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続・3Dプリンタの続きの続きの続き~
3Dプリンターのキット組立ての、

ウダウダ話にお付き合い頂き、ありがとうございます。

この装置は、世界中で、キット化されて、

現在、沢山の方々が、上手く動き出すまで、

試行錯誤しながら製作しています。

これらの記事が、

不安の中、製作している他の方々の参考になる記録に成ればと思います。


さて3Dプリンター、上手く動き出すと、とても面白い物です。

STLデーターは、
http://www.thingiverse.com/

と言うサイトで、無料公開されている物も有り、

自分で、データーを作れなくてもプリントは出来るのです。

スターウォーズの賢人「ヨーダさん」を発見~

公開中の元データーは寝ていましたが、起してプリントする事にしました。


「Kisslicer」と言うソフトで、Gコードにして、
3Dプリンター"

ABS樹脂で、プリントして見ました~
3Dプリンター"

オーバーラップ部分の、

造型を保持する為に、サポートと言う物も一緒に、盛り付けて行きます。


少し硬い時も有りますが、

ほとんどは、手で引っ張るだけで取れます~
3Dプリンター"

3Dプリンター"

造形ピッチは、0.2㎜と荒い目ですが、なかなか綺麗に仕上がりました。

向き不向きは有ると思いますが、

曲線やドーム形状の物は、とても美しい綺麗な仕上がりです。


今、苦労されて、自作してされている皆さん、派頑張ってください~

いつかゴールは来ますよ~ (本当、何とか1台目は、ゴール出来ました。)


続く~


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続・3Dプリンタの続きの続き~
本体は、前回記事の時点で、タイミングプーリーの部品待ちである以外、

殆ど組み立ては完了し居り、出張工事も有った為、

急いで、どうこうとも無いし、のんびりしておりましたが、

部品が来ると、矢張り早く動きが見たくなる物です。


残りパーツを組み込み、本体を完成させ、造形するには、

色々なソフトをダウンロードしなければできません。


「Arduino」、「Marlin」、「Kisslicer」、「Pronterface」

これら4つのソフトをダウンロードして行きます。


「Arduino」というソフトは、3Dプリンターの内部制御プログラム(ファームウェア)

という物のパラメーターを、書き換えたり、

またそれを制御用CPUボードに書き込んだりする為の物。


「Marlin」は、外国のErikZalmさんという方が、

製作したそのファームウェア。


「Kisslicer」は、STLと言う3Dデーターから、

機械の動きを制御するGコードを生成する為のプログラム。



「Pronterface」は「Kisslicer」で生成したGコードで、

3Dプリンターを動かすソフトと言う役割です。

これらが全て無料と言うのが、RepRapプロジェクトの素晴しい所でしょう。


まず、3Dプリンターを動かす為の、

ファームウェアを、制御用CPUボードに、流し込みます。

「Arduino 1.0.3」を起動し、「Marlin」の、Marlin.inoファイルを開き、

パラメーターを変更しました。

そして、シリアルポートの設定も完了~

後は、制御用CPUボードのタイプを指定して、

プログラムを流し込めば、3Dプリンターは動く筈です。

オンラインマニュアルに書いた有った、

Arduino Mega 2560と良く似た、

Arduino Mega 2560 or mege AdK

を選択し、書き込みしました。
3Dプリンター"

しかし、何度トライしても「コンパイル出来ません」と言うような、

表示があらわれて、プリンターは全く動きません。


この様な時には、ネット検索を活用し、またまた情報収集~


すると「ITショップ えとせとら」さんの所に
http://itcorp24.cart.fc2.com/ca8/29/p0-r-s/


と言う見慣れたCPUボードを発見~


なんとなんと、こちらには↓、サポートページもあり、
http://itcorp24.blogspot.jp/2013/05/momoinololu.html


大助かりでした~


結局、自分の制御用CPUボードのタイプは、

Arduino Mega 2560では無く、

Sanguino W/ ATmega1284p 16mhzと言うタイプで、

残念ながら、そのままでは制御用CPUボードの指定が出来ません。

「えとせとら」さんのサポートページの通り進めてみました。

Arduinoは、「Arduino 1.0.3」では無く、「Arduino 1.0.4」と書かれていたので、

バージョン1.0.4もインストールし、Marlinプログラムのsanguino以下をコピーし

Arduinoを実行すると
3Dプリンター"

