為什麼擠出頭的喉管需要散熱?

大家裝機器的心情，都相當興奮，恨不得可以趕快開始列印。幾乎所有的同好，都會在還沒裝喉管散熱風扇之前，就急著開始列印。運氣好的可以印個小方盒什麼的沒問題，運氣不好的就是擠料完全擠不動，然後墮入清噴頭地獄。為什麼擠出機構會需要散熱呢?不是把塑料熔化後，軟軟得，就能擠出了嗎??很可惜，事與願違。擠出機構的喉管，一定要有良好的散熱，才能保證順利不斷得擠料。

RepRap SpoolHead 部落格上的這張圖片，可以很清楚得解釋為什麼喉管需要散熱。

擠出頭最前端有加熱管，會把塑料熔化成膠態。後頭的塑料繼續往前推擠，就可以讓膠態的塑料從噴孔擠出。這是運作原理。但是喉管中心通道鑽孔的孔徑，一定要大於塑料的直徑。甚至塑料本身直徑有誤差，有時候會稍微細一點。所以喉管通孔跟塑料之間，一定會有間隙。前端熔化的塑料，受到擠壓後，不只會從噴孔擠出，也會從後端的間隙倒流(Back flow)回去。一般不常看到能像圖中那樣誇張得從喉管後端溢出，但是如果倒流的距離稍長，會發生的就是塑料跟侯管之間的摩擦力變得很大，進退不得。

解決的辦法是讓侯管散熱。加熱頭以外的部分，盡量散熱。例如圖中 Heat sink (散熱片)的位置，盡量散熱，讓溫度低到能夠使倒流的塑料凝固，達到阻止倒流的目的。凝固的部分雖然也會增加摩擦力，但是範圍控制得夠小，摩擦力增加的幅度就會受到控制。

全金屬的E3D擠出頭，就在喉管段熱環以上，安排了散熱環的機構。照片中，最上面起算，依序是"散熱環"、喉管、加熱鋁塊、黃頭噴嘴。喉管中間還特別車薄，用意就是要減少熱量透過喉管繼續向上傳遞。最上面散熱環，做這麼大量的散熱面積，就是要降低溫度，減少倒流的問題。雖然散熱環很大，但是喉管跟散熱環之間的螺紋，接觸面積有限，導熱效果不夠好，使得喉管上半部溫度仍然無法有效降低。建議可以在喉管上半段塗抹散熱膏。(塗多一點，安裝好之後如果有溢出，擦掉就好。)再配合風扇吹散熱環，才能夠有效得降低喉管的溫度。筆者的E3D，散熱處理好之後，已經穩定得工作三、四個月都沒有卡住過了。


1.75mm塑料的 J-Head ，設計比較特別，喉管中心使用鐵氟龍管套住塑料，一路從尾端貫穿到擠出孔。鐵氟龍管本身散熱效果並不好，塑料會倒流的距離應該滿長的。照理說磨擦力應該會很大，但是鐵弗龍的特性就是很光滑，表面磨擦力很小，所以仍然能夠擠出塑料。但是良好的散熱，還是可以幫助 J-Head 擠料順暢些。如果都不為 J-Head 做散熱，雖仍然有機會能夠順利擠料，但是如果整隻黑色PEEK管溫度漸漸升高，是有可能會把 PLA 列印的J-Head 支架加熱到軟化變型。這樣 J-Head 就會歪斜、晃動，也不好。總之散熱風扇還是不能省的。


ATOM早期版本的 J-Head 散熱機構，使用一顆強力蝸牛風扇，搭配從上而下整個圍起來的罩子，讓 J-Head 黑色喉管能夠盡量散熱。風的出口朝下，又順便吹工件，真是一舉數得啊！


Simon 設計的風扇架，可以直接扣住J-Head，相當實用。J-Head吹風，才能保證長時間列印不出問題。





設計中的 CraneRAP，有專門為 J-Head 設計散熱風扇罩。結合了 J-Head夾具、風扇架，以及集中風力用的風扇罩。期望能夠讓 J-Head 長時間順利得擠料。

3D列印較大型的物件，動輒需要十幾個小時。如果擠出頭印了十個小時之後發生阻塞不通，那之前辛苦列印十小時的工件就要毀於一旦了！！(不是毀於"一夕之間"，是"一旦"。擠出頭都會挑太陽剛起來，但是你還沒睡醒的時候罷工!!)長時間列印最怕機器不穩定，尤其是快印完之前，會非常擔心機器的狀況。擠出頭喉管散熱是相當關鍵的一個環節，能夠減少列印失敗的機率。千萬要耐心得把喉管散熱風扇安裝好阿！！！！希望不要再有人來問我為什麼擠不出料、j-head怎麼會卡住了~~
update (2014/01/28)
同事的機器一直印不順，吐料不順。把貼在黑色PEEK上的耐熱膠帶去除之後，說就能夠順利列印了。早就說要拆掉，一直不信邪，今天終於乖乖拆掉耐熱膠帶，然後就能順利印。