Содержание
Что такое нагревательный блок
Нагревательный блок, он же термоблок - горячее сердце нашего принтера. Как правило, представляет из себя механически обработанную монолитную металлическую деталь, на которой объединяются нагреватель, термодатчик и сопло, которые общими усилиями превращают твердый пластик в пластичную жидкость с заданной температурой. Сверху нагревательный блок прикрепляется к термобарьеру, соединенным далее с радиатором, за которым пластик существует в виде холодного прутка-заготовки. На термоблок приходится вся температурная и часть механической нагрузки печати. Для долгой и стабильной работы он должен быть прочным, точным и термостойким.
Таким образом, термоблок является достаточно важной и ответственной частью хотэнда, от которого немало зависит работоспособность и надежность 3D принтера в целом.
Вариантов исполнения у термоблока, ввиду его относительной простоты, может быть не так уж много. Отличия бывают в размере, массе, расположении отверстий под элементы печатающей головки и материале, о котором мы поговорим подробнее. Подавляющее большинство готовых к работе принтеров продается с алюминиевым термоблоком, но многие печатники знают, что в природе существует, как минимум, еще один металл, из которого делают эту деталь - латунь. В чем разница? Какой лучше и чем? Нужно ли немедленно менять стандартный алюминиевый на латунный? Постараемся разобраться.
Важное замечание. На сегодняшний день, разнообразных конструкций FDM принтеров, а значит и хотэндов, существует великое множество. В рамках данной статьи мы поговорим о самой популярной и распространенной модели хотэнда - E3D - и его варианте CR10, применяемых не только в “народных”, но и во вполне профессиональных принтерах. Несмотря на это, факты и выводы о материале, приведенные и сделанные в статье, будут вполне применимы и к другим разновидностям термоблоков.
Сравниваем: преимущества и недостатки
Изучим оба блока на примере тех двух, что попали к нам живьем. Справа немного поработавший алюминиевый, со следами пластика, слева новый латунный.
Первое, что бросается в глаза до того, как мы взяли их в руки, это размер. Латунный заметно шире: 23 мм против 16 мм. В остальных измерениях габариты примерно одинаковы, разбег составляет не более 1 мм. Для 95% процентов принтеров размер не имеет значения, места хватит и тому, и другому, но на всякий случай, убедитесь, что именно в вашем его достаточно, бывает всякое. Один малозначительный балл в пользу алюминия - 0:1.
Второе: расположение отверстий. У алюминиевого нагреватель и термопара расположены максимально близко друг к другу, у латунного разнесены в разные углы, по разные стороны от отверстия сопла. На фото красным отмечены отверстия нагревателей, зеленым - датчиков температуры. Сопло и термобарьер вкручиваются в большое отверстие с резьбой с разных сторон.
Так как управляющей плате принтера требуется максимально точно знать температуру сопла, то (теоретически) латунный блок предоставит более объективные данные, так как она измеряется ближе к соплу, а не к нагревателю. Практически же разница едва ли составит пару градусов, причем у алюминиевого в большую сторону, а у латунного в меньшую. К тому же в продаже имеется несколько разновидностей термоблоков из обоих материалов с различным расположением отверстий. Однако (для перфекционистов) счет сравняем до 1:1.
Берем блоки в руки и сразу отмечаем, что латунный значительно тяжелее. Не доверяя чувствам, взвешиваем тот и другой.
По массе отличие вовсе не теоретическое, а самое настоящее: 26 г против 6 г. Латунный блок тяжелее алюминиевого почти в 4,5 раза!
Проблема оценивания в том, что большая масса может быть засчитана как в плюс, так и в минус, в зависимости желаний и требований к печати. Тяжелый блок вбирает в себя больше теплоты, а значит чуть дольше нагревается, но и дольше остывает. Температура в процессе работы держится стабильнее, что особенно заметно и важно при частых ретрактах. По результатам некоторых доморощенных исследователей перепад температуры на алюминиевых блоках при ретракте может достигать 3-5 градусов, что в некоторых случаях на предельных температурах и капризных пластиках может негативно сказываться на печати. На доли секунды будут образовываться микропробки, и, как следствие, артефакты на стыках и швах печатаемой модели.
За алюминий немного играет его высокая удельная теплоемкость - 900 Дж/(кг*град), против 380 у латуни (см. табл. 1), но учитывая разницу в массе, почти двукратный выигрыш в абсолютной теплоемкости все равно остается за латунным блоком, перепад температур у которого при ретрактах ограничится 1-2 градусами.
