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OVK01 遮熱ジャケットの作製 [OVK01]

ヒートブロックと造形面との距離が近すぎることによる熱ダレの防止策としてヒートブロックに被せる遮熱ジャケットを製作してみます。

材料は0.5mm厚のアルミ板とグラスウールです。

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まずは、アルミ板にカッターで罫書きをして、そのままカッターで切ります。

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切ったら芋ネジやらノズルが通る穴を空けます。

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穴を開けたら(株)エンジニアのポケットベンダーで曲げます。ポケットベンダーは、なんでもつくっちゃうかものarms22さんが使っているのをみて便利そうだったので以前に購入したのですが、いまのいままで出番がありませんでしたw。幅50mmかつ1mm厚以下のアルミ板を簡単に直角に曲げることができる工具です。

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さくっと折り曲げてヒートブロック全体を覆う箱型に整型します。(一部は45度までしか曲がらないので、そこから先は手曲げしてます)

 

グラスウールを2分割して

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間にヒートブロックを挟んで箱型に折り曲げたアルミ板に挿しこみます。

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穴の箇所の余分なグラスウールをデザインナイフで切り取れば完成。

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本体に装着したらこんな感じになりました。

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加熱してみたところ、先日のグラスウール巻きだけの時に比べて、放射熱は若干減っている様子です。しかしながら、焼けるように厚い→ほんのり熱いぐらいで完全に熱を封じている状況ではありません。空気を含んだグラスウールは断熱材として非常に優秀な筈ですが、厚みがいかんせん薄すぎ(約1mm厚)るのと放射熱量が多すぎる様です。

 

さて、印刷した結果ですが、、、、

残念ながら期待した効果は得られませんでした。

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左は造形物に対する空冷無し、右は高さ3mmほど過ぎたあたりから空冷開始。空冷無しでは造形を維持できません。

 

【まとめ】

遮熱ジャケットを追加しても、造形物に対するヒートブロックからの放射熱の影響を避ける事ができないので、造形物とヒートブロックの間にはある程の距離が必要という結論に達しました。一般的に3Dプリンタ用に売られている真鍮製のノズルの高さは8mmぐらいあるので、そのようにデザインを修正する必要があります。

遮熱ジャケットを装着する事による効果は、造形物を強制空冷する際にヒートブロックに直接風が当たらなくなるため、空冷のON/OFFによる温度変化がほとんどないということぐらいです。

 


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OVK01 チタンノズルで印刷 [OVK01]

チタンノズルとヒートブロックをホットエンドをキャリッジのベースプレートに組み込みました。取り外したMK8と比較すると10mmほどMZ+TZが短くなっています

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24v@25wヒーターでひとまず目標とする300度まで加熱できるか確認します。




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加熱はok

 

続いてフイラメント(verbatimABS)を挿入して押し出せるか確認します。温度を235度まで下げて押し出し指示をしたところ問題なく射出できました。ノズルから出た余分なフィラメントをピンセットで取り除いたあとの不要な垂れもほとんどありません。



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ヒートブロックには空気の対流による熱の拡散を防止するためガラスクロスシートを巻いてみました

 

さていつもの通り15mmキューブを印刷してみます。左から順に

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一回目:ラフトが安定せずに失敗

二回目:ラフトの印刷速度を落として印刷→それでも安定せず→完走させてみたところ、熱でダレてスライム状態に、、

三回目:強制空冷しながら印刷、直線が安定するも角がめくれ上がってダメ。角がダメなのでつられて積層割れも発生


散々な結果となりました。とほほ

ラフトの印刷とキューブの角が融けて潰れてしまう件ですか恐らくノズル径にたいしてノズル先端の壁厚が薄過ぎることが原因だと考えられます。先端の外径が細くて尖っているほうが印刷物に対して熱が伝わらないので良かれと思って旋盤で削ったのですが、先端の外径が細すぎると、印刷中に常に樹脂がノズルの外壁に沿って反り上がっている状態になってしまっています。左官の様に小手=ノズルの先端で、ある程度押さえて均す必要があると思われます、、、

