感应加热用于3D打印热挤出头的设想

在第7届年会中,见识了萝卜制造的稳如泰山的3D打印机,见识了溷溷版主的彩色3D打印挤出头,和伙伴们做了探讨。

目前热挤出3D打印机具有最简单的结构,最低的维护成本,最佳的使用体验。但是——具有几乎是最慢的速度。

对于同一打印精度而言,FDM的速度受几方面因素制约。

1、结构强度,加快速度会加快导轨的弹性形变,影响打印精度。
2、结构重量,这与结构强度是关联因素,越重的打印头和导轨,在运行中惯性越大,速度加快以后震动和形变相应增大。
3、加热功率,较高的速度要求较快的送料,这就需要较大的加热功率。较大的加热功率会增加打印头的体积和重量。
4、冷却速度,打印速度加快以后,如果重复堆叠的时候上一层、几层塑料还未进行必要的冷却,则会引起形变。但是冷却速度过快,会影响粘接强度。加大冷却速度需要增加冷却设备的重量,速度加快以后震动和变形也会增大。

改进办法:
1、采用感应加热,使功率集中在熔腔附近,而不是通过铜块传热。相反,熔腔与支撑之间还需要良好的绝热。这种做法可以大大降低耗散功率,从而减少用于对付结构传热的冷却功率,可降低冷却风扇的功率和重量。
2、感应加热的峰值功率可考虑100~200W,平均功率20-50W,允许短期超功率运行。对加热头的温度进行反馈控制,由于感应加热的热惯性小,控制速率可以很快,有利于提高质量。
3、感应加热的方法参考高频感应烙铁。
4、采用压缩气体软管送风,取消打印头上的风扇,并能使冷却气流精确的作用在不同的层面,既减轻重量,又能提高粘接强度。必要时,用一红外温度计对准打印头下方,反馈控制送风压力。
5、送丝电机安装在打印头上会有比较好的效果,但重量大,可采用大扭矩低速步进电机,或加一级减速机构,计算确定最佳的电机形式和功率,从而最大限度减小送丝电机体积与重量。
6、XY机构上的步进电机可考虑用半圆传动杆代替,让电机不占结构重量,减小惯性的影响。
7、其它理论方面的创新冲突,请向溷溷版主咨询。

采用各种措施,将速度提高3倍,基本能达到通用的实用性。
来自 三维打印
2015-8-5 22:08:24
1楼
理论上来说感应加热可以用来FDM打印焊锡,锌合金,甚至铝合金。不过氧化是个问题
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2楼
引用 法式油炸薯条:
理论上来说感应加热可以用来FDM打印焊锡,锌合金,甚至铝合金。不过氧化是个问题
其实可以气体保护……虽然说成本略高
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2015-8-6 00:02:34
3楼
不要说出来嘛,我还要指着这些建议改进机器做到产学研呢!
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4楼
半圆传动杆是什么?
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5楼
1.半圆传动杆是什么?
2.工业上一般激光烧结了,业余爱好高频加热相比于电阻加热成本上升了,操控电阻丝与感应加热难易程度可想而知,塑料也没法高频还是得通过铜块或者铁来传递热量,但是打印金属另外说,金属感应加热一个能得到所需温度,还能直接作用于金属,,密封抽真空也好,加保护气也好应该能得到不被氧化的表面,冷却就只能水冷内部风循环了
3.其实我一直想双次送丝法来解决送丝的问题,在喷头处一个小的,机箱上一个稍微大的,这样就可以减轻打印头的负担
4.想提高速度,用滚珠丝杠与伺服电机即可破,究极的办法就是此,只要工作台足够好,就算喷头不移动又如何
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6楼
早在2012年时,有个一网上的朋友就想找我作一个感应加热装置加热一个喷嘴,当时还很保密。不肯说是干什么用的,只是提出了加热时间以及温控精度。现在回想起来,可能就是3D打印机的喷嘴。249174
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2015-8-7 13:12:49
虎哥(作者)
7楼
用丝杠的方案会大幅增加成本,产品的最终售价需控制在1万元数量级才好,我提这些方案的最终售价是市场能接受的,不然用工业SMT设备的方案就可以了。

半圆杆的意思是一个金属传动轴,使用动力的机构可以在上面滑动,目的是避免电机移动,当然也可以不用。

这个帖子的重点是分析理论关系,就像魂溷版主在年会中做的学术报告一样,都是讲原理的。
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8楼
引用 虎哥:
用丝杠的方案会大幅增加成本,产品的最终售价需控制在1万元数量级才好,我提这些方案的最终售价是市场能接受的,不然用工业SMT设备的方案就可以了。

半圆杆的意思是一个金属传动轴,使用动力的机构可以在上面滑动,目的是避免电机移动,当然也可以...
还是不大明白半圆传动杆的意思,有图么
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虎哥(作者)
9楼
我只是想说明可以用某些方法让电机固定不动,把电机的动力传递到远处利用,从而减轻运动部件的重量,传动杆只是举个例子而已。实际上很多商品3D打印机采用了各种方法来减轻运动部分的重量,具体方法可以随便畅想。
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10楼
引用 虎哥:
用丝杠的方案会大幅增加成本,产品的最终售价需控制在1万元数量级才好,我提这些方案的最终售价是市场能接受的,不然用工业SMT设备的方案就可以了。

