3D打印机中温湿度监测及控制
文章插图
一、3D打印技术概述
1.1起源
快速成形技术(又称自由成形技术)出现于20世 纪90年代 。不同于传统的加工技术,该技术无需机 床和模具,是以CAD技术、数控技术和材料技术等 为核心的新型制造技术 。快速成形技术的问世,既降 低了成本,又节约了人力,是制造业一项具有划时代 意义的创新 。经过多年试验,快速成形技术关键设备一一快速 成形机也已问世,在设计新产品、测试验证方面得到 了很好的应用,但在使用过程中也暴露出一些弊端 。
例如,受限于机构特点,快速成形机制作的工件多数 为样品,不能实现具体的功能 。另外,主要配件如激和震荡镜成本太高,难以广泛应用 。3D打印技术就是在这种背景下问世的 。
1.2应用
3D打印技术的应用范围非常广泛 。在房地产业,该技术可以打印内部结构非常精细的沙盘模型 。珠宝公司设计的概念性或者私人定制的首饰可以通过3D打印技术来实现,为个性化路线提供了技术支持 。服装设计中,可以通过3D打印机直接打印设计的服装,使服装更具立体感和整体效果 。3D打印技术在医疗领域的应用可以为医疗事业发展做出巨大贡献,如打印人造器官,解决目前器官短缺的问题 。在教育教学中,采用3D打印技术可以把设计及构思形象化地打印出来,更好地进行研究改进 。在影视业中,该技术打印设计的卡通造型及大型模型效果极佳 。另外,3D打印技术在食品业中也有应用 。
二、3D打印机的温度控制
2.1热传递
3D打印机的打印头在工作中存在热传导和热对流两种热传递方式 。在打印过程中,固体打印材料在打印头被加热腔加热成液体,并保持熔融状态,具有良好的粘流动性、适合的丝宽及良好的粘接性能,从而保证试件质量,这就是热传导过程 。为了使打印过 程顺利完成,试件符合标准,避免加热腔温度过低或过高,需要保持恒温,而当温度过高时需开通冷气来降低温度,这就是热对流过程 。
【3D打印机中温湿度监测及控制】2.2温度传感器
温度传感器是一种将外界感知的温度信号转换 成电路中有用的电信号的装置 。温度传感器包括金 属热电阻、热电偶、新型集成温度传感器等 。工业温控系统中常用的是金属热电阻或热电偶,而新型集成温度传感器件多应用于小型的测温电路中 。
3D打印机选取何种温度传感器与打印的材料有关 。目前,3D打印中常采用的材料有PVC、PBS、 ABS等,这些高分子材料融化后的温度为100~280 C 。从测温范围角度考虑,铜电阻不满足,而热 电偶测温范围大,但考虑到低温测量时,其测量精度又不够 。因此,选用铂电阻作为3D打印机打印头的温度控制传感器 。
2.3闭环温度控制系统
3D打印机中的温度控制系统至关重要,其不仅能监测打印机的正常工作,更直接关系到打印结果和质量 。打印材料在加热腔内被加热到熔融状态,在打 印开始时从打印头挤出 。由于不同材料的熔点不同，因此要设定不同的温度 。另外,在打印过程中要使打 印材料始终处在熔融状态,否则会影响打印效果 。假如温度偏高,喷嘴出口会变得粘稠,影响试件效果，甚至导致试件变形;而温度偏低,则会加快材料凝固,不能和其他材料完好粘结,甚至造成材料无法喷出,打印不能顺利完成 。
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