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O extrusor empurra o filamento em direção ao hotend, criando pressão em seu interior. Ao atingir o bico, o filamento derrete e sai devido à pressão gerada pelo extrusor. Para que o filamento seja extrudado corretamente, é essencial que ele derreta apenas na área do bico e permaneça frio ao longo do percurso anterior.
Por isso, todos os hotends são divididos termicamente em duas zonas:
Manter a zona quente acima da temperatura de fusão do material é simples, pois depende apenas do calor aplicado pela resistência de aquecimento. No entanto, manter a zona fria abaixo da Tg pode ser desafiador. O elemento fundamental para isso é o quebra-térmico ou canhão, o único elemento que faz parte tanto da zona quente quanto da fria.
O quebra-térmico serve como uma barreira térmica, separando fisicamente a zona quente da zona fria. Existem fundamentalmente dois tipos:
Para que o quebra-térmico tenha um comportamento térmico adequado, ele deve estar sempre em contato com um sistema de dissipação de temperatura, geralmente composto por um dissipador de calor com aletas e um ventilador. Nesse caso, é essencial maximizar a transferência de calor do quebra-térmico para o dissipador de calor, portanto, deve-se aplicar pasta térmica em sua junção e garantir o máximo contato possível. Da mesma forma, a transferência de calor entre o bloco de aquecimento e o quebra-térmico deve ser minimizada, portanto, nunca deve-se aplicar pasta térmica em sua junção.
Há um caso particular onde o controle térmico do hotend se torna complicado. São as impressoras com câmara fechada ou aquecida. Através de sistemas típicos de dissipação de calor baseados em dissipadores de calor e ventiladores, a menor temperatura que pode ser alcançada é a temperatura ambiente.
Ao usar impressoras fechadas, especialmente aquelas com câmara aquecida, a temperatura ambiente dentro é próxima à Tg do material, então a zona fria do hotend geralmente estará acima disso. Para resolver esse problema, é comum que impressoras com câmara aquecida tenham sistemas de dissipação de calor usando refrigeração líquida, capazes de extrair o calor do hotend para fora da impressora. Os sistemas de refrigeração líquida adicionam certa complexidade à manutenção, exigindo verificações frequentes da bomba, tubulações e níveis de refrigerante.
No caso de impressoras fechadas sem câmara aquecida, as temperaturas alcançadas geralmente não são excessivamente altas para a maioria dos materiais, com o PLA sendo o único problemático. Para imprimir PLA em impressoras fechadas com hotends sem refrigeração líquida, é importante manter a impressora aberta durante a impressão.Problemas causados pelo mau desempenho térmico do hotend
O principal problema resultante de um desempenho térmico inadequado são os entupimentos causados pelo amolecimento do filamento na zona fria. É por isso que as falhas ocorrem principalmente com filamentos com baixa Tg, como o PLA. Esse problema é conhecido como calor ascendente e é um dos mais comuns na impressão com PLA.
Quando são observados entupimentos e problemas de extrusão com PLA, que desaparecem ao usar outros materiais como PETg ou ABS, geralmente é um sintoma de um problema na dissipação de calor. Geralmente, isso é resolvido reaplicando pasta térmica na junção entre o quebra-térmico e o dissipador de calor.
Uma das principais limitações a serem consideradas de um hotend é sua capacidade de derreter um determinado volume de plástico por unidade de tempo. Isso é conhecido como fluxo volumétrico máximo e limita principalmente a velocidade máxima de impressão. O fluxo volumétrico é obtido pelo produto da altura da camada pela largura de extrusão e pela velocidade. Por isso, a velocidade máxima em que um hotend específico pode imprimir é menor quanto maior for a altura da camada configurada ou quando maior for o diâmetro do bico usado. Alguns fabricantes, especialmente os de hotends de alta qualidade, fornecem o fluxo volumétrico máximo entre as especificações.
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