半圆杆的意思是一个金属传动轴,使用动力的机构可以在上面滑动,目的是避免电机移动,当然也可以...
求独家知道
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2015-8-8 08:38:50
11楼
引申一下 是不是可以在纯氩的保护下 进行钛合金打印
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虎哥(作者)
12楼
引用 bg3qai:
引申一下 是不是可以在纯氩的保护下 进行钛合金打印
热挤出打印需要材料具有一定的粘性,塑料具有较好的性能,在熔融状态下仍具有相当好的塑形能力,并且熔融态的塑料能够直接与高弹态的塑料粘接。金属具有确定的熔点,要么是固体,要么是液体,液体金属难以与固体金属良好粘结,且一旦熔化则粘度太低,流动性过强,表面张力太大。所以,用热挤出的方法打印金属,难度较高,类似于用热挤出方法打印石蜡等物质。不过也不是完全不可能,它需要较高的温度,打印材料几乎必须是合金,使熔融态的金属能够稍微的熔化固态金属,又不至于流动性太强,具体可参考焊接工艺方面的理论。总的来说热挤出打印金属难度很大,需要继续研究。
一般对金属的打印采用激光烧结或者等离子弧烧结,目前对钛的打印强度高于铸件,低于锻件,具有一定的实用性。
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13楼
引用 花心大萝卜:
求独家知道
那么切片软件有什么影响吗?
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14楼
引用 虎哥:
我只是想说明可以用某些方法让电机固定不动,把电机的动力传递到远处利用,从而减轻运动部件的重量,传动杆只是举个例子而已。实际上很多商品3D打印机采用了各种方法来减轻运动部分的重量,具体方法可以随便畅想。
你想说的是滑键传动轴吧, 参考车床的光杠怎么给托板箱传动。
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2015-8-9 11:41:58
15楼
引用 samhrc:
你想说的是滑键传动轴吧, 参考车床的光杠怎么给托板箱传动。
那玩意不是六角杆么?
回到虎哥的问题:
如果是三轴互相垂直且指向恒定的机架,把步进电机放到底座上必然需要直角传动,例如两个45度伞齿,这样又加入了回差,再说传动轴和齿轮组也是一坨重量。真想看看商品鸡是怎么实现的。
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16楼
您所指的应该就是普通车床上大板移动的动力传递之一了,开了键槽的光杆,用在3d打印还不如软轴传动了,反正没切削力,其实这个不用考虑,因为电机在哪看机床结构来走的,龙门就是在上面,话说齿轮的反向间隙不是盖的,有种头的重量很轻的,三角洲结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,话说无论理论实践,想要又快又好,只能伺服加丝杆别无它法,步进再快也没伺服快,精度想再高点,上光栅来个全闭环,,其实一开始就定下来了,丝杠>梯形丝杠>同步带,,全闭环伺服>半闭环伺服>步进,这就是等级差,至少现在这样了,,,,打印金属利用固液共存点如何,弄个注射器结构,来控制流量。,,我想3d打印还是全公开的好,别人都开源让世界人能享受到,自己能改进岂不荣幸,拿去卖另说,,,啦啦啦妖妖愚见敬请谅解
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17楼
引用 电妖妖:
您所指的应该就是普通车床上大板移动的动力传递之一了,开了键槽的光杆,用在3d打印还不如软轴传动了,反正没切削力,其实这个不用考虑,因为电机在哪看机床结构来走的,龙门就是在上面,话说齿轮的反向间隙不是盖的,有种头的重量很轻的,三角洲结构,,,...
其实这倒是个好想法,试试软轴传递动力给打印头挤出
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2015-8-17 08:30:09
2015-8-17 08:30:09
18楼
引用 laji3865689:
那玩意不是六角杆么?
回到虎哥的问题:
如果是三轴互相垂直且指向恒定的机架,把步进电机放到底座上必然需要直角传动,例如两个45度伞齿,这样又加入了回差,再说传动轴和齿轮组也是一坨重量。真想看看商品鸡是怎么实现的。
1、普车不是六角的.有一些进口的大概是。
2、有一种捷克还是瑞士出的双柱坐标镗主轴就是这种全滑配传动,型号我想不起来了。它配合很好的,绝对没有手能感觉出的间隙。齿轮可以通过修形和预紧等手段无间隙。
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19楼
引用 虎哥:
用丝杠的方案会大幅增加成本,产品的最终售价需控制在1万元数量级才好,我提这些方案的最终售价是市场能接受的,不然用工业SMT设备的方案就可以了。

半圆杆的意思是一个金属传动轴,使用动力的机构可以在上面滑动,目的是避免电机移动,当然也可以...
参考THK   花键
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2016-2-28 22:22:36
2016-2-28 22:22:36
20楼
专利号2015100988951
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2016-3-13 16:32:34
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21楼
感应加热的根本的好处是什么?对效果的提升到底有多大?如果不是特别高的话,真的么有多大的意义啊。。。。。。
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22楼
如果目标是速度提高3倍,是在什么样的基础上达到的3倍?目前调试好的UM2的机器可以150这个速度上工作,提升3倍是450的速度么?惯性怎么办?
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2016-3-16 12:02:19
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23楼
引用 法式油炸薯条:
理论上来说感应加热可以用来FDM打印焊锡,锌合金,甚至铝合金。不过氧化是个问题
来点二氧化碳保护气~打印空间是可以有封闭的呢
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2016-4-10 00:03:53
2016-4-10 00:03:53
24楼
引用 Zheng19991119:
其实可以气体保护……虽然说成本略高
如果打印室可以密封,气体保护成本不高。
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2016-4-15 08:56:25
2016-4-15 08:56:25
25楼
引用 zgchen:
如果打印室可以密封,气体保护成本不高。
这么大一个打印室,要方便取件的话还要有一个很大的门,整体密封不是那么好做的
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26楼
引用 Zheng19991119:
这么大一个打印室,要方便取件的话还要有一个很大的门,整体密封不是那么好做的
气体压力不大,气密门要求不高的,容易制作
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