Специализированная сушилка филамента (дегидратор). Первые результаты экспериментальной установки.

Приобретя весной пластик-композит для 3D печати на основе PA6/PA12, озадачился выбором сушилки. Также появилось желание просушить и все свои стандартные филаменты: PETG, PLA и ABS, в статьях с тодея вычитал, что сопливит меньше и качество печати лучше.

В документации сушилки FD1 (о ней будет ниже), нашел интересную иллюстрацию дефектов печати не просушенного филамента.

Почитав статьи о том, как рядовые печатники сушат пластики и что используют для этого, понял, надо почитать специализированную литературу, так как не совсем все однозначно с вопросом - что купить?

Коротко, из самого интересного для двух групп полимеров и методов их сушки:

Негигроскопичные полимеры (например, полиэтилен, полипропилен, полистирол, ПВХ)

• Не имеют склонности к накапливанию влаги
• Любая собранная влага адсорбируется на поверхности гранул.
• Типичное накопление влаги происходит из-за конденсации
• Влага легко удаляется путем пропускания над материалом достаточного потока теплого воздуха.

Гигроскопичные полимеры (например, нейлон, АБС, акрил, полиуретан, поликарбонат, ПЭТ, ПБТ и т. д.)

• Обладают сильной склонностью к притягиванию влаги
• Поглощают влагу своей молекулярной структурой при воздействии окружающего воздуха
• Внутренняя влага не может быть удалена только горячим воздухом

Из рекомендаций по сушке к последней группе пластиков.

«Когда среда с горячим сухим воздухом окружает влажную гигроскопичную гранулу, давление пара вокруг гранулы ниже, чем давление пара внутри гранулы. Следовательно, влага внутри полимера начинает мигрировать в сторону области низкого давления пара снаружи гранулы. Поместите полимер в горячую, сухую атмосферу в течение достаточного периода времени, и гранула в конечном итоге достигнет равновесия влажности с окружающими сухими условиями. Другими словами, гранула становится сухой.»

Из всего изученного, вопрос с покупкой конвекционной сушки отпал, так как гарантированно влагу с любого пластика она не выведет, а сама концепция конвекционной сушки мне не понравилась, постоянные потери тепла и параллельный, небольшой обогрев помещения при ее работе.

Так как конвекционные модели уже не рассматривалась мной в приобретении и есть уже понимания того, что мне необходимо, начал искать уже целенаправленно из спец решений.

И такое решение нашлось, единственное в своем роде (поправьте в комментариях если это не так): сушилка FD1 от латвийской фирмы Mass Portal с розничной ценой 1500$ под одну катушку (ссылка), из описания следует что это разновидность конвекционной сушки с осушением поступающего воздуха, но с частичной рекуперацией выбрасываемого тепла из камеры – уже что-то интересное, но не совсем то, что хотелось бы. В инструкции не указано до какой степени осушает поступающий воздух, поэтому не понятно ее эффективность и слишком дорого (такая цена скорее всего из-за специализированного покупного диска абсорбции).

Хорошенько все обдумав, было решено сделать все самому, интересная задача.

Взяв за основу догму – что высушивать пластик нужно горячим и сухим воздухом, взялся за реализацию специализированного решения. Цель была проста, греть и обдувать нужно в герметичном и утепленном корпусе, а влагу, выделяемую пластиком как-то выводить отдельно во внешнюю среду. Реализовав такое, получаем почти идеальные условия для гарантированно качественной и быстрой сушки любого пластика, а также значительную экономию электроэнергии для поддержания температурных условий сушки внутри утепленного корпуса.

При кажущийся первоначальной простоте, устройство в итоге получилось сложное…

Приблизительное описание - воспроизвел в миниатюре промышленный вариант осушителя пластиковых гранул. Первые тесты показали всю работоспособность решения, снизить влагу из герметичного контейнера удалось до уровня 5% с изначальных 27% при температуре в 45 градусов, после небольшой переделки сушки, я думаю возможно будет получить значения минимальной влажности в 1-3%.

Тестовая установка собрана из обычного контейнера с приклеенным уплотнителем, нагревателем и вентилятором циркуляции воздуха внутри камеры, сбоку установлено активное, не обслуживаемое устройство вывода влаги.

