【技术贴】E3D挤出头ANSYS温度场分析

开源技术
2015
04/17
10:34
分享
评论
      南极熊3D打印网从上线到现在有近3年时间了,积累了大量的干货内容。下面是一个熊友高手向南极熊的投稿,纯干货、纯技术贴。欢迎更多的牛人向南极熊投稿3d@nanjixiong.com熊大在等着你。
      E3D喷头作为FDM打印机系列中比较流行的挤出头,在桌面级打印机和DIY人群中被广泛采用,作为一款开源的挤出机喷头,由于其设计图纸开源,优良的散热性能,简洁的加工方式使其广泛传播。
      从开始的E3D到最新的E3D v6,主要变化是在喷头的挤出头设计上做出不断的革新,最大利用挤出丝的特性,在对温度控制的基础上,扩大挤出头内部空间,使其在出丝量上得到极大提高,保证了打印件性能的基础上,最大限度的提高了速度。

3D打印

3D打印

E3D v6设计图
       许多人会问,挤出头前部通过热阻对加热块进行充分散热,而为什么尾部又要对它进行散热呢?
       小编在自己做了两台reprap类型的打印机后,发现在对打印过程中对于挤出头的温度的控制是极其重要的,温度的过高和过低会造成各种问题,所以一个合适的温度,对于出丝顺畅,吐丝均匀极其重要。

3D打印

3D打印

最新版        E3D截面图:

3D打印

3D打印

图纸来源网络图纸来源网络
      头部的加热块温度过高,会导致过量的温度传递到尾部,从而使尾部送料腔中的材料软化,这样就会导致挤出机送来的挤出丝在尾部堵塞,也就是打印机最常见的堵头问题。
       正是基于此,E3D通过喉管实现加热块和尾部肋片的连接,减少了热量向尾部传热,同时喉管内置耐高温的四氟管,即:PTFE管,使出丝顺畅。极大减弱了堵头的风险。保障出丝通畅,同时增加了外部散热风扇,实现热量快速从尾部排除。
       那么尾部的散热到底有多重要呢?这是用ANSYS做的温度场分析:

       在用ANSYS对挤出头分析时对挤出头进行了简化,同时参数设置如下:
       铝:密度2719kg/m3 ,热容871J/(kg.k),导热系数202.4W/(m.k)
       铜:密度8930kg/m3,热容386J/(kg.k),导热系数400w/(m.k)
       铁:密度7870kg/m3,热容455J/(kg.k),导热系数80w/(m.k)
       挤出丝:密度1200kg/m3,热容2000J/(kg.k),导热系数0.025w/(m.k)
       热源热流密度10000w/m2
       外表面对流换热系数:10w/(m2.k),外部空气温度300K
       模型初始温度300K
        由此可见,挤出头前部的加热块会把部分热量传递到尾部,所以说,尾部散热是很重要的,所以在E3D v6中直接将风扇紧固在尾部的环形肋片,使热量充分排出。

作者刘文强联系方式:
自我介绍:
大二在读本科生,就读于山东大学,现在在哈尔滨工业大学做交换生。曾在3D打印吧prusa i3制作教程贴http://tieba.baidu.com/p/3356312382,现如今正在准备发起2020型材prusa i3的众筹项目。


回复

使用道具 举报

2015-4-17 14:11:00 | 显示全部楼层
这个系列的喷头,现在也不是很先进了。有人弄了更加有优势的
回复 支持 反对

使用道具 举报

2015-4-17 16:27:25 | 显示全部楼层
膜拜了。居然用热力学来分析喷头的设计。不过,环境影响因素也会很大
回复 支持 反对

使用道具 举报

2015-5-31 20:15:17 | 显示全部楼层
这个ansys分析做的有问题,这是一个流热固随时间的耦合问题,不是一个单纯的随时间温度变化问题
回复 支持 反对

使用道具 举报

推动3D打印

关注南极熊

通知

联系QQ/微信9:00-16:00

392908259

南极熊3D打印网

致力于推动3D打印产业发展

Copyright © 2024 南极熊 By 3D打印 ( 京ICP备14042416号-1 ) 京公网安备11010802043351
快速回复 返回列表 返回顶部