یا سایش قابل توجهی نمی شوند. برای پلاستیک‌های مهندسی با دمای بالاتر مانند PC یا PEEK، باید درجه‌بندی دمای سیل‌های پمپ را تأیید کنید - که بر اساس شرایط خاص شما نیاز به بررسی موردی دارد.
ملاحظات کلیدی نصب
مکان:پمپ باید بین اکسترودر (دنده های رشته ای یا پیچ پلت) و هاتند قرار گیرد. آن را تا حد امکان نزدیک به هاتند قرار دهید تا افت فشار و تاخیر پاسخ بین خروجی پمپ و نازل به حداقل برسد. با این حال، فاصله کافی را برای اتلاف گرما حفظ کنید تا از انتقال دمای بالای هوتند به بدنه پمپ و ذوب شدن زودرس مواد داخل پمپ جلوگیری کنید.
تطبیق سرعت:سرعت پمپ باید با نرخ تغذیه اکسترودر هماهنگ شود. اگر پمپ خیلی کند کار کند، مواد بالادست در ورودی انباشته می شوند. اگر خیلی سریع اجرا شود، اکسترودر بالادست را گرسنه می‌سازد. بهترین روش این است که اجازه دهید پمپ حدود 5 تا 10 درصد سریعتر از نرخ تغذیه محاسبه شده اکسترودر کار کند و یک فشار منفی خفیف در ورودی ایجاد کند. این تضمین می‌کند که چرخ‌دنده‌های تغذیه بالادست از تلاش برای فشار دادن به یک دریچه بسته نمی‌لغزند.
کنترل دما:اگر مواد مذاب را پمپاژ می کنید، بدنه پمپ به گرمایش و عایق حرارتی نیاز دارد. SC2301CPW مجهز به گرمایش داخلی نیست - باید یک باند گرمایشی و یک کنترل کننده دما در اطراف بدنه پمپ اضافه کنید تا دمای داخلی را با منطقه ذوب داغ نگه دارید. برای کاربردهایی که گلوله ها را در دمای اتاق (غیر مذاب) تغذیه می کنند، نیازی به حرارت دادن نیست.
فیلتراسیون:چه در حال تغذیه رشته ها یا گلوله ها باشید، آلاینده ها اجتناب ناپذیر هستند - گرد و غبار از سطوح رشته، پودرها یا بقایای فلزی از گلوله ها. این ذرات سخت اگر وارد توری چرخ دنده شوند، سایش را تسریع کرده و حتی می توانند باعث تشنج شوند. نصب فیلتر در ورودی پمپ یک اقدام حفاظتی ضروری است. اندازه مش 80 تا 120 مش به خوبی کار می کند و ناخالصی ها را بدون افزودن مقاومت خوراک قابل توجه می گیرد.
چه زمانی باید به فکر اضافه کردن یک پمپ دنده ای باشید؟
هر چاپگر FDM به پمپ دنده ای نیاز ندارد. اگر دستگاه شما با اطمینان کار می کند و کیفیت ثابتی ارائه می دهد، نیازی به افزودن پیچیدگی نیست. با این حال، در سناریوهای زیر، یک پمپ دنده‌ای می‌تواند یک بهبود متحول کننده ایجاد کند:
چاپ پلت:نوسانات فشار از فیدر پیچ به تنهایی پارامترهای چاپ تنظیم ساختاری آنها را برطرف نمی کند. پمپ دنده ای تقریباً یک ضرورت است.
مواد انعطاف پذیر (TPU، TPE و غیره):اینها بسیار الاستیک هستند و اصطکاک سطحی کمی دارند و در اکسترودرهای غلتکی معمولی مستعد لغزش هستند. ورودی پمپ دنده ای برای کشیدن متکی به اصطکاک نیست، بلکه فقط به مواد برای "جریان" شدن نیاز دارد که بسیار بخشنده تر است.
کامپوزیت های پر پر شده:الیاف شیشه، فیبر کربن، پودرهای فلزی - این افزودنی ها به طور قابل توجهی ویسکوزیته مذاب را افزایش می دهند و فشار برگشتی را بالاتر می برند. تحمل فشار پمپ دنده ای اکستروژن پایدار را امکان پذیر می کند.
قطعات صنعتی با الزامات سختگیرانه برای چسبندگی بین لایه و دقت ابعاد:اگر قطعات شما کاربردی هستند، نه فقط نمونه های اولیه، جریان اکستروژن ثابت مستقیماً یکنواختی خواص مکانیکی را تعیین می کند.
بازگشت به مشکل جام
بیایید به مربای تکرار شونده ای که تشخیص را سرپیچی می کند بازگردیم. اگر هاتند را بررسی کرده اید، نازل را تعویض کرده اید، لوله PTFE را عوض کرده اید، و مشکل مدام عود می کند، وقت آن است که تمرکز را از "کجا مسدود می کند" و به "چرا مدام مسدود می شود" تغییر دهید.
اغلب، گیر کردن به دلیل مسدود شدن نازل یا یک لوله معیوب ایجاد نمی شود. این ناشی از یک سیستم تغذیه ناپایدار است که منطقه مذاب را به یک چرخه معیوب می اندازد: گرسنگی → گرمای بیش از حد → کربنی شدن → انسداد. پمپ دنده ای نازل را باز نمی کند - علت اصلی گرفتگی را از بین می برد: ناپایداری فشار تغذیه.
یک پمپ دنده مینیاتوری مانند SC2301CPW کمتر از 5 وات مصرف می کند و به سختی از فندک بزرگتر است. نصب شده بین اکسترودر و هاتند، سمت تغذیه را از نظر فشار از سمت اکستروژن جدا می کند. برای کاربران چاپ پلت، این یک جزء ضروری است که به یک نقطه درد اصلی می پردازد. برای علاقه مندان به مواد منعطف یا ترکیبی، این ابزار عملی برای افزایش میزان موفقیت است. برای کاربران معمولی فیلامنت - اگر کیفیت فعلی شما در حال حاضر رضایت بخش است، ممکن است در حال حاضر به آن نیاز نداشته باشید.
اما در هر صورت، درک این موضوع که «پمپ تغذیه می‌تواند علت گیرکردن» باشد، در مقایسه با اکثر کاربرانی که همچنان به هاتند خیره می‌شوند، یک بعد عیب‌یابی بیشتر به شما می‌دهد.