Fig. 0 KDPV - minha bancada de testes para minhas cabeças
Quando comecei a desenvolver hotends para impressoras, a primeira das dificuldades foi organizar e organizar dados e medições. Outro problema importante é que as descrições geralmente contêm parâmetros que são muito difíceis de comparar com pelo menos alguma coisa. Este artigo foi escrito para entender as várias maneiras de descrever a velocidade da impressora e mostrar o procedimento de medição, que, na minha opinião, fornece resultados reproduzíveis razoavelmente estáveis.
Se é interessante para você - pergunto sob um gato.
Como medir a velocidade da cabeça da impressora? Este parâmetro é uma das velocidades determinantes na fabricação de uma determinada peça, portanto, é muito importante. Geralmente, use uma taxa de extrusão linear de mm / s. Isso parece lógico - quanto mais rápido o derretimento é espremido, mais rápido a cabeça pode se mover.
Fig. 1 Este é o cabeçote, o bico e o níquel liso. Representado condicionalmente.
Na Fig. 1, uma cabeça com um bico é visível e uma superfície plana ao redor do bico é um níquel de suavização. Esta superfície é usada para nivelar o plástico quente extrudado. Geralmente seu diâmetro é medido duas vezes maior que o diâmetro do bico. Muitas vezes é, mas isso não é um pré-requisito. Agora vamos ver como o plástico derretido pode ser espremido.
Fig. 2 Extrusão de plástico com rosca
O caso mais simples é 1)
espremer a linha de pesca diretamente no ar . Assim, pode ser convenientemente medido em comprimento. Frequentemente, os dados sobre a velocidade da cabeça são fornecidos desta maneira: em milímetros por segundo - mm / s. Infelizmente, esse método não fornece uma idéia precisa do desempenho. Em primeiro lugar, sob várias condições, a rosca incha ao sair do bico devido à alta viscosidade do fundido. Isso distorce bastante o diâmetro real da rosca. Em alguns de meus projetos, em velocidades muito altas, o diâmetro da rosca era três vezes o diâmetro do bico do qual foi extrudado. Por que isso acontece é melhor considerar em outro artigo. Além disso, o fio pode se esticar sob a influência de seu peso - se for espremido o suficiente. Também pode ficar junto, dobrar.
Opção 2) - a
linha é espremida na área de trabalho com algumas manchas, como geralmente é feito quando a impressora está funcionando - a largura do níquel suavizado . Isso é necessário para a conexão de alta qualidade de fios de plástico em um produto monolítico. Nesse caso, o desempenho pode ser calculado aproximadamente multiplicando a velocidade de movimento da cabeça pela largura da rosca extrudida e a altura da camada (altura da cabeça acima da tabela). V = W * A * H A uma altura igual à metade do diâmetro do bico e a largura da rosca igual a dois diâmetros do bico, o valor será próximo a 1). Mais precisamente, é cerca de 0,78 da velocidade da linha espremida no ar, já que a área do círculo é menor que a área do quadrado, e esse caso na seção transversal é mais um quadrado do que um círculo. O cálculo preciso parece difícil, pois as bordas das paredes têm uma forma curva.
Fig. 3 Esmagando a rosca na largura do níquel de alisamento
No entanto, podemos definir a largura da rosca no Slicer igual (mas não menor) ao diâmetro do bico!Os dados reais são para um bico de 0,5 mm, a largura da rosca era de 0,58 mm (medida) e a altura da camada era de 0,15 mm. Detalhes impressos muito bem.
Fig. 4 Vista inferior - linha estreita. Pode-se observar que o níquel de alisamento não tem largura total.
Nesse caso, a velocidade de movimento da cabeça, na mesma capacidade de volume, aumentará significativamente. Aproximadamente 2,61 vezes em comparação com o caso de 1).
Sim, ao desenhar, por exemplo, um círculo, algumas manchas de plástico podem ocorrer nas laterais da superfície de nivelamento (um níquel está sujo). Na Fig. 5, você pode ver como o plástico ficará manchado nas laterais do centavo de nivelamento ao desenhar um círculo. A cabeça descreve o próprio círculo sem girar; portanto, ao mover a cabeça, a direção do movimento do fundido a partir do bico descreve o círculo.
Fig. 5 Mudança na direção da mancha do polímero fundido ao longo da superfície do níquel suavizante ao desenhar um círculo (em incrementos de 10º)
A questão dos prós e contras da aplicação da largura da rosca igual ao diâmetro do bico não é considerada aqui. Na minha opinião, é muito bom, mas depende dos requisitos específicos e até das crenças da impressora.
Assim, vemos que, com desempenho igual do bico em termos de peso e volume de plástico fundido extrudado, podemos obter valores de velocidade linear de 0,8 e 1 e 2,6, dependendo das condições de extrusão e mancha. De fato, e mais - o que nos impede de aumentar a altura da camada em 0,1 mm?