Замер минимально достигнутой влажности воздуха в контейнере.

Следующим шагом, попробовал посушить кусочек соленого огурца. В данном эксперименте действие установки видна и без измерений. Хотя изначально, при прогреве камеры до 45 градусов, влажность подскочила до 60% и продолжала расти, но включив установку в итоге влажность в контейнере упала до 5%.

Из первых, многочисленных опытов, работа установки подтвердилась и дальше я экспериментировать не стал. Так как весь процесс работы сушки осуществлялся в полу ручном режиме, было решено сначала сделать специализированный контроллер и далее уже продолжать полноценные тесты и замеры всех характеристик.

Функции контроллера - измерять влажность в камере и другие физические параметры, управлять всей установкой, а также нагревом в камере и вентиляторами циркуляции.

Разработать контроллер планирую в двух вариантах:

1 вариант.

Без дисплея и каких-либо органов управления. Этот вариант будет предназначен для работы совместно с моей платой для 3D принтера, связь между ними будет по Modbus протоколу. Такая реализация, позволит выпускать 3D принтеры с интегрированными сушилками, а все управление сушилкой будет с основного дисплея принтера, в меню будет реализован соответствующий раздел. Также, в прошивку платы принтера будут внедрены алгоритмы взаимодействия с сушилкой - во время печати переходить в энергосберегающий режим сушки, по окончанию печати прекращать сушку и т.д.

2 вариант.

Для сборки отдельных сушилок пластика, с собственным цветным LCD тач дисплеем и, наверное, с дистанционными входами управления, для включения и выключения и перевода сушилки в энергосберегающий режим при начале печати. Дистанционные входа, это возможность управлять сушилкой от любой другой платы 3D принтера, посредством вставки в начальный и конечный G код команд управления пинами платы принтера. В этом варианте, возможно выпускать и кит модуль, для превращения любого утепленного корпуса в специализированную сушилку.

По алгоритмам работы сушилки.

Из краткого ознакомления по методам сушки, выяснилось, что пересушивать тоже плохо, поэтому будет реализованы два режима работы: сушка сухим воздухом и поддержание определенной влажности. Комбинируя эти два режима в автоматическом режиме, получаем оптимальный по времени способ подготовки к печати пластика - первоначально быстро выводить влагу из внутренней структуры пластика, а уже в дальнейшем поддерживать нужную установленную влажность. Также будет реализованы три и более вариантов энергосбережения, в самом крайнем, сушка предположительно, будет потреблять 5-10Вт/час (замерю поточнее в следующих экскрементах).

Из интересного, вычитанного со спец литературы: при колебаниях температуры во время сушки, молекулы влаги быстрее выходят из материала. Такое утверждение еще нужно проверить и если это действительно так, то ввести и новый режим работы.

По характеристикам сушилки.

При изучении принципов промышленного осушения воздуха, выяснилось, что в основном, характеристика их степени осушения указывается в виде достигаемой точки росы.

По характеристикам, основательно разбираться пока не стал, так, как например самые распространенные значения точки росы при проектировании систем производства сжатого воздуха: +3°, -20°, -40° и -70°С. Для моей установки, значение точки росы получилось -10°С.

Достигнуть промышленных параметров осушения цели не было, но в принципе получилось что-то около этого, но над улучшением характеристик еще поработаю в следующей версии.

Поэтому, для себя вопрос - достаточно ли такого процента осушения воздуха в камере для работы установки? – пока отложил.

А то, что получилось, я так думаю, это нечто среднее между конвекционными и специализированными промышленными сушилками. Для бытового использования, вариант с промышленной сушилкой отпадает, поэтому в моей конструкции явные плюсы над конвекционными моделями в энергопотребление, скорости и качеству сушки.

Итого: Собираю следующую установку, а также контроллер для автоматизации процесса сушки филаментов. Первые эксперименты показали, что все это работоспособно, поэтому продолжение следует.

PS/ В баннере к статье, иллюстрация петлевой сушилки для пастообразных или листовых материалов, отношение к статье такая конструкция не имеет. Как итог, сушилка будет похожа на латвийскую FD1