Минус тяжелого блока в его инертности. Для быстрой и сверхбыстрой печати важен каждый грамм печатной головки. Тяжелую головку труднее разогнать, труднее остановить, труднее поменять направление ее движения. Заносы и вертикальные волны на модели станут больше. Износ механизмов тоже повысится, быстрее будут увеличиваться люфты и зазоры. Впрочем, все это актуально лишь при скорости печати от 150-200 мм/с, бытовые и полупрофессиональные принтеры на большинстве пластиков редко достигают реальной скорости 100 мм/с, не говоря про первую космическую. Однако любителям 3D оверклокинга следует иметь этот факт в виду. По баллу за стабильность температуры одному и малую массу другому. Счет 2:2.
Теплопроводность - свойство материала проводить тепло. Чем она выше, тем быстрее устанавливается равномерная температура по всему физическому телу. Иными словами, тем оно быстрее нагреется и быстрее остынет при контакте с внешней средой. У алюминия этот показатель выше почти в 2,5 раза. Трудно однозначно сказать, хорошо это или плохо, скорее хорошо, тепло от нагревателя передается на сопло быстрее и равномернее со всех сторон. Стоит заметить, что вывод этот чисто теоретический, на практике вряд ли это будет оказывать хоть сколько-нибудь заметное влияние на печать. Счет тот же.
Температура плавления. У латуни она выше почти в два раза - 1100 С против 660 у алюминия. Не думаем, что нагревательный блок любительских и полупрофессиональных принтеров будет преодолевать температуру в 400-450 С, то есть плавиться даже алюминиевый блок вряд ли станет , но вот корежить его начнет уже после 300-350 С. Для печати тугоплавкими пластиками, начиная с 300 С, настойчиво рекомендуется устанавливать латунный термоблок. Пожалуй, это самый весомый плюс латуни, если, конечно, вы собираетесь работать с инженерными расходными материалами. Счет 3:2 в пользу латуни.
Кроме того, алюминий чуть больше расширяется при нагреве (см. табл. 1), а значит при высоких температурах на доли миллиметра увеличится зазор между соплом и нагревательным блоком, что может спровоцировать смещение сопла и подтекание пластика. Но этот факт тоже скорее теоретический.
Прочность. Еще один серьезный плюс латуни. Алюминий пластичный и хрупкий одновременно, а значит при чрезмерных нагрузках имеет больше шансов сломаться, чем бронза в тех же условиях. Каждый раз выкручивая, вкручивая и затягивая сопло, вы рискуете сорвать резьбу. Те же опасения касаются термобарьера, и даже крепежных винтов нагревателя и термопары. При хорошем ударе соплом по модели или другим неподвижным препятствиям также есть отличный от нуля шанс словить на блок трещину и не сразу ее заметить. За повышенную прочность добавим латуни еще один балл: 4:2.
Цена. Алюминиевые блоки, в среднем, в два раза дешевле латунных, то есть рублей на 150-300. А еще их проще найти в продаже. Не считаем это существенной разницей, учитывая многолетний срок службы, но, ради справедливости добавим балл алюминию: 4:3.
На этом, пожалуй, отличия заканчиваются.
Итак, резюмируем. Плюсы алюминиевого блока:
- легкость,
- малый размер,
- дешевизна,
- доступность.
Плюсы латунного блока:
- теплоемкость,
- жаростойкость,
- прочность.
Вывод
Какой нагревательный блок лучше именно для вашего принтера, однозначно сказать нельзя. Ответ зависит от параметров печати, ваших предпочтений и требований к материалам. В случае если важна скорость, а температура сопла не превышает 300 С, оставьте родной, алюминиевый. Если же планируете использовать дорогие и тугоплавкие пластики, без сомнений устанавливайте латунный. Любителям часто менять сопла, тоже посоветуем латунный, проживет дольше. Ну и если часто печатаете ажурные элементы с многочисленными ретрактами, температурная стабильность латунного термоблока тоже не помешает. В остальном различия между ними больше гипотетические, чем практические, маловероятно, что они отразятся на качестве реальной печати.
FAQ
Собираюсь печатать нейлоном, если ли смысл менять термоблок на латунный?
Особенность печати нейлоном в достаточно высокой температуре 250-270 С и низкой скорости, до 30 мм/сек. Латунный блок хорошо подходит под этот режим, но и алюминиевый вполне справится. Как показывает практика, сложности работы с нейлоном возникают совсем в другом месте.
Какие пластики однозначно требуют латунного нагревательного блока?
Достаточно дорогие и редкие, которые могут потребовать от принтера не только замены термоблока, но и много чего еще. Например: PC, PEI, PEEK, PPSF, PPSU и тому подобные.
Будет ли хуже латунный нагреватель для печати “обычными” пластиками типа PLA, ABS и PETG?
Ответ
Вопрос
Если скорости и ускорения установлены в разумных пределах, то хуже не будет. Впрочем, и лучше тоже особо не будет, разве что при частых и множественных ретрактах.
Приложение
Табл. 1. Физические свойства материалов
