Fig. 0 KDPV - mi banco de pruebas para mis cabezas
Cuando comencé a desarrollar hotends para impresoras, la primera de las dificultades fue organizar y organizar datos y mediciones. Otro problema importante es que las descripciones a menudo contienen parámetros que son muy difíciles de comparar con al menos algo. Este artículo está escrito para comprender las diversas formas de describir la velocidad de la impresora y mostrar el procedimiento de medición, que, en mi opinión, proporciona resultados reproducibles bastante estables.
Si es interesante para usted, le pregunto debajo de un gato.
¿Cómo medir la velocidad del cabezal de la impresora? Este parámetro es una de las velocidades determinantes de fabricación de una parte determinada, por lo tanto, es muy importante. A menudo utiliza una velocidad de extrusión lineal de mm / s. Esto parece lógico: cuanto más rápido se exprime la masa fundida, más rápido puede moverse la cabeza.
Fig. 1 Esta es la cabeza, la boquilla y el alisado de níquel. Representado condicionalmente.
En la Fig. 1, una cabeza con una boquilla es visible y una superficie plana alrededor de la boquilla es un níquel liso. Esta superficie se usa para nivelar el plástico caliente extruido. Por lo general, su diámetro se toma dos veces más grande que el diámetro de la boquilla. A menudo lo es, pero este no es un requisito previo. Ahora veamos cómo se puede exprimir el plástico fundido.
Fig. 2 Extrusión de plástico con hilo
El caso más simple es 1)
apretar el hilo de pescar directamente en el aire . Por lo tanto, se puede medir convenientemente en longitud. A menudo, los datos sobre la velocidad de la cabeza se dan de esta manera: en milímetros por segundo - mm / s. Desafortunadamente, este método no da una idea precisa del rendimiento. En primer lugar, bajo varias condiciones, el hilo se hincha al salir de la boquilla debido a la alta viscosidad de la masa fundida. Esto distorsiona enormemente el diámetro real del hilo. En algunos de mis diseños, a velocidades muy altas, el diámetro de la rosca era tres veces el diámetro de la boquilla de la que se extrajo. Por qué sucede esto es mejor considerarlo en otro artículo. Además, el hilo puede estirarse bajo la influencia de su peso, si se exprimió lo suficientemente caliente. También puede pegarse, doblarse.
Opción 2): el
hilo se aprieta en el escritorio con algunas manchas, como generalmente se hace cuando la impresora está funcionando: el ancho del níquel de suavizado . Esto es necesario para la conexión de alta calidad de hilos plásticos en un producto monolítico. En este caso, el rendimiento se puede calcular aproximadamente multiplicando la velocidad de movimiento del cabezal por el ancho del hilo extruido y la altura de la capa (altura del cabezal sobre la mesa). V = W * A * H A una altura igual a la mitad del diámetro de la boquilla y el ancho de la rosca igual a dos diámetros de la boquilla, el valor será cercano a 1). Más precisamente: aproximadamente 0,78 de la velocidad del hilo exprimido en el aire, ya que el área del círculo es menor que el área del cuadrado, y este caso en sección transversal es más como un cuadrado que un círculo. El cálculo exacto parece difícil, ya que los bordes de las paredes tienen una forma curva.
Fig. 3 Trituración del hilo al ancho del alisado de níquel
Sin embargo, ¡podemos ajustar el ancho del hilo en Slicer igual (pero no menos) al diámetro de la boquilla!Los datos reales son para una boquilla de 0,5 mm, el ancho del hilo era de 0,58 mm (medido) y la altura de la capa era de 0,15 mm. Detalles impresos muy bien.
Fig. 4 Vista inferior - hilo estrecho. Se puede ver que el alisado de níquel no es de ancho completo.
En este caso, la velocidad de movimiento de la cabeza, a la misma capacidad de volumen, aumentará significativamente. Aproximadamente 2.61 veces en comparación con el caso de 1).
Sí, al dibujar, por ejemplo, un círculo, pueden aparecer algunas manchas de plástico en los lados de la superficie de nivelación (una moneda está sucia). En la Fig. 5, puede ver cómo el plástico se untará a los lados del centavo nivelador al dibujar un círculo. La cabeza describe el círculo en sí mismo sin girar, por lo tanto, al mover la cabeza, la dirección del movimiento de la masa fundida desde la boquilla describe el círculo.
