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OVK01 ヒートブレイクを設計してシミュレーションを通して最適形状を探ってみた [OVK01]

「先端は熱く、中間は熱を伝えず、根元は冷たく」をヒートブレイクでどう実現するかにあたってFusion360の熱解析機能を使って最適形状をさぐってみました。

結論からざっくり申しますと

・中間のくびれ部分の断面積を減らすと熱の伝導量が減るのでコールドエンド側の温度は下がる

・素材により熱伝導率が違う場合、ヒーターが必要とする発熱量は減る(280℃をターゲットとした場合、ステンレスの場合は16W、チタン合金の場合は12Wで済む)

・ヒーターの発熱量は減るがノズル先端の温度を一定とした場合コールドエンド側の温度はヒートブレイクの材質によってそんなに変わらない(コールドエンド側の熱容量が十分に大きいからかな?)

 

つまりは材質変えても冷却がしっかり機能していればヒートブレイクとしての性能(必要以上にフィラメントを融かさない)はそんなに変わらない。

熱伝導率の低い素材を使えばヒートブレイクを通じて逃げる熱量が減る=ヒーターの発熱量が減るので温度制御の安定度が増すはず。といったところです。

 

最終的にはこんな形状になりました。(傘は要りませんでした。)

titanheatbreaksim01.png

シミュレーション結果。ヒートブロックの温度分布が一様でないのでもう少し形状を工夫したほうがいいかも(もしくは断熱材で覆う必要がある)

titanheatbreaksim02.png

ヒートブロックの温度を280℃としてもヒートブレイクの上部で60℃です。(あれ?現状でここまで温度下がるならコールドエンド側にヒートパイプ要らなくね?)

titanheatbreaksim03.png

 

最後にお約束を。

「あ、あくまでシミュレーションなんだからねっ!」


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