La impresora no tuvo ningún problema de enfriamiento
Una impresora con cámara calentada puede tener una obstrucción del hotend, una pieza deformada y un controlador sobrecalentado al mismo tiempo, aunque los tres síntomas se describen como un problema del ventilador.
El hotend calienta la zona de fusión, el conducto de enfriamiento parcial da forma al aire alrededor de la capa recién depositada y el compartimiento electrónico protege el controlador, los controladores, la fuente de alimentación y los sensores. Estas cargas viven en diferentes ubicaciones físicas y a menudo necesitan diferentes temperaturas del aire, presión, límites de ruido y señales de control. Tratarlos como un problema de selección de ventilador es una razón común por la que una impresora se comporta bien con PLA pero falla durante trabajos largos de ABS, ASA, nailon o policarbonato.
Esta guía separa los tres bucles y muestra cómo validarlos en la impresora real. El objetivo no es publicar un número CFM universal. Su objetivo es hacer que la ruta del aire, la caída de presión, el estado térmico y el comportamiento del control sean mensurables antes de que el ventilador o conducto se congele para la producción.
Los ejemplos siguientes son estimaciones de ingeniería para explicar el método. No son límites para un filamento, hotend, impresora o controlador en particular. El fabricante de la impresora sigue siendo responsable de la seguridad del calentador, la seguridad del movimiento, la calificación del material y la aprobación regulatoria.
Bucle uno: proteja la zona fría del hotend contra la fluencia de calor
El ventilador del disipador de calor del hotend protege el lado frío; No es la misma función que el ventilador que enfría la pieza impresa.
La fluencia de calor ocurre cuando el calor sube desde el bloque calentador hacia la zona fría y de ruptura de calor. El filamento puede ablandarse antes de llegar al área de fusión deseada, lo que aumenta la resistencia, provoca una extrusión insuficiente y, finalmente, produce una obstrucción a mitad de impresión. Es posible que un ventilador aún gire mientras la zona fría no recibe suficiente aire útil debido a una protección bloqueada, un espacio libre deficiente de la cubierta, aire recirculado de la cámara o una elección incorrecta de presión-flujo.
Las variables importantes son la temperatura de la zona fría, la temperatura de entrada del disipador de calor, el comando del ventilador, el voltaje, la corriente, la retroalimentación, el estado del calentador del hotend, el tipo de filamento y el flujo de impresión. Para una cámara calentada, es posible que el aire que ingresa al ventilador del hotend ya esté caliente. Un ventilador que pasó una prueba de banco a temperatura ambiente puede perder margen térmico cuando su entrada está entre 45 y 60°C, por lo que la prueba debería reproducir el estado de la cámara.
Como ejemplo de planificación, si la zona fría del hotend debe rechazar 18 W con una elevación de aire permitida de 15 K, el flujo ideal de Qv = P/(rho x cp x deltaT) es aproximadamente 0,001 m3/s, o 2,1 CFM. El ventilador requerido no es automáticamente una pieza del catálogo 2.1 CFM: la resistencia de la aleta del disipador de calor, la cubierta, la protección y la entrada caliente determinan el resultado de presión y temperatura instalada.
| Aporte | Por qué es importante | Registro |
|---|---|---|
| Temperatura de entrada a la cámara | El aire caliente reduce el margen de temperatura de la zona fría | aire en la entrada del ventilador y sensor de zona fría |
| Disipador de calor y cubierta | Los espacios pequeños pueden provocar un cortocircuito o hacer recircular el aire. | Juego y presión instalada. |
| Flujo de impresión y retracción. | La generación de calor cambia con el material y la velocidad. | Material, boquilla, flujo y retracción. |
| Arranque del ventilador y servicio mínimo | Es posible que un comando bajo no se inicie de manera confiable cuando está caliente | voltaje, PWM, corriente y FG |
| Polvo y restos de filamentos | Los depósitos cambian de saldo, liquidación y resistencia. | Estado de servicio e intervalo de inspección. |
Circuito dos: el enfriamiento de piezas es un problema de distribución de flujo
Un gran número de ventiladores parciales no garantiza una refrigeración uniforme alrededor de puentes, voladizos o paredes delgadas.
El ventilador parcial suele necesitar un conducto o colector para distribuir el aire alrededor de la boquilla. El conducto añade resistencia y puede tener ramas desiguales, curvas cerradas, fugas o una abertura que enfría un lado más que el otro. El resultado puede ser un chorro fuerte cerca de la entrada y un flujo débil en el lado opuesto, incluso cuando el ventilador alcanza su RPM ordenado.