Fig. 5 Cambio en la dirección de manchado del polímero fundido a lo largo de la superficie del níquel alisado al dibujar un círculo (en incrementos de 10º)
Aquí no se considera la cuestión de los pros y los contras de aplicar un ancho de rosca igual al diámetro de la boquilla. En mi opinión, es bastante bueno, pero depende de los requisitos específicos e incluso de las creencias de la impresora.
Entonces, vemos que con el mismo rendimiento de la boquilla en términos de peso y volumen de plástico fundido extruido, podemos obtener valores de velocidad lineal de 0.8 y 1 y 2.6 dependiendo de las condiciones de extrusión y manchado. De hecho, y más, ¿qué nos impide hacer que la altura de la capa sea de 0.1 mm?
Resulta que lo más preciso e inequívoco será una indicación de la velocidad de extrusión en mm³ / so mg / s. Todavía hay una sutileza en el hecho de que el plástico es de diferentes gravedades específicas. Por ejemplo, la gravedad específica de la poliamida es de 1140 kg / m³, y el ABS es solo de 1050. Por lo tanto, generalmente uso mm³ / s para evaluar el rendimiento de la cabeza. Sin embargo, todavía vale la pena indicar con qué boquilla se logró este resultado. Más precisamente, porque la resistencia al flujo a través de la boquilla, incluso con un diámetro de 0,5 mm, tiene un efecto notable en el rendimiento del cabezal. Como ejemplo, daré un experimento con una boquilla µR Ø1.1mm (baja resistencia) - la productividad máxima Vv = 49.3mm³ / s, contra una boquilla normal con Ø0.5, cuya productividad máxima fue solo 25.1mm³ / s.
A partir de este ejemplo, queda claro cuán importante es una disminución constructiva de la resistencia en la boquilla. Es posible
Entonces, ¿qué valor de este parámetro será grande y cuál pequeño? Vamos a contar
Por ejemplo 25 mm³ / s. Al salir de una boquilla con un diámetro de 0,5 mm, la velocidad lineal a la salida de la boquilla es W = V / S. S = π * d² / 4 = 3.14 * 0.25 / 4 = 0.1963 W = 25 / 0.1963 = 127mm / s.
Este es el desempeño de exprimir el hilo de pescar en el aire. Si se aplica con una capa con un grosor de 0,15 mm y un ancho de 0,5 mm, la velocidad lineal de la cabeza puede ser de aproximadamente 330 mm / s. Resulta que ya es una velocidad muy alta: compárelo con los fabricantes recomendados 40-60-80 mm / s.
Algunas fotos: resultados de la extrusión a altas velocidades.
Fig. 6 Plástico muy bien prensado
En la Fig. 6, el plástico ABS transparente de un proveedor conocido resultó ser sorprendentemente uniforme a velocidades de extrusión muy altas. Estas muestras fueron exprimidas de un filamento de Ø3 mm a una velocidad de alimentación de 420-720 mm / min (un caudal similar para Ø1.75 mm sería 1260-2160 mm / min). La boquilla tenía Ø1.1 y μR con una resistencia particularmente baja (esta es una muestra de prueba, esencialmente defectuoso, pero la resistencia es pequeña) Velocidad de extrusión volumétrica Vv = 51-68 mm³ / s. Presta atención a las delicadas coletas. Desde este lugar comenzó la muestra. Debido a una breve interrupción en la extrusión, necesaria para romper el hilo y presionar el botón Inicio, el plástico tuvo tiempo de calentarse más que la siguiente parte. Un plástico más cálido tiene una viscosidad más baja, la hinchazón debido a la fricción entre capas es menor, por lo que el grosor de la línea de pesca es menor. A tales velocidades, el arrastre de calor por el filamento es muy grande. En especímenes más rápidos, la línea al romperse era aún más probable que se rompiera como una columna de arcilla, en absoluto estirada. Subcalentamiento, aunque ajustado a 300º. Inflado desde el diámetro de la boquilla de 1.1 mm a 3 mm en la salida. De hecho, al imprimir, esta hinchazón prácticamente no interfiere. Para la impresión de alta precisión de hermosas figuras, de todos modos utilizan las velocidades más bajas, y los detalles se imprimen con la misma precisión, excepto con burbujas.