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スライム状態になった件ですかこれはヒートブロックからの放射熱が原因だと思われます。銅はアルミに比べて自己放熱が多いです。造形面とヒートブロックの距離が近いことも一因です。対策としてはヒートブロックをすっぽりと覆う遮熱ジャケットのようなものを作る必要があります。それでだめならノズル形状でヒートブロックと造形面の距離を稼ぐか銅製ヒートブロックの使用を諦めるしかありません。



【今回の成果】

・一般的な造形温度のABS樹脂で60mm/s造形であれば現状のTZ+MZの長さで、オールチタン+銅製ヒートブロックの組み合わせでも熔融に必要な時間は十分である。


【今後の課題】

・遮熱ジャケットの作成&造形

・高温フイラメントでの造形(角の印刷精度はともかく射出が間に合って其れなりに造形できるか)

・ノズル径に対する適切な先端形状の模索



 

次回は遮熱ジャケットを作成して装着し、造形してみるとどうなるか検証してみます。

 

2016年8月19日追記~

白光さんの ★ 熱の計算: 放熱 を使って放射熱損失を計算してみました。

http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01050.htm

アルミだと0.4wですが、銅だと2.2wぐらいになります。この差は放射率の違いによるものです。

磨けば放射率も落ちますが、加熱/冷却を繰り返す関係からいずれ酸化して放射率が上がるでしょうし、、、メッキでもしましょうか、、、

~追記終わり

 


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OVK01 チタン削りました。その他進捗 [OVK01]

オールチタンノズルのTZ部分(→TransitionZone https://cdn.shopify.com/s/files/1/0426/9205/files/IMG_2885_grande.png?10666913392446859258を参照)を旋盤で削ってみました。焼結成型でざらざらしていた表面が磨きが掛かってチタン本来の輝きになりました。併せてノズルのテーパー個所もフィラメント付着防止の為綺麗にしました。

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外径φ3.5mmのTZをφ2.9mmまで削りました。内径はφ1.9mmなので壁の厚みは0.5mmです。強度的に問題はありません。

また、射出口を0.4mmドリルで整形しました。

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ドリルの刃先が抵抗無くするっと入って行きました。設計φ0.35mmは大きすぎたかも、、、φ0.4mmチタンノズルを次に作るときはφ0.3mm で出図しよう。

 

続いてアルミネジを加工して、サーミスタを取り付けるための穴を空けます。

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サーミスタはアルミネジに耐熱エポキシで固着させました。

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旋盤があると色々と捗るので助かります。

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ヒートブロックの加工も終わりました。次回はいよいよ実機に組み込んでテストします。

 

おまけ。ソルダースリーブ加工。

コントロール基盤用の12V電源モジュールを入れ替えたついでに配線をやり直すことにしました。

PCI-EXPREE用の電源コネクタの配線と電源モジュールからの配線をソルダースリーブで繋ぎます。

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皮膜を剥いてソルダースリーブを被せ位置を合わせてヒートガンで加熱するだけ。

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~2016年8月5日追記

おまけその2:JSTのXHコンタクトを圧着してXHハウジングを付けるノ巻き

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サーミスタの配線の先端を2度折り曲げて3巻きにします。先端を巻く事で細い配線でもしっかりかしめることができます。

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巻いた配線をENGINEERのPA-09圧着工具の1.4サイズでコンタクトに圧着、1.9サイズで皮膜に相当するPTFEチューブを圧着

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最後にXHハウジングに挿しこんで完成。

サーミスタはこの先の検証で頻繁に付けたり外したりするのでちょっとした準備が大事です。

追記終わり~

 


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OVK01 ヒートブロックの作製 [OVK01]

ヒートブロックですが、MeltZone(以下MZ)を薄くするためにはどうすればよいでしょうか?

熱伝導が良く、熱を保持し易い素材が理想です。

一般にヒートブロックにはアルミ素材が使われていることがほとんどですが、銅に目を付けてみました。

銅はアルミより熱伝導が1.6倍良く、比熱が2/5になりますが、密度が3.3倍です。同じ厚みなら、保持できる熱量は1.3倍になる筈です。熱伝導が1.6倍ですのでアルミ製のヒートブロックに比べて6割の薄さで設計しても問題無いはずです。(※現実にはヒートブロックが直接フィラメントに接しているわけではないので単純計算とはいきませんが、、、)

参考までにはんだ用品で有名な八光のHPの ■ 各種物質の性質: 金属(固体)の性質 をご覧ください。

http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/h01020.htm

 

