如何实现3D打印机中温湿度监测及控制？

一、3D打印技术概述

1．1起源

快速成形技术（又称自由成形技术）出现于20世 纪90年代。不同于传统的加工技术，该技术无需机 床和模具，是以CAD技术、数控技术和材料技术等 为核心的新型制造技术。快速成形技术的问世，既降 低了成本，又节约了人力，是制造业一项具有划时代 意义的创新。 经过多年试验，快速成形技术关键设备一一快速 成形机也已问世，在设计新产品、测试验证方面得到 了很好的应用，但在使用过程中也暴露出一些弊端。

例如，受限于机构特点，快速成形机制作的工件多数 为样品，不能实现具体的功能。另外，主要配件如激和震荡镜成本太高，难以广泛应用。3D打印技术就是在这种背景下问世的。

1．2应用

3D打印技术的应用范围非常广泛。在房地产业，该技术可以打印内部结构非常精细的沙盘模型。珠宝公司设计的概念性或者私人定制的首饰可以通过3D打印技术来实现，为个性化路线提供了技术支持。服装设计中，可以通过3D打印机直接打印设计的服装，使服装更具立体感和整体效果。3D打印技术在医疗领域的应用可以为医疗事业发展做出巨大贡献，如打印人造器官，解决目前器官短缺的问题。在教育教学中，采用3D打印技术可以把设计及构思形象化地打印出来，更好地进行研究改进。在影视业中，该技术打印设计的卡通造型及大型模型效果极佳。另外，3D打印技术在食品业中也有应用。

二、3D打印机的温度控制

2．1热传递

3D打印机的打印头在工作中存在热传导和热对流两种热传递方式。在打印过程中，固体打印材料在打印头被加热腔加热成液体，并保持熔融状态，具有良好的粘流动性、适合的丝宽及良好的粘接性能，从而保证试件质量，这就是热传导过程。为了使打印过 程顺利完成，试件符合标准，避免加热腔温度过低或过高，需要保持恒温，而当温度过高时需开通冷气来降低温度，这就是热对流过程。

2．2温度传感器

温度传感器是一种将外界感知的温度信号转换 成电路中有用的电信号的装置。温度传感器包括金 属热电阻、热电偶、新型集成温度传感器等。工业温控系统中常用的是金属热电阻或热电偶，而新型集成温度传感器件多应用于小型的测温电路中。

3D打印机选取何种温度传感器与打印的材料有关。目前，3D打印中常采用的材料有PVC、PBS、 ABS等，这些高分子材料融化后的温度为100～280 C。从测温范围角度考虑，铜电阻不满足，而热 电偶测温范围大，但考虑到低温测量时，其测量精度又不够。因此，选用铂电阻作为3D打印机打印头的温度控制传感器。

2．3闭环温度控制系统

3D打印机中的温度控制系统至关重要，其不仅能监测打印机的正常工作，更直接关系到打印结果和质量。打印材料在加热腔内被加热到熔融状态，在打 印开始时从打印头挤出。由于不同材料的熔点不同， 因此要设定不同的温度。另外，在打印过程中要使打 印材料始终处在熔融状态，否则会影响打印效果。假如温度偏高，喷嘴出口会变得粘稠，影响试件效果，甚至导致试件变形；而温度偏低，则会加快材料凝固，不能和其他材料完好粘结，甚至造成材料无法喷出，打印不能顺利完成。

3D打印机中的温度控制系统中温湿度传感器，这里推荐一款由工采网引进的温湿度传感器，那就是从我国台湾引进的测棒型温湿度传感器 － CAEL－S16，该传感器由M12 金属连接器，可快速安装，类比输出含缓冲器，确保输出不失真。金属测棒，有效隔绝恶劣环境中的电磁干扰。广泛应用在半导体及微电子工业、製药工业、造纸工业 、温室、储藏室、冷却室、楼宇自动控制 、环境和通风控制等领域。