Fig. 7 Pero plástico blanco, no tan uniforme
El ABS blanco del mismo fabricante, Fig. 7, pero aparentemente con un relleno para dar blanco, no era tan uniforme. Aquí está la misma boquilla, velocidad de alimentación 420-570. Se rompió en pedazos para pesar, de lo contrario no cabía en la balanza. Mezclé diferentes muestras porque todos son iguales. Tal heterogeneidad probablemente tampoco promete nada particularmente malo al imprimir. Se sorprenderá, pero si la masa fundida aparece a la salida de la boquilla en un flujo constante, incluso si tiene una viscosidad ligeramente variable, como en esta figura, con la rebanadora ajustada correctamente, obtendrá resultados normales. Teóricamente Hasta ahora, no es posible mover las cabezas a tales velocidades.
Aquí hay síntomas significativamente más desagradables:
Fig. 8 Colas de cerdo en sedal
No es muy claramente visible, pero si miras de cerca, puedes ver giros extraños en la línea de pesca. Me parece colas de cerdo, como en un cuento de hadas sobre tres lechones. Esta es una señal de que el filamento no tiene tiempo para fundirse en el centro y un centro elástico permanece en el medio. Esto específicamente evita la escritura. Las piezas simplemente no se adhieren al respaldo. Son arrancados por una cabeza de hilo elástico.
Pero la resistencia de la cabeza no solo juega un papel negativo. Una boquilla con una nariz lo suficientemente larga (la parte más estrecha de la boquilla, ¿cómo decirlo, profundidad de la boquilla?) Tiene un efecto estabilizador en la línea de pesca. Resulta más uniforme y sin hinchazón.
¿Es siempre necesario? A costa de la baja velocidad ...
Fig. 9 Sedal de pesca suave desde una boquilla lenta
Fig. 10 Sedal de pesca desigual con hinchazón de una boquilla rápida
Las boquillas son diferentes. Las velocidades de prueba que se muestran en las imágenes - para una boquilla lenta Vv = de 18 a 28 mm³ / s - Bueno, ya no funcionó ... Para una rápida de 31 a 38 mm³ / s.
Aquí están los tubos de ensayo impresos con la pared en una capa, boquilla de 0,5 mm. El espesor de la pared resultó ser de 0,58 mm.
Fig. 11 Tubos de ensayo
La velocidad no era prohibitiva: 130 mm / s, cabezales lineales. Como puede ver, el hilo se ajusta exactamente fila a fila. Esto está hecho de hilo de pescar recortador - nylon, por lo que los productos son bastante flexibles. Los crecimientos en el costado no son un defecto de retracción, ni en vano hasta 7 muestras de prueba. Estos crecimientos prometen la oportunidad de aumentar significativamente la velocidad de movimiento de la cabeza. Pero esto es una cuestión de futuro.
Aquí hay una hermosa imagen: un trozo de hilo de pescar transparente de la Figura 6, pero debajo de un gran
aumentar
Fig. 12
Se ve claramente que las burbujas se encuentran más cerca del eje. Queda por ver por qué aparecen. Está claro que fueron formados por vapor de agua. Esto no es destrucción: durante la destrucción, las burbujas se ubicarían cerca de las paredes. El centro se calienta peor. Por lo tanto, hay dos opciones: durante la expiración de la cabeza a lo largo del eje, se crea una zona de rarefacción o el vapor de agua de las paredes tiene tiempo de evaporarse, pero no de las regiones internas.
Ahora discuta una pequeña medida de rendimiento. Cómo hacer experimentos.Como ya hemos decidido anteriormente, es mejor usar una balanza para evaluar el rendimiento. Es una herramienta conveniente, asequible y precisa. Con él, puede obtener mucha información sobre los procesos en la cabeza.
Técnica de experimento de extrusión para determinar la productividad.Utilizo el programa Pronterface para controlar el motor del extrusor. Control de calefacción y control de temperatura: de diferentes maneras, dependiendo de las condiciones del experimento, o a través de Pronterface, o a través del tablero para el control y monitoreo realizado por mí para el soporte en el que pruebo las cabezas. La placa está hecha con Arduino-nano, admite trabajar con un termopar y regulación PID de la temperatura del calentador. Esto es mucho más conveniente, ya que el tiempo de respuesta de un termopar es mucho más corto que el tiempo de respuesta de un termistor, porque yo hago termopares de constantan y alambre de nicrom Ø0.1mm. Párese en la Fig. 0 KDPV
Estoy planeando una serie de experimentos por adelantado. La longitud del filamento se establece E, mm, generalmente uso 100 o 150 mm. Puede hacer más, la precisión será mayor, pero es ruinosa en términos de consumo de filamentos. También se establece la velocidad de extrusión S en mm / min. Presta atención a la dimensión, aquí, ¡en un minuto! El paso de los valores de los experimentos se establece en función del hecho de que el rendimiento máximo cae dentro del rango de valores.