今度は、Sanguino W/ ATmega1284p 16mhzが出現、

これを指定し、無事ファームウェアを流し込む事ができました。

えとせとらさんのサポートページが無ければ、未だに動いていないかも知れませんね~


次に「Pronterface」を起動させ、各軸の移動方向を確認し、

違う所は、もう一度Arduinoで書き換えて流し込むという事で、完成~


・・・・・と言う流れのはずでしたが、そこは手作りキット、

完全に動くまでもう少し掛りました。

続く~


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続・3Dプリンタの続き~
外伝~ネタも並行してテスト中ですが、

中断していた、Xキャリッジ、エキストルゥーダについてまとめて見ます。

と言いましても、Xキャリッジは、前回までに組み立てた、

X軸の稼動部分と周辺材料の事で、すでに一応取り付いています。


したがって、前回組み立てたホットエンドを、この様に↓、取り付けて完了です。
3Dプリンター"
↑上から見た所です。

3Dプリンター"
↑やや横から見た所です~

この様に、ホットエンドのブラケットに、ネジ2本で締付けて完了。


そして、ついにエキストルゥーダの組み立てに掛ます。

この部分は、ホットエンドと同様、CNCには無い装置で、

ノズルから樹脂を押出したり、止めたりする事を制御する所です。

3Dプリンター各自、各社、色々な特色が有り、

おのおの、試して行くのも、趣き深いかなと考えています。


3Dプリンター自作を志した頃、情報収集している時、

エキストルゥーダの不調により、プリントを中断すると言った内容の記事を、

何度か見かけていたので、気合を入れて組み立てて見ました。


組み立て前に、マニュアル通り部品を拾い、またまた並べて見ます。
3Dプリンター

今回組み立てるのは、DD(ダイレクトドライブ)方式で、


予習していた物に比べると、とてもシンプルな構成です。
3Dプリンター


このL字形の金具に付いたベアリングと、
3Dプリンター

このステッピングモーター軸に取り付けたホイルで、

ピンチローラーを構成し、フィラメントを挟んで押出すだけです。


結構強いバネで押しています。
3Dプリンター

自分携っている、IH鍛造炉や、

フォーマーの材料供給用ピンチローラーの大きさと換算するとこんな物なのでしょうね~


指で握ると結構な反発です。
3Dプリンター

↑この状態で、


↓ステッピングモーターの軸に、ホイルを差込ます。
3Dプリンター

オンラインマニュアルによれば、

このホイルの芯出しは、フィラメントを実際に通して行う相ですが、

残念ながら、手持ちが有りません。

仕方が無いので、少し細いですが、


自動溶接機のワイヤー1.6Фを使い、この様に芯出しをしました。
3Dプリンター


この様に、隙間から6角レンチを差込、
3Dプリンター

ステッピングモーター軸のDカット部分に、

ホイルのホロセットネジを締め上げ固定、そして残りのネジも締めて固定完了~

ギリギリの所で固定出来る、見事な、そして繊細な作りです。


本体のZ軸ガイドのネジを1つ外して取り付けます。
3Dプリンター

ワンタッチジョイントにホースを差込、


エキストルゥーダの組み立てと取り付けが完了です。
3Dプリンター

これで、本体はほとんど完成です。


この時点では未だ、Genkeiさんから、

X軸、Y軸用の正式なタイミングプーリが、届いて居らず、続きは、

お盆の長期出張工事も控えて居り、3Dプリンター所では無くなり、

ゆっくり ゆっくりと言った所でした。

そして、一部出張工事も終了し、一旦帰宅していた8月18日に、

この待望の部品が届き、試運転の目処が、建ちそうに成りました。

続く~


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3Dプリンター外伝の続き~
最初は、記事1つ割り込みの予定でしたが、

mixiでのセラミックペーペーを無料配布した、

モニターの皆さんが、手古摺って居るようですので、

解説を少々入れて置きます。

(今日は説明ばかりで、画像が無い為面白くないかも~)