Para PLA y materiales similares, un enfriamiento de capa más fuerte y simétrico puede mejorar los puentes y los voladizos. Para ABS, ASA, nailon y otros materiales sensibles a la deformación, el enfriamiento excesivo o desigual de las piezas puede aumentar los gradientes térmicos y reducir la adhesión de las capas. Por lo tanto, la curva de control correcta depende del material y de la geometría; no se puede copiar desde la curva del ventilador del hotend.
Una salida de conducto ilustrativa de 50 mm x 50 mm x 2 mm tiene una abertura de 0,001 m2. A una velocidad de salida promedio de 8 m/s, el flujo volumétrico ideal es de aproximadamente 0,008 m3/s, o 17 CFM. Las fugas reales, las contracciones y las pérdidas por ramas aumentan el trabajo requerido del ventilador, mientras que el movimiento de la impresora y la cubierta de la boquilla pueden perturbar el chorro. Mida el conducto instalado o utilice un indicador de flujo validado en lugar de tratar el área de salida multiplicada por la velocidad como enfriamiento de la pieza entregada.
Circuito tres: la refrigeración de dispositivos electrónicos no debe tomar prestado el aire caliente de la cámara
El compartimiento del controlador, los controladores del motor y la electrónica de potencia a menudo necesitan un límite térmico diferente al de la cámara de impresión.
Mover los componentes electrónicos a un gabinete con calefacción puede acortar la vida útil de los componentes y reducir el margen de control. Un compartimento para componentes electrónicos lateral o trasero puede necesitar su propia ruta de entrada y salida filtrada, con el ventilador seleccionado para la rejilla, el filtro, las aberturas para cables y los disipadores de calor en esa ruta. Si el ventilador sale de la cámara, la temperatura de entrada y la temperatura de la electrónica pueden aumentar juntas mientras la impresora parece tener mucho flujo de aire.
Para una estimación simple, suponga que el compartimento electrónico disipa 80 W y el diseño permite un ascenso de aire de 10 K. El flujo de aire ideal es de aproximadamente 13,8 CFM. Si un filtro y una rejilla agregan 100 Pa y la ruta interna agrega otros 60 Pa, el punto de selección es aproximadamente 14 CFM a 160 Pa antes del margen de servicio. Una clasificación de aire libre de 14 CFM no prueba que el compartimento del controlador reciba 14 CFM a esta presión.
El circuito electrónico debe verificarse durante el calentamiento del calentador, la impresión constante de la cámara calentada, los picos de movimiento y la carga de la fuente de alimentación. Mida el punto caliente del controlador, el disipador de calor del controlador, la entrada de la fuente de alimentación, la entrada del ventilador, la corriente del ventilador, el comando y la retroalimentación. Si el ventilador alcanza su comando máximo mientras el controlador aún se acerca a su límite, corrija la ruta del aire antes de simplemente aumentar el tamaño nominal del ventilador.
Interactivo: observe cómo los tres bucles responden a un estado de cámara calentada
La animación muestra por qué un comando de ventilador no puede representar protección del hotend, refrigeración parcial y refrigeración electrónica al mismo tiempo.
Utilice el modelo para crear el plan de prueba. En una cámara fría, el circuito electrónico puede tener un funcionamiento reducido mientras que el ventilador de la pieza cambia rápidamente con la geometría de la capa. En una cámara calentada, el ventilador de la zona fría del hotend puede necesitar un trabajo mínimo más alto, mientras que el enfriamiento parcial puede necesitar permanecer limitado para proteger la adhesión de la capa. El compartimiento de la electrónica puede requerir un camino filtrado separado en lugar de más circulación en la cámara.
Un controlador de producción puede combinar la temperatura de la cámara, el estado del hotend, el perfil del material, la potencia del calentador, la temperatura de la electrónica y la retroalimentación del ventilador. El proveedor del ventilador no puede elegir ese algoritmo completo sin los datos del sistema de la impresora, pero la muestra debe proporcionar una respuesta de comando repetible, margen de inicio, comportamiento de retroalimentación y evidencia de flujo de presión para el equipo de controladores.
Los materiales de alta temperatura cambian la selección del ventilador
La misma impresora puede requerir diferentes prioridades de flujo de aire para PLA, ABS, ASA, nailon, PC y materiales de ingeniería de alto flujo.
