В новом патенте Даляньского технологического университета предлагается нагревать армированную волокном термопластичную нить изнутри, а не с помощью обычного нагревательного элемента.
В большинстве систем FFF полимер нагревается снаружи внутрь. Металлический блок, сопло или нагревательный картридж нагревают нить до тех пор, пока материал не начнет растекаться. Это отлично работает для обычных термопластов, но армированные волокнами материалы усложняют тепловой процесс. Волокна могут изменять вязкость, снижать равномерность расплава, вызывать эрозию крепежных элементов и создавать неравномерную передачу тепла по поперечному сечению нити.
Подход Даляньского технологического университета, запатентованный под номером CN121871128A, пытается обратить вспять уравнение нагрева. Вместо того чтобы полностью полагаться на горячий конец, предлагаемый метод использует проводимость самого армирующего волокна. Электрический ток проходит через проводящую армирующую фазу, создавая джоулево тепло внутри самого композитного волокна!
Затем тепло передается через нить, расплавляя окружающий термопластичный материал непосредственно перед нанесением покрытия.
Отопление изнутри
Нить накаливания подключается к электродам, цепь проверяется, и если система работает нормально, выбирается режим регулировки. Затем устройство вычисляет начальные значения тока, напряжения и расстояния между электродами, контролирует температуру и регулирует электрический входной сигнал, чтобы поддерживать температуру нити накаливания в заданном диапазоне.
Это интересно, потому что — что удивительно — в этом случае нить накаливания рассматривается одновременно и как материал, и как нагревательный элемент.
Этот метод может уменьшить потери тепла, сократить время отклика нагрева и обеспечить более точный температурный контроль в зоне расплава. В патенте конкретно указаны такие преимущества, как снижение потребности в энергии для нагрева, высокая эффективность, быстрое реагирование и возможность использования в экстремальных условиях, таких как вакуум.
Вакуум – важная подсказка. Традиционные предположения о теплопередаче, основанные на конвекции, не подходят для космического пространства или других сред с низким давлением, поскольку там нет воздуха, который бы переносил или изолировал тепло. Между тем, внутренний резистивный нагрев, как описано в патенте, может быть эффективен в вакууме, поскольку тепло исходит изнутри проводящего материала.
Вполне возможно, что эта концепция частично ориентирована на аэрокосмическую отрасль, орбитальное производство или удаленные среды, где традиционные конструкции нагревательных элементов создают проблемы. Это лишь предположение, но в аннотации к патенту прямо упоминается совместимость с вакуумом.
Также существуют потенциальные преимущества для крупноформатного аддитивного производства или роботизированного нанесения композитных материалов. Если материал можно быстро и локально нагревать, управляя электрическим током, печатающая головка может стать легче или проще. Это может быть важно для портальных систем, роботизированных манипуляторов или мобильных производственных конфигураций, где масса сопла и тепловая инерция влияют на скорость и точность.
Очевидным ограничением является совместимость материалов. Метод требует наличия проводящего армирующего волокна, поэтому он, по-видимому, лучше всего подходит для углеродного волокна или другого электропроводящего армирующего материала. Термопласты, армированные стекловолокном, будут вести себя иначе, если не будет присутствовать другая проводящая добавка.
Контроль температуры — непростая задача. Машина должна поддерживать хороший электрический контакт с движущейся нитью, контролировать ток и напряжение, точно измерять температуру и избегать перегрева отдельных участков. Расстояние между электродами звучит просто в аннотации к патенту, но в реальном принтере оно может повлиять на надежность подачи, износ, искрение, повреждение нити и повторяемость результатов.
Для Даляньского технологического университета это скорее идея для патента, чем анонс продукта. Пока что не производится ни одного работающего на этой технологии устройства, но она кажется достаточно интересной, чтобы кто-то, несомненно, попытался её коммерциализировать.
Эта идея чем-то похожа на концепцию филамента FlashFuse от Essentium, разработанную в 2017 году. В той концепции филамент покрывали проводящим материалом, а затем нагревали аналогичным образом. Здесь же мы нагреваем волокна, уже находящиеся внутри филамента, обеспечивая тем самым механическую прочность.
Если внутренний резистивный нагрев позволит снизить энергопотребление, улучшить время отклика и упростить тепловую конструкцию, он может стать полезным инструментом для специализированных принтеров, работающих с композитными материалами.
Можно ли создать 3D-принтер FFF без нагревательного элемента? Похоже, теперь это возможно.
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.