自分は、熱の事、断熱や保温は専門なので、

何でも無く行っている事でも、一般の方々には、

「訳判らんわー」と思われて居る事も有るのではと考えて、

atom 3Dプリンターのヒーテッド・ベッドに当てはめて、

補足も含めて、今日もつらつら書いてみましょうか~


まず、保温が必要か如何かについてですが、

atomの場合、専用のヒーテッド・ベッドを使用すると、70W/h程あるそうで、

空調を掛けて居ても、十分温度は上がりました。

しかし、温度設定を、120℃にしてプリントすると、Printrunが、途中でエラー暴走。

基盤の容量が、ホットエンドとヒーテッド・ベッドの出力に追いつかなく成るようです。


つまりプリントが開始するとY軸が起動~

当然一緒に動くヒーテッド・ベッドの裏面は、

Y軸が前後に動く都度、室温の新鮮な空気に触れる事により、見事に放熱する訳です。

従って、裏面からの放熱を防ぐ為には、断熱材を充填するのが有効と言えます。


さてでは断熱材はどの様な物が良いかと上げれば、

1、超セラミック・ペーパー、
2、空気、
3、セラミック・ニードルブランケット、
4、セラミック・ペーパー
4、セラミック・ボード
5、6、7・・・・etc~
と有ります。

え~、2目の空気ー~  不思議ですね~

放熱する、張本人である空気が2番目とは~ と思いますよね。

この空気は、静止状態の空気の事で、真空に並ぶ低い熱伝導率0.03kcal/m・h・℃を誇ります。

atomの場合、Y軸が前後に動く都度、ヒーター裏表面に空気の流れが出来るので不静止状態、

返って熱を、持ち出す媒体に成る訳ですね~

因みに(単位省略 温度100~200℃の時)、
1、0.025
2、0.03
3、0.035
4、0.045
4、0.045

更にAlは、・・・後で書きます~(*1


さて、今回の材料選定は4、または1を選びました。

3を選ばなかったのは、

ニードルブランケットは、バインダー(糊)で固めていない為、

4、1に比べ、繊維の飛散が多いからです。

そして、1は、取寄せに成り、金額も高い目な事もあり、

現在手元に有る4を、mixi上でのレポートを条件に、10人程度無料配布する事にした訳です。


それから専門家で無ければ、ご存知の方は少ないでしょうが、

ヒーテッド・ベッドの様な、フラットなヒーターの場合

下面からの放熱1に対して、上面からは、≒1.91倍程、放熱するデーターが有ります。

atom 3Dプリンターの場合、上面の放熱(*2)は、

造型に利用する為、問題ありません。

ところが、下面からの放熱は、無駄でしか無く是非防止、

幾等か出来れば、それだけでもエコ(省エネ)につながります。

その量約34.4%、atom 3Dプリンター用 ヒーテッド・ベッド

70W/hの場合、24.06W/h分が下面からの放熱が有るのです。


断熱材を挟んだ場合、放熱がいくらに成るかと言えば、

先程の熱伝導率を使った計算で、簡単に算出出来ます~

気温 24℃
ヒーテッド・ベッドの裏面温度 110℃
セラミック・ペーパーの熱伝導率 0.045kcal/m・h・℃
セラミック・ペーパーの厚み 3mm
と言う条件を用いて、計算すると、

セラミック・ペーパー裏面の温度75.6℃

放熱量378.228Kcal/㎡・h ⇒atomのヒーテッド・ベッドの面積の場合、

7.4Kcal/hの放熱 1Kcal/h⇒1.16W/h

から≒8.6W/hの放熱があります。

24.06-8.6=15.46W/h分の省エネ、つまり、電力の余裕に成る訳です。


因みに1、超セラミック・ペーパー3mm厚の場合、

裏面の温度64.3℃

≒6.35W/hの放熱があります。

24.06-6.35=17.71W/h更に14.6%分の省エネに成ります。


*注意!!

