為什麼噴頭會塞料

為什麼噴頭會塞料

在解釋噴頭為什麼會塞料之前先把問題做個定義,噴頭指的是Hotend(加熱頭),塞料原因有很多,就像是家裡水龍頭打開沒水,不一定帶表是水龍頭壞了,這裡是從當確定是噴頭塞料的時候作討論,噴頭塞料是結論,本篇並不是在分析所有的塞料原因。

噴頭大致可以分幾個部分:
- 導料區:
引導線材進入加熱頭,通常設計是採用倒角,線材要進入噴頭之前外部的零件與噴頭並非同屬一體,若設計不良會造成線材撞擊周邊零件或是卡住。
1.遠端送料的鐵氟龍管前端過度彎曲,導致從鐵氟龍管出來的線被引導到入料孔邊緣而無法進到入料孔。
2.類似上一問題但成因不同,鐵氟龍管沒有插到底,導致從鐵氟龍管出來的線彎曲(塑膠線不是筆直,會彎曲是這常)而無法對準進料孔卡在入口。

- 預熱區:
將線材加溫預熱,這區域大部分是自然形成,雖然說冷卻區要盡可能冷卻,但避免回抽時熱的線材進入冷卻區馬上冷卻變硬而黏住管壁,實際上測試是需要一個緩衝區,在這我稱為預設區。需注意在此區的下端到加熱區之間的設計,影響這個預熱區的存在必要性,若下方效能良好且回抽長度得當這個區域並不需要存在。

- 散熱區:
將非加熱區的熱散去,通常是一個散熱器的設計,J HEAD是以PEEK為設計,E3D或大部分的噴嘴是以鋁合金散熱片為設計,要記得為確保散熱器能發會良好作用,建議以小型風扇吹散熱器,將散熱器上的熱能帶走,以增加散熱效能,需注意2點,1.散熱器並不是越冷越好,這與上面提到的預熱區有關,需要參考其他部位的設計,2.某些機台以其他方式散熱,或是以其他方式帶走熱能,風扇則為非必備。
需注意風扇吹的位置,我們是要冷卻散熱器,不應該讓氣流吹至列印物件或是加熱區,尤其是加熱區。

- 防沾區:
此部分與上方的"預熱區"與"散熱區"其實是重疊存在,當線材即將進入加熱區時,線材已經感受到了熱,一般塑膠預熱膨脹是很正常(少部分是預熱體積所小,不在此討論),通常線材為1.75mm而管壁為2mm,所以線材是有空間膨脹的,再則尤其以PLA為例50度左右就開始融化,在此區若未有適當的設計線材軟化必定沾黏在管壁上,管壁通常是鐵氟龍管,材質通常為不銹鋼,這是百分之百必黏無疑,黏住了增加阻力其實還沒到下方噴嘴就塞住了。預防塞住的方法最常見的就是使用PTFE鐵氟龍材料,通常使用有內襯鐵氟龍管的喉管,原理像是鐵氟龍不沾鍋,鐵氟龍耐熱表面平滑,生成了不沾黏的特性,但鐵氟龍管耐溫大約250~300度C,所以高過這個溫度它也不是萬能。另一個設計就是改變喉管內壁的平滑度,比方使用設備精密研磨管壁,或是使用鈦合金金屬等方式來預防沾黏。
另外順道一提,ABS並非不需要鐵氟龍管防止沾黏,只是ABS列印溫度較高,為避免鐵氟龍管無法承受造成變形而越來越糟,所以可以不使用鐵氟龍內管,尤其ABS融化後的黏性比PLA或其他材料低,所以狀況好些,相同地就是因為它不那麼黏,所以常常有列印黏不住的另一個問題。

- 隔熱區:
大多數有喉管的加熱頭,在喉管前端有一區比角細窄,沒有螺紋,這就是用來隔熱,為避免熱隨著喉管往上傳導,降低體積以減少傳遞媒介的面積。

- 加熱區: 包含加熱器、加熱塊、溫度感應器
這區大家應該很熟悉,以加熱棒或是陶瓷加熱器將整個區域加熱至列印溫度,將線材完全融化至可列印的狀態。加熱區的大小關係著熱能維持多久,過大則會導致加熱頭溫度過高,熱難以冷卻,過小則無法將線材快速加溫,若列印快速時產生溫度永遠無法到達的問題。

- 緩衝區: 
這個區域根據噴頭設計未必存在,事實上根據噴頭設計不同,未必有須要,這裡只是喉管與噴嘴銜接的區域,為了順暢線材(或是說已經融化的塑膠)順利進入噴嘴,通常會有一個小小的緩衝區以免讓當喉管與噴嘴兩端的孔沒有完全同軸時,融化的塑膠會碰撞噴嘴入料孔造成壓力問題而設計,倘若喉管與噴嘴為一體設計則無須此設計。

- 擠出嘴:
就是噴嘴,噴嘴種類超多種,材質也很多種,最常見的是黃銅材質,台灣朋友最多人用0.4mm,其次是0.3mm,其他尺寸也有人使用但過小或是過大的孔徑會衍生出其他問題,不在此討論;不過很多人要求噴嘴的精密度,這是一個非完全重要的議題,只要偏差在50%以內,我都覺得是不影響使用,也就是說一個0.4mm的噴嘴,我可以接受它的範圍是0.35~0.45mm,為何可以容許這麼大呢,第一,因為塑膠本身熱漲冷縮就很大,不同廠牌甚至同廠牌不同顏色產生的誤差都大過於此,再則機器的誤差也不小,這些誤差若是已經造成肉眼可以看出列印的物件的不同,建議改下切片的設定就可以了,為必須要一個完全精準口徑的噴嘴,你可以試試看,如果你的0.4噴嘴已經列印得相當漂亮,可以故意改設定為噴嘴0.3試試看,結果將讓你意外。

請參考另一篇文章"3D印表機噴頭詳解"

以上所述的原則不變,但未必代表該區有特定零件或是肉眼看得出的設計,現在有越來越多的加熱頭有獨特設計,以零件來區分討論太過狹義,敬請參考。

(從本公司3DPW論壇平台轉發)

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