Un criterio importante para evaluar si la matriz y la extrusora pueden manejar o no es el coeficiente de deslizamiento. Que es esto A una velocidad de alimentación baja, por ejemplo, 30-60 mm / min, los dientes del hobbolt se presionan en el filamento y avanzan cuando el hobbolt gira hacia adelante. No hay resbalones en absoluto. En algún momento, los dientes del hobbolt comienzan a rasgar el plástico. Hasta cierto punto de deslizamiento, el proceso de empuje continúa normalmente, pero no al 100%. Arriba: comienza la inestabilidad del trabajo y la detención de la extrusora, porque un hobbolt puede roer un agujero en el filamento, por lo que el empuje termina. Bueno, tengo una realidad y una pelota de hobby.
Así se verá el experimento para determinar el rendimiento del cabezal a velocidades de alimentación de filamento de 90; 150; 210 con una longitud de alimentación de 150 mm.Calentamos la cabeza. Establecemos una velocidad de alimentación pequeña, por ejemplo 50 mm y la velocidad de alimentación también es pequeña, por ejemplo 30-60 mm / min. Esto es una purga. Cuando un simple plástico calentado tiende a escaparse de la cabeza, se forma un vacío que afectará el siguiente resultado. Debe tener tiempo suficiente para configurar E = 150 y S = 90. Tan pronto como el motor del extrusor se detenga, rompa el hilo extruido debajo de la raíz e inmediatamente presione el inicio para los parámetros ingresados. Mientras la cadena del primer experimento está estrangulada, ingrese los siguientes valores. Cuando finalice la extrusión, rompa instantáneamente el hilo y comience con los nuevos valores. Ponga a un lado el hilo extruido para su posterior pesaje. Entonces con toda la serie. Los descansos más cortos pueden reducir los efectos de la post-extrusión y las fugas. Después de pesar las muestras obtenidas, observamos cuánto difiere el peso de la muestra de la referencia. Puede calcularlo en función del peso de la longitud estimada del filamento: 150 mm o de la experiencia con una alimentación muy pequeña, cuando la extrusión puede considerarse completa con confianza.
Entonces, extruyendo al menos el 80% del volumen esperado, este es el límite del funcionamiento estable del extrusor y la cabeza, en mi opinión. De hecho, esta zona es muy estrecha y los experimentos se repiten bien. Por lo general, una desviación del 1-2%.Otro punto importante en los experimentos es el diario de laboratorio. Esto se refiere a la grabación y el orden de sus experimentos, suposiciones y cálculos.
Fig. 13 Mi trabajo registra el tema de la impresora 3D desde 2013
Por cierto, según la física del deslizamiento de la extrusora, es obvio que con un deslizamiento igual la fuerza de empuje del filamento será igual. Con buena precisión Así podemos obtener datos indirectos sobre la presión en la cabeza.
Aquí hay un ejemplo de experimentos:
Fig. 14 Un fragmento de un archivo de Excel (Libre Office) para experimentos informáticos. Extra eliminado
La cabeza es igual. Las boquillas son reemplazables uR y N. Para la primera, la productividad real es 46.67 mm³ / s, con una velocidad de alimentación del 79% del máximo esperado.
Para el segundo, 25,14 mm³ / sy 80%. Basado en la misma presión, los coeficientes son casi iguales. Utilizamos una fórmula simplificada para calcular la resistencia del fluido.
ΔP = K * W * L / D²
Donde ΔP es la caída de presión causada por la resistencia, K es un cierto coeficiente que incluye la viscosidad de fusión (para los polímeros cuya composición y estructura es bastante inestable; no hay esperanza de saberlo con certeza, y realmente no me gustó), W es la velocidad del fluido, L es la longitud de la sección de resistencia , D es el diámetro del agujero en el que ocurren los eventos. Esta fórmula puede derivarse de la ecuación de Poiseuille para el movimiento laminar newtoniano:
Q = πd4ΔP / (128µL)
Donde Q es el flujo a través de la sección transversal, aunque en mm³ / s, d es el diámetro del orificio, ΔP es la caída de presión a través del orificio, es decir, la resistencia es la presión necesaria para fluir. µ es la viscosidad y L es la longitud de este agujero. Si aplicamos la fórmula más simple para el flujo de flujo a esto:
Q = w * πd² / 4
donde w es la velocidad del flujo, obtenemos
ΔP = 32 * µ * W * L / D².