これら提示した計字は、ヒーテッド・ベッド裏面が110℃まで昇温し、

さらに十分時間が経過し、例えば、断熱材に4、のセラミック・ペーパー使用時、

裏面の温度が、75.6℃に成った頃から以降の温度均衡が取れた状態の想定数値に成ります。

したがって、昇温時、これらの計算結果と相違がある状態も予想できますので、

十分考慮して参考にしてくださいね~!!



なぜ、ここで、この注意書きを書いたかと言えば、

単純に、昇温時とは条件が違うと言う事を、念押しをしたかったからです。

先の算字を見ると、

「断熱3mmでこの効果なら、6mmいや9㎜にするとモットモット良くなるかも~」

と勘違いする事が有るからです。

確かに、計算した数値は、効果のある方に傾きます。

ただそれがベストか否かは、実際に試して検証しなければ確定できません。

ましてや昇温時は、温度均衡が取れるまで、

放熱よりも、蓄熱と言う現象が強く作用します。

畜熱は、当然断熱材にも蓄積して行きますので、安易に厚みを増やしてしまうと、

蓄熱のキャパが増え、思っていた程のスピードでは、温度が上がらないと言う事に成りますし、

同時に放熱も起こっている為、ヒーター容量が足りなく成り、

目的温度にすら上がらないと言う事も起こります。


目的温度に、元のままの状態で、多少時間が掛っても、出来るのるなら、

断熱で改善の可能性は有りますが、

如何しても上らないから、断熱材でなんとかしよう、

と考えた時は、ヒーター容量の見直しをしててください。


結局、断熱材の厚みは、100℃~200℃までの断熱なら、

3~6㎜程度が、ちょうど良い塩梅ではと考えています。正し、参考まで~


*1について
Al(アルミ)の熱伝導率は、なんと203.796kcal/m・h・℃(27℃時)あります。

*2について、
ヒーテッド・ベッドが、ガラスコンポジット基盤の場合以外は検討の余地有りです。

特に、造形面に(*1)アルミが載った場合、放熱で曳かれる熱が可也あるからです。

①気温 24℃
ヒーテッド・ベッドの表面温度 110℃
上記ヒーテッド・ベッドの材質
ガラスコンポジット基盤の熱伝導率 8.599kcal/m・h・℃
ガラスコンポジット基盤の厚み 2mm

②気温 24℃
ヒーテッド・ベッドの表面温度 110℃
上記ヒーテッド・ベッドの材質若しくは表面配置の
アルミプレート熱伝導率 203.796kcal/m・h・℃
アルミプレートの厚み 2mm