というわけで、厚さ6mm縦横20mmの銅ブロックからヒートブロックを製作することにしました。

組み合わせるヒーターはUltimaker用の25W24Vφ4mmL16mmのカードリッジヒーターです。

現状の24V40Wφ6mmL20のヒーターはオーバースペック且つ、直径が大きいので、少しお高いですが、Ultimaker用のφ4mmヒーターを購入しました。

ワット数は少し落ちますが、20Wあれば300℃まで到達できるはずです。

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カードリッジヒータがぴったり嵌って抜けなくなるの図

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旋盤加工は切り子がうねうねでてくるので楽しいです^^

 

M5タップの下穴用のφ4.2mmのドリルが手持ちに無かったので本日はここまで~

 


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OVK01 ホットエンドの設計に関して [OVK01]

ホットエンドの設計に関して興味深い資料を見つけました。Prometheus hotend のユーザーガイドです。お暇でしたら覗いてみて下さい。

https://www.distechautomation.com/pages/user-guide

全体の4/5を締める組み立て説明は無視して、最後1/5「Customization」の項目が良くできています。

https://cdn.shopify.com/s/files/1/0426/9205/files/IMG_2885_grande.png?10666913392446859258

説明するにあたって、ホットエンドの構造を5つのゾーンにわけて、ノズル先端からそれぞれ

Nozzle Tip / Melt-Zone / Transition-Zone / Cold-Zone

としています。

TransitionZoneの長さがリトラクト量と関係しているとか、Melt-Zoneの長さが素材(温度)毎に定義されていたりとても興味深い資料です。(むしろMelt-zoneってそんなに長さ必要なの?という感じで焦っています、、、)

 今私がチタンやらステンレスでヒートブレイクを加工しているのはまさにTransition-Zoneの構造を最適化する事なのですが、その先のMelt-Zoneに関してはフィラメントの素材によってどれぐらいの厚みが必要か実際に試してみて調整しようと考えていたのですが、ヒートブレイクとヒートブロックの大きさは固定で、ノズルの厚みを増やして対応させるという考え方は、なるほどメンテナンスや、素材に合わせたヘッド構成の変更など、柔軟に対応できそうな感じです。

現在進行形で、オールチタンヒートブレイク一体型ノズル、または、羽つきステンレスヒートブレイク+MicroswissAfinia系ノズルの2パターンを検証しているのですが、これに加えてチタンヒートブレイク+オリジナルノズルという選択肢も増やそうかと考えている今日この頃です。

 

オリジナルノズルというワードが出てきましたが、突然ながら中古卓上旋盤買いました。

旋盤は大が小を兼ねますが、大きく重い設備をこれ以上増やしたくなかったのと、仕上げ研磨程度の外径切削と真鍮の加工ができれば良いので、小型の卓上旋盤で十分だなと考えて以前から中古市場をチラホラと検索していたところに、ぽっと沸いて出てきました。

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emcoのUnimat3です。

購入の決め手になったのは「輸入販売元:寿貿易」のプレートです。

寿さんが関わっているなら輸入時点の調整はたぶん大丈夫だろうという根拠のない自信(輸入当時から今と同じ体制で調整販売されておられるかは存じません^^;) と、錆びというより、使いこまれてエージングされたような外観の割に可動範囲の摺動面が綺麗でメンテナンスが行き届いている感じがしたので落札した次第です。まあ、その一目ぼれです。なんかキュピーンと来るものがあったので気が付いたら落札していました。

回転速度を変更するのにベルトが2種類必要で、そのうち(小)サイズが付属していなかったので、三ツ星のスターロープ1mを購入して加工する事にしました。

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必要な長さを計って切り取り、両端をガスコンロで少し火が出るぐらいに炙って

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突き合わせて融着させます。

手で引っ張って千切れなければOK。

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余分な出っ張りは爪切りで切り取ります。

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架けかえ完了。これで全8種類(130~4000rpm)の組み合わせの回転数を使用する事ができます。

 

動かしてみた感じですが、今のところ基本機能に異常はなさそうです。

さっそく、練習用に真鍮の丸棒φ20mmを買いますた。

しばらくは3Dプリンタよりこっちを弄って遊んでいるかも?´・ω・`

 


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