Dado que la viscosidad de los polímeros es muy variable y depende tanto de la viscosidad como del peso molecular (tecnología de fabricación), 32 * µ se designó K. por simplicidad ¿Por qué utilizamos la fórmula para flujo laminar? Existe un criterio de Reynolds que determina las condiciones para la transición del flujo laminar al turbulento. Más de 10.000 - "flujo turbulento desarrollado". Más de 2300 - sin desarrollar. Entonces, el criterio de Reynolds depende inversamente de la viscosidad. Cuanto mayor sea la viscosidad, menor será el criterio de Reynolds. En el caso de los polímeros fundidos, la viscosidad siempre es muy alta. Sobre el fluido newtoniano / no newtoniano, por supuesto, es interesante, pero para los fluidos no newtonianos solo podemos notar una ligera desviación de la dependencia de la velocidad del flujo de la presión en una dirección u otra. La masa fundida no volverá a fluir. En una de las variantes de los fluidos no newtonianos, un flujo viscoelástico puede manifestarse en forma de una hinchazón del filamento al salir de la boquilla. Pero esto, obviamente, no es la razón principal y no lo consideraremos aquí.
Entonces, tenemos dos experiencias con resistencia cercana:
46,67 mm³ / s para una boquilla con obviamente baja resistencia y
25,14 mm³ / s para una boquilla convencional con un diámetro de 0,5 mm.
La resistencia al estallido será aproximadamente igual.
Si solo tuviéramos plástico líquido en la parte ancha de la cabeza, obtendríamos igualdad:
K * W1 * L1 / D1² + K * w1 * l1 / d1² = K * W2 * L2 / D2² + K * w2 * l2 / d2²
Aquí comparamos dos experimentos, con una boquilla de baja resistencia y con una convencional.
La tasa de vencimiento en el primer caso será: 46.7 / (3.14 * 1.1² / 4) = 49 mm / s.
Velocidad en la parte ancha de la cabeza: 46.7 / (3.14 * 3² / 4) = 6.6mm / s.
Para una boquilla convencional, respectivamente: 128.0 mm / sy 3.55 mm / s.
Sustituto: K * 6.6 * 39 / 3² + K * 49 * 0.2 / 1.1² = K * 3.55 * 39 / 3² + K * 128 * 0.6 / 0.5² =>
28.6K + 8.1K = 15.4K + 307K => 36.7K = 322.4K
Aquí suponemos que la boquilla con baja resistencia tiene una longitud distinta de cero, por ejemplo, 0.2 mm. Sí, la ecuación no funcionó. Pero ya ve cuántas veces la resistencia de la boquilla ha aumentado con una disminución en su diámetro, de 8.1 a 322.4. ¿Por qué surge entonces la desigualdad? Porque en nuestro país, el filamento ingresa a la cabeza en forma sólida.
Fig.15 Fusión de filamentos
La fusión es aproximadamente como sigue: - primero una capa muy delgada de masa fundida, luego se espesa.
El filamento se mueve con relación a la pared de la cabeza a una velocidad w, y el fluido cambia su velocidad de 0 a w. La fricción en una capa delgada es mucho más alta, de ahí la simple desigualdad.Eso es todo. Gracias por su atencion
PD: Este artículo fue precedido por artículos: https://geektimes.ru/post/285136/Y hay tres partes, aunque es un poco largo y hay algo desactualizado:→ https://geektimes.ru/post/259832/→ https: / /geektimes.ru/post/259738/→ https://geektimes.ru/post/259730/Y también con la que comencé: https://geektimes.ru/post/258580/PPSSegún tengo entendido, muchos comentaristas ven el soporte y creen que esta es una parte necesaria y difícil de medir la velocidad del cabezal de la impresora. No, el soporte es solo un reemplazo de la impresora. Levante el cabezal de la impresora más alto, y usted será el mismo. Es incómodo cada vez que cambie el cabezal y vuelva a configurar la impresora si necesita imprimir. Y convertiré todas las partes de contacto. La conclusión es que con los métodos más simples puede obtener datos bastante complicados. Para mí, Michael Faraday con su Candle Story siempre fue un modelo a este respecto. Los métodos más simples son conclusiones serias. Por cierto, mira qué configuracionesla gente hace en lugar de pesaje banal. Y otra conclusión: los datos publicitarios sobre la velocidad de impresión deben tratarse con una comprensión de lo que he dicho: la diferencia con la realidad puede ser fácilmente a veces incluso sin hacer trampa, sino simplemente debido a una técnica de medición diferente.