上記条件から、
1時間計、単位面積から放熱される熱量を計算すると、
①2462.3Kcal/㎡・h

②19452.3Kcal/㎡・h

となり、②÷①=7.900

ヒーテッド・ベッドの造型面に、アルミプレート(板)を使用する場合、

ガラスコンポジット基盤ので出来たヒーテッド・ベッドの、

7.900倍、放熱しやすいと言えます。


Y軸のトッププレートにアルミを使用した場合、中々昇温しないのでは無く、

温もって来た熱が、同時に放熱もして、冷めて仕舞っている事という事を、考慮しなければと考えます。


追加 *AAA
atom用ヒーテッド・ベッド70Wが適正な容量を、持っているとした時

200㎜×200㎜のヒーテッド・ベッドの容量は、

以下の強式から計算すると良いと考えます。

150mm×150mm=22500m㎡ 200mm×200mm=40000m㎡

70×40000÷22500≒124.4444・・・・・

切上げて125Wのヒーテッド・ベッドを使用する。


と言った感じです。



良ければ、参考にしてください~



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3Dプリンター外伝~
なんちゃって~

次の記事は、Xキャリッジ、エキストルゥーダの予定でしたが、

1つ割り込み、ヒーテッド・ベッドについて、少々

蘊蓄を傾ける程では無いが、つらつら書いてみます。

3Dプリンターの事を良く知る為、

[mixi]のRepRapコミュニティに参加している中、

ヒーテッド・ベッドの保温材ついて話題に成ったのが、きっかけです。

丁度組み立て直後のatomを使えば、直ぐに結果が見れるので、そく実行しました。


先ずは、そのままのデーター取りを行い、昇温時間の計測~

32.3℃から2分後、80.8℃を表示、

更に2分後、100.3℃を表示、

更に2分後、108.5℃を表示、

そして更に1分4秒後、110℃を超え1回目の実験を終了~

その後、2回、3回ともほぼ同じ程度の結果で終え、平均7分少々と言う所でしょうか。

7分30秒は超えていません。

(この日は、暑かった為、2回目以降は、空調を入れました。設定は24℃に合わしてます。)


さて、比較データーがとれましたので、

ヒーテッド・ベッドの下面の保温を始めます。


これは使用する断熱材、セラミックペーパー3mm厚です。
3Dプリンター"

これは、お盆の断熱施工工事用に仕入れた材料の端材です。


atomのヒーテッド・ベッド用にカットします~
3Dプリンター"

150mm×150mmでした。


atomからヒーテッド・ベッドを外します。
3Dプリンター"
3Dプリンター"

ナット4個外すだけで取れました~


セラミックペーパーの、四角のネジが当る所を、カットします。
3Dプリンター"


Y軸テーブルの上に仮置きして、突起物の型取りをする。
3Dプリンター"

上から押さえると、簡単に模様が付くので良く判ります。



鉛筆でしるしを入れ、カッターで切り込みます~
3Dプリンター
3Dプリンター


Y軸テーブルの上に置きます。
3Dプリンター


ヒーテッド・ベッドを裏向けにして、サーミスタ-をポリイミドテープで保護します。
3Dプリンター


四角のネジをダブルナットにして嵩上げをしてから、

ヒーテッド・ベッドを取り付けます。
3Dプリンター


側面からの接写
3Dプリンター

ヒーテッド・ベッドとセラミックペーパーに隙間が無い様にします。

ヒーテッド・ベッドに直接、造型する場合はこれで完成~


ガラス板を載せて造型する場合は、

以下の様に更に、4箇所切り込みを入れます。
3Dプリンター

クリツプの挟み代です。


切れ込みを入れたら、先の場合と同じ様に

Y軸ベースに載せます~
3Dプリンター


ヒーテッド・ベッドを取り付けます。
3Dプリンター

必ず、ヒーテッド・ベッドとセラミックペーパーに隙間が無い様にします。

ヒーテッド・ベッドにガラスをクリップで挟んで載せて、造型する場合もこれで完成です~


最初の試験の結果は、

空調24℃設定の部屋で、27.8℃表示の状態から、2分後、83.1℃を表示、

1分32秒後、110℃を表示、その後のテストでも同程度の時間で昇温完了~

平均3分30秒程の成績で110℃まで昇温出きました。


この作業もオンラインマニュアルには有りませんが、

確実に性能UPになる、改良です。

物造りは、この様な事の積重ねだと思いますので、

良ければ皆さんも参考にしてください~


それから、このような断熱材を使用すると、良い効果がありそうだな、と言う事は、

私の計算上は出ております。

と言う事で、その根拠や、詳細は、次回の更新で書きましょう~

続く~

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続・3Dプリンタ~
毎年、8月10日以降は、お客様の長期休暇中、

