【技術(shù)貼】E3D擠出頭ANSYS溫度場(chǎng)分析

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E3D噴頭作為FDM打印機(jī)系列中比較流行的擠出頭，在桌面級(jí)打印機(jī)和DIY人群中被廣泛采用，作為一款開源的擠出機(jī)噴頭，由于其設(shè)計(jì)圖紙開源，優(yōu)良的散熱性能，簡潔的加工方式使其廣泛傳播。

從開始的E3D到最新的E3D v6，主要變化是在噴頭的擠出頭設(shè)計(jì)上做出不斷的革新，最大利用擠出絲的特性，在對(duì)溫度控制的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大擠出頭內(nèi)部空間，使其在出絲量上得到極大提高，保證了打印件性能的基礎(chǔ)上，最大限度的提高了速度。

E3D v6設(shè)計(jì)圖

許多人會(huì)問，擠出頭前部通過熱阻對(duì)加熱塊進(jìn)行充分散熱，而為什么尾部又要對(duì)它進(jìn)行散熱呢？

小編在自己做了兩臺(tái)reprap類型的打印機(jī)后，發(fā)現(xiàn)在對(duì)打印過程中對(duì)于擠出頭的溫度的控制是極其重要的，溫度的過高和過低會(huì)造成各種問題，所以一個(gè)合適的溫度，對(duì)于出絲順暢，吐絲均勻極其重要。

最新版 E3D截面圖：

圖紙來源網(wǎng)絡(luò)圖紙來源網(wǎng)絡(luò)

頭部的加熱塊溫度過高，會(huì)導(dǎo)致過量的溫度傳遞到尾部，從而使尾部送料腔中的材料軟化，這樣就會(huì)導(dǎo)致擠出機(jī)送來的擠出絲在尾部堵塞，也就是打印機(jī)最常見的堵頭問題。

正是基于此，E3D通過喉管實(shí)現(xiàn)加熱塊和尾部肋片的連接，減少了熱量向尾部傳熱，同時(shí)喉管內(nèi)置耐高溫的四氟管，即：PTFE管，使出絲順暢。極大減弱了堵頭的風(fēng)險(xiǎn)。保障出絲通暢，同時(shí)增加了外部散熱風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)熱量快速從尾部排除。

那么尾部的散熱到底有多重要呢？這是用ANSYS做的溫度場(chǎng)分析：

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在用ANSYS對(duì)擠出頭分析時(shí)對(duì)擠出頭進(jìn)行了簡化，同時(shí)參數(shù)設(shè)置如下：

鋁：密度2719kg/m3 ，熱容871J/(kg.k)，導(dǎo)熱系數(shù)202.4W/(m.k)

銅：密度8930kg/m3，熱容386J/(kg.k)，導(dǎo)熱系數(shù)400w/(m.k)

鐵：密度7870kg/m3，熱容455J/(kg.k)，導(dǎo)熱系數(shù)80w/(m.k)

擠出絲：密度1200kg/m3，熱容2000J/(kg.k)，導(dǎo)熱系數(shù)0.025w/(m.k)

熱源熱流密度10000w/m2

外表面對(duì)流換熱系數(shù)：10w/(m2.k)，外部空氣溫度300K

模型初始溫度300K。

模型源文件：http://www.xiongwanyi.com/projects-3728.html

由此可見，擠出頭前部的加熱塊會(huì)把部分熱量傳遞到尾部，所以說，尾部散熱是很重要的，所以在E3D v6中直接將風(fēng)扇緊固在尾部的環(huán)形肋片，使熱量充分排出。

作者劉文強(qiáng)聯(lián)系方式：

郵箱：liuwenqiangsdu@163.com

自我介紹：

大二在讀本科生，就讀于山東大學(xué)，現(xiàn)在在哈爾濱工業(yè)大學(xué)做交換生。曾在3D打印吧發(fā)prusa i3制作教程貼http://tieba.baidu.com/p/3356312382，現(xiàn)如今正在準(zhǔn)備發(fā)起2020型材prusa i3的眾籌項(xiàng)目。

2020型材prusa i3圖紙：http://www.xiongwanyi.com/projects-3729.html