El PLA comúnmente se beneficia de un enfriamiento de piezas fuerte y bien distribuido, mientras que los materiales cerrados de alta temperatura a menudo necesitan una cámara cálida y estable con enfriamiento de piezas limitado. La zona fría del hotend aún necesita protección, pero el aire de entrada puede estar caliente y el flujo de filamento puede ser mayor. Es posible que sea necesario aislar los componentes electrónicos de la cámara independientemente del perfil del material.
No convierta una regla material en una especificación de ventilador sin verificar el deber físico. Un comando del 30% en un ventilador y un comando del 30% en otro no representan el mismo flujo de aire, presión o salida acústica. El marco del ventilador, las aspas, el motor, el cojinete, el conducto, el voltaje y la interfaz de control son importantes.
Para una primera muestra, compare al menos dos puntos de funcionamiento: un perfil estilo PLA a temperatura ambiente y un perfil de material de ingeniería con cámara calentada. Mantenga los mismos puntos de medición y registre el material, la temperatura de la boquilla, la temperatura de la cámara, la velocidad de impresión, el flujo de extrusión, el comando del ventilador, el voltaje, la corriente, el FG o el tacómetro y la observación de la calidad de impresión resultante.
Se combinan ruido, vibración y calidad de impresión
El ventilador más silencioso de una mesa puede no serlo una vez que se hayan instalado el conducto, la protección y el panel de la impresora.
Los sopladores de enfriamiento parcial pueden crear un ruido tonal cuando la frecuencia de paso de sus aspas interactúa con un conducto o rejilla. Un ventilador hotend montado en un cabezal de herramienta móvil agrega masa y puede transferir vibraciones al carro. Un ventilador electrónico puede excitar un panel de chapa metálica o hacerse más ruidoso a medida que se carga un filtro. Mida en la posición del operador y cerca del cabezal de la herramienta, no solo en un punto de banco fijo.
La validación debe incluir inactividad, calentamiento del calentador, impresión constante, evento de puente o saliente, movimiento de alto flujo y respuesta a fallas del ventilador. Correlacione el sonido con RPM o PWM, la corriente, la temperatura y el resultado de impresión. Si aparece un tono con un comando, un diseño de hoja diferente, una frecuencia PWM, un aislamiento de montaje o una transición de conducto pueden resolverlo de manera más efectiva que simplemente reducir RPM.
Para proyectos de reemplazo, compare el espectro de sonido instalado y el comportamiento de vibración, no solo el título dB-A. Un ventilador económico es útil cuando preserva el punto de trabajo térmico, el comportamiento de retroalimentación, la vida útil y la aceptación acústica de la impresora.
Una matriz de aceptación repetible de tres bucles
El mejor informe de selección de ventilador hace que cada circuito responda a un requisito térmico y a un estado medible.
Para el bucle del hotend, registre la temperatura de la zona fría, la temperatura de entrada del disipador de calor, el comando del ventilador, el voltaje de arranque, la corriente, la retroalimentación y las observaciones de obstrucción o extrusión. Para el bucle de piezas, registre la condición del conducto, el material, la velocidad de impresión, el comportamiento de la temperatura de la capa, el resultado del puente o saliente, el comando y la salida acústica. Para el circuito electrónico, registre los puntos calientes del controlador y del controlador, la temperatura de entrada del ventilador, el estado del filtro, la presión, la corriente y la recuperación después de un paso de calentamiento o movimiento.
Utilice estados de limpieza y servicio donde exista un filtro o rejilla. Repita el reinicio en caliente después de una permanencia prolongada en la cámara calentada. Si el ventilador se detiene o se pierde FG/RD, documente la latencia de la alarma, el aumento térmico y la respuesta segura de la máquina. Un ventilador que pasa una prueba fría, limpia y sin movimiento aún no ha demostrado estar listo para la producción.
Separe los resultados medidos de las estimaciones de planificación. Un requisito calculado de 14 CFM, un presupuesto de presión ilustrativo de 160 Pa y un máximo de catálogo son entradas para el experimento, no un sustituto de la validación real de la impresora.
Donde encaja MEGA Tech
Ayudamos a los equipos de impresoras 3D a desarrollar el ventilador alrededor del hotend, el conducto, la cámara y la envoltura electrónica reales.