機械が操業しない事をを利用し、大規模な補修工事に入ります。

今年も8月13~25日まで色々周りました。


合同会社Genkeiさんで購入した↓


http://www.genkei-inspiration.com/



「atom 3D Printer」の事ですが、

凡そ完成して、28日頃から、造型(プリント)が出来るようになりました。

と言いましても、失敗作ばかりで中々良い仕上りには成っていません。


ただ、1番最初にプリントした綿飴細工の様な物(↓の物)よりは、
3Dプリンター"

なんとか使えそうな物が、出来る様になって来ました。

精進あるのみです。



さて今日の話題は、前回の予告、ホットエンド、

Xキャリッジ、エキストルゥーダとある内の、

まずホットエンドについ、書いて行きます。


ホットエンドというのは、

融けた樹脂が噴き出すところで、高温になります。


3Dプリンターは、前後左右上下に動くテーブルに、

このホットエンドのノズルの先端を押し当てて、

融けて押出された樹脂を、じゅんじゅんに盛付けて行き、

作品を造型するする装置ですので、

ここの出来不出来が、プリンター性能を決めるポイントと、教えて貰いましたので、

細心の注意を持って組み立てて見ます。


まず場所を確保する為、前工程まで組み立てた本体を電動ロクロの上に移動~
3Dプリンター
ちょっとした鍋猫や壷猫状態です~


空けた場所にホットエンドのパーツを並べます~
3Dプリンター

ズらーと。


オンラインマニュアル通り組み立てると、この様になります~
3Dプリンター

ババン~


そして、アルミのブラケットに、放熱フィンを取り付けます。

これは、ノズル先端を、加熱するヒーターの熱の影響で、

元側(フィラメント供給側)である、ワンタッチジョイント取り付け付近の、

温度が上昇しない為の対策なのでしょう。

(3Dプリンター初心者なので詳しくは判りませんが、)

元来、大型の樹脂用射出成型機等の場合、

ノズルより樹脂を押出す為に、(ノズルの)直前にスクリュウや、

モノポンプ等が居ります。

これの正転、逆転により樹脂を押出したり、止めたりを制御しています。

atomの場合は、この操作を、エキストルゥーダより供給されるフィラメントで行っています。

成型中はフィラメントを押しこみ、空送開始直前に引き込むと言う操作で、

溶解した樹脂の制御を行っている様です。

溶解した樹脂は、供給量が賄える程度有れば、あまり沢山は必要無く、

先端の尖った辺りで十分間に合いそうです。


また、ワンタッチジョイントの所までフィラメントが融けていると、

引き込みのレスポンスも悪く成りそうですし、パイプ詰まりも、起る事が考えられます。

まー何か冷さなければならない理由が有るようです~


このパーツには、ネジを通す穴が無いので、穴加工を行います。
3Dプリンター
3Dプリンター

家は鐵工所なので楽勝~



パーツ同士を、取り付け状態にシャコ万で挟み、片側ずつ穴を写します。
3Dプリンター
3Dプリンター


アルミ部品なので、ボール盤で軽く揉むだけで、穴位置は写せます。
3Dプリンター


放熱フィンは、密着が命、面取りは忘れずに~
3Dプリンター


ノズルのユニットに載せて見ました。
3Dプリンター

写したから当たり前ですが、穴ピッチ、ぴったりです~


そして、この様にファンを乗せればホットエンドが完成です。
3Dプリンター

オンラインマニュアルには有りませんが、

フィンとブラケットの密着部分には、伝熱精を上げる為、

シリコングリスを塗布しました。

いか程の性能UPになるかは判りませんが、

物造りは、この様な事の積重ねだと思いますので、

何か工夫出来る所が有れば。マニュアルに無くてもどんどん行きます~

続く~


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