Grelniki kartuš 12 V v svetu 3D-tiskanja in aditivne proizvodnje

Hitra širitev namiznega in industrijskega 3D-tiskanja je pripeljala preprost 12-voltni grelnik kartuše v središče pozornosti kot še nikoli doslej. Skoraj vedno lahko najdete majhen cilindrični grelec, stisnjen v aluminijast grelni blok v središču tiskalnika za modeliranje nanosa s taljenjem (FDM) v katerem koli izdelovalnem prostoru, univerzitetnem laboratoriju ali komercialnem obratu za proizvodnjo dodatkov. Številni tiskalniki, od začetnih-modelov, kot je Ender-3, do vrhunskih industrijskih sistemov, ki tiskajo PEEK za vesoljske dele, uporabljajo 12-voltne grelnike kartuš za pretvorbo trdne nitke v natančen staljeni tok. To še posebej velja za tiskalnike, ki so zasnovani kot varni, prenosni in delujejo z nizko porabo energije.

Naloga grelnika je varljivo preprosta, a zelo pomembna. V manj kot 60 sekundah mora povišati temperaturo vročega konca s sobne temperature na 200 stopinj za PLA ali 400 stopinj za visoko{3}}temperaturne polimere. Medtem ko šoba potuje s 60–150 mm/s, mora ostati znotraj ±1 stopinje te nastavljene vrednosti. Kakršno koli neskladje lahko povzroči nizanje, zvijanje, premike plasti ali celo celotne napake pri tiskanju. Ko tiskalnik nenadoma sporoči "ogrevanje ni uspelo", "temperatura je prenizka" ali potrebuje dolgo časa, da doseže svoj cilj, je grelec kartuše 12 V pogosto prva stvar, ki jo tehniki preverijo.

Vsak digitalni multimeter je hiter in zanesljiv način za diagnosticiranje težave. Ohmov zakon lahko uporabimo, da neposredno ugotovimo odpornost proti mrazu kartušnega grelnika: R=V^2 / P

Predvideni upor za običajno 40 W, 12 V enoto, ki se pogosto pojavlja v vročih koncih, je: [ R=\\frac{12^2}{40}=\\frac{144}{40}=3.6\\ \\Omega \\]

Če je upor neskončen (odprto vezje), to pomeni, da je nikelj-kromova tuljava v notranjosti pregorela, običajno zato, ker se ni dobro prilegala ali pa je postala prevroča. Če je odčitek veliko nižji od pričakovanega (ali nič), to pomeni, da je v notranjosti kratek stik. To je običajno posledica vdora vlage ali mehanske poškodbe izolacije MgO. Tehniki merijo pri sobni temperaturi, ker se odpornost poveča za približno 10–15 %, ko se segreje.

Poleg tega, da so popolnoma odpovedani, obstajajo številni manjši kriteriji učinkovitosti, ki ločujejo dobre 12 V kartušne grelnike od tistih, ki nenehno povzročajo frustracije:
• Profiliranje toplote. Večina grelnikov varčnega-razreda ima enakomerno gostoto navitja, zaradi česar je sredina kartuše bolj vroča kot konci, kjer se toplota premakne v hladnejše nosilce in žice. Za zahtevne uporabe, kot so visoko{3}}hitro tiskanje, velike šobe ali inženirski-filamenti, vrhunske znamke prodajajo območne-navijalne kartuše z razmerji, kot je 1,3:1:1,3 (večja gostota na obeh koncih). To kompenzira izgube na koncih in daje celotni ogrevani dolžini bolj raven temperaturni profil, ki ohranja viskoznost taline enakomerno tik ob grlu šobe. Spremembo v kakovosti tiska lahko opazite takoj: robovi so ostrejši, madežev je manj, pretok pa enakomeren pri hitrostih nad 200 mm/s.
• Kam namestiti termistor (ali PT100). Grelec ne bo dobro deloval, dokler temperaturna povratna zanka ne deluje dobro. Senzor mora biti v luknji, ki je čim bližje šobi, idealno znotraj 3–5 mm, vendar mora še vedno imeti možnost odčitavanja dejanske temperature bloka. Če je PID krmilnik predaleč od grelnika ali preblizu hladilnega telesa, lahko pride zaradi toplotnega zamika predaleč ali neenakomerno niha. Pri uporabi vdelane programske opreme, kot sta Marlin ali Klipper, slabe vrednosti PID (konstante P, I, D) poslabšajo težavo in povzročijo temperaturna nihanja za ±5–10 stopinj, ki poslabšajo visoko-ločljivost tiskanja ali nižjo kristaliničnost PEEK.

Več najboljših praks naredi aditivno proizvodnjo zanesljivejšo. Med grelcem in blokom mora biti premerna razdalja 0,001–0,002 in (0,025–0,05 mm). Številni uporabniki uporabijo majhno plast visoko{6}}temperaturne termalne paste, da zapolnijo vse drobne zračne reže. Da se aluminijasti blok hitro segreje in zdrži dolgo časa, je gostota v vatih običajno med 15 in 25 W/in². Če termistor odpove, lahko uporaba preveč energije (na primer 60 W v prostoru z 20 W) prežge grelec ali stopi aluminij bloka.

V tovarnah se 12-voltni grelniki običajno uporabljajo z MOSFET-krmiljenimi ploščami ali polprevodniškimi-releji, ki prenesejo 10–15 A neprekinjenega toka. Uporabljajo se v tiskalnikih-velikih formatov, ekstruderjih peletov in več-materialnih sistemih. Ker ne porabijo veliko energije, ne potrebujejo-visokonapetostnih varnostnih zapor. Zaradi tega so odlični za učilnice, mobilne tiskalne kmetije in terenske tiskalnike, ki delujejo na baterije.

Lekcija za industrijo aditivnega izdelave je jasna: 12-voltni grelnik kartuše ni le preprost uporovni element; to je natančen toplotni motor. Izbira prave moči in dolžine, zagotavljanje dobrega prileganja, uporaba območnih navitij, kjer je to potrebno, postavitev senzorja na najboljše mesto in prilagoditev zanke PID – vse to igra vlogo pri tem, ali tiskalnik naredi prototipe-muzejske kakovosti ali veliko smeti. Ti grelniki so še vedno najboljša izbira za industrijo, ki nenehno premika meje hitrosti, obsega materiala in dostopnosti, saj so majhni, varni in delujejo z običajnim 12 V napajanjem. Ko je vse na svojem mestu, 12V kartušni grelnik vedno znova tiho stopi stvari z visoko zvestobo in spremeni računalniške zamisli v resnične stvari.