MEGA Tech puede revisar ventiladores axiales personalizados, ventiladores centrífugos compactos y módulos de ventilador para disipadores de calor hotend, conductos de refrigeración parcial, escape de cámara calentada, filtración y compartimentos electrónicos. La revisión puede incluir marco y espesor, comportamiento de presión-flujo, dirección del flujo de aire, PWM o control de voltaje, retroalimentación FG/RD, salida de conector y cable, selección de rodamientos, rango de temperatura, vibración, ruido y muestreo de lotes pequeños.
Para una primera revisión, proporcione la muestra de la impresora o el dibujo de la sección, las temperaturas del hotend y de la cámara, los perfiles del material, el flujo de impresión, la carga de calor de la electrónica, la envolvente del ventilador, el conducto y la rejilla, el estado del filtro, el voltaje y la interfaz de control, el punto de ruido, el intervalo de servicio y la cantidad esperada. Una impresión fallida, una imagen térmica o un registro de impresión largo son evidencia útil para separar la fluencia de calor de los problemas electrónicos y de enfriamiento parcial.
También podemos evaluar reemplazos rentables para ventiladores Sanyo Denki, SUNON, Delta, NMB o ebm-papst cuando el reemplazo se compara con la misma presión instalada, interfaz de control y estado térmico. Las primeras construcciones pequeñas son aceptables cuando el diseño necesita varias revisiones de parámetros antes de la producción.
Preguntas frecuentes de los ingenieros: selección del ventilador de refrigeración de la impresora 3D
Estas preguntas evitan que la refrigeración del hotend, las piezas y la electrónica se mezclen en un requisito engañoso de CFM.
P: ¿El ventilador del hotend también puede enfriar la pieza impresa? R: No se debe dar por sentado. La zona fría del hotend, la superficie de la pieza y el compartimento electrónico tienen diferentes requisitos de temperatura y flujo de aire.
P: ¿Por qué una impresora puede obstruirse incluso cuando el ventilador del hotend está girando? R: El aire de entrada caliente, la falta de espacio libre en el disipador de calor, la baja presión en el conducto instalado, la contaminación o el flujo de aire inadecuado de la zona fría pueden reducir el margen térmico mientras el rotor aún gira.
P: ¿Siempre es mejor un fanático de la parte más fuerte? R: No. El enfriamiento desigual o excesivo puede cambiar la adhesión de la capa, la deformación y el comportamiento del material. Valide la distribución de los conductos con el material y la velocidad de impresión que importan.
P: ¿El enfriamiento de la electrónica debe extraer aire de la cámara calentada? R: Sólo después de demostrar la ruta térmica. Una ruta filtrada separada a menudo proporciona un margen de temperatura de los componentes electrónicos más claro.
P: ¿Qué se debe registrar para un ventilador de reemplazo? R: Flujo de aire instalado o proxy, presión, voltaje, corriente, comando, retroalimentación, temperatura de entrada, puntos calientes, ruido y comportamiento de reinicio en caliente.
P: ¿Puede MEGA Tech admitir pequeñas cantidades de muestra? R: Sí. Podemos comenzar a partir de una muestra de impresora, ajustar los parámetros del ventilador y la interfaz, crear muestras y respaldar la validación antes de que se fijen las cantidades de producción.
Lista de verificación de revisión del ventilador de la impresora 3D de alta temperatura
Utilice esta lista de verificación antes de cambiar una estrategia de enfriamiento de ventilador, conducto o compartimiento de componentes electrónicos.
- ¿Qué circuito de refrigeración está fallando: hotend, pieza o electrónica?
- ¿Qué temperaturas de la cámara, la entrada y el disipador de calor definen el peor estado?
- ¿Qué flujo de aire se requiere con la presión instalada y la condición del conducto?
- ¿El ventilador arranca al voltaje mínimo declarado y a la temperatura cálida?
- ¿Se registraron juntos PWM, FG/RD, la corriente y la temperatura?
- ¿La distribución del conducto de enfriamiento parcial es simétrica a la velocidad de impresión real?
- ¿El enfriamiento de la electrónica utiliza una fuente de aire protegida separada de la cámara calentada?
- ¿Se probaron los estados de filtro limpio, filtro cargado, reinicio en caliente y impresión larga?
- ¿Dónde se mide el ruido? ¿El panel o conducto instalado crea un tono?
- ¿Qué valores miden, estiman o son propiedad de los equipos de materiales y seguridad de la impresora?