Acontece que o mais preciso e inequívoco será uma indicação da taxa de extrusão em mm³ / s ou mg / s. Ainda existe uma sutileza no fato de o plástico ter diferentes gravidades específicas. Por exemplo, a gravidade específica da poliamida é de 1140 kg / m³ e o ABS é de apenas 1050. Portanto, geralmente uso mm³ / s para avaliar o desempenho da cabeça. No entanto, ainda vale a pena indicar com qual bico esse resultado foi alcançado. Isso é mais preciso, porque a resistência ao fluxo através do bico, mesmo com um diâmetro de 0,5 mm, tem um efeito notável no desempenho da cabeça. Como exemplo, darei um experimento com um bico µR Ø1,1mm (baixa resistência) - a produtividade máxima Vv = 49,3mm³ / s, contra um bico normal com Ø0,5, cuja produtividade máxima foi de apenas 25,1mm³ / s.
A partir deste exemplo, fica claro o quão importante é uma diminuição construtiva da resistência no bico. É possível
Então, qual valor desse parâmetro será grande e qual pequeno? Vamos contar.
Por exemplo 25 mm³ / s. Ao sair de um bico com um diâmetro de 0,5 mm, a velocidade linear na saída do bico é W = V / S. S = π * d² / 4 = 3,14 * 0,25 / 4 = 0,1963 W = 25 / 0,1963 = 127 mm / s.
Este é o desempenho de espremer a linha de pesca no ar. Se for aplicado com uma camada com uma espessura de 0,15 mm e uma largura de 0,5 mm, a velocidade linear da cabeça pode ser de cerca de 330 mm / s. Acontece já uma velocidade muito alta - compare com os fabricantes recomendados 40 - 60 - 80 mm / s.
Algumas fotos - resultados de extrusão em alta velocidade.
Fig. 6 Plástico muito bem prensado
Na Fig. 6, o plástico ABS transparente de um fornecedor conhecido mostrou-se surpreendentemente uniforme a velocidades de extrusão muito altas. Essas amostras foram extraídas de um filamento de Ø3 mm a uma taxa de alimentação de 420-720 mm / min (uma taxa de fluxo semelhante para Ø1.75 mm seria 1260-2160 mm / min). O bico estava com Ø1.1 e μR com uma resistência particularmente baixa (esta é uma amostra essencialmente defeituoso, mas a resistência é pequena) Velocidade de extrusão volumétrica Vv = 51-68mm³ / s. Preste atenção aos delicados rabos de cavalo. A partir deste local, a amostra começou. Devido a uma pequena quebra na extrusão, necessária para quebrar a linha e pressionar o botão Iniciar, o plástico teve tempo de aquecer mais do que a próxima peça. Um plástico mais quente tem uma viscosidade mais baixa, o inchaço devido ao atrito entre camadas é menor, portanto a espessura da linha de pesca é menor. A essas velocidades, a entrada de calor pelo filamento é muito grande. Em amostras mais rápidas, a linha ao romper era ainda mais provável como uma coluna de argila, nem um pouco esticada. Subaquecimento, embora definido como 300º. Inflação do diâmetro do bico de 1,1 mm a 3 mm na saída. De fato, ao imprimir, esse inchaço praticamente não interfere. Para impressão de alta precisão de belas figuras, eles usam as velocidades mais baixas de qualquer maneira e os detalhes são impressos com a mesma precisão, exceto com bolhas.
Fig. 7 Mas plástico branco, não tão uniforme
O ABS branco do mesmo fabricante, Fig. 7, mas aparentemente com uma carga para dar branco, não era tão uniforme. Aqui está o mesmo bico, taxa de alimentação 420-570. Quebrou em pedaços para pesar - caso contrário, não cabia na balança. Misturei amostras diferentes porque todos são parecidos. Essa heterogeneidade provavelmente também não promete nada de particularmente ruim ao imprimir. Você ficará surpreso, mas se o derretimento aparecer na saída do bico em um fluxo constante, mesmo que tenha uma viscosidade ligeiramente variável, como nesta figura, com o slicer configurado corretamente, você obterá resultados normais. Teoricamente. Até agora, não é possível mover as cabeças em tais velocidades.
Aqui estão sintomas significativamente mais desagradáveis:
Fig. 8 Caudas de porco na linha de pesca
Não é muito claramente visível, mas se você olhar de perto, poderá ver reviravoltas estranhas na linha de pesca. Parece-me caudas de porco, como em um conto de fadas sobre três leitões. Isso é um sinal de que o filamento não tem tempo para derreter até o centro e um centro elástico permanece no meio. Isso evita especificamente a digitação. As peças simplesmente não aderem ao suporte. Eles são arrancados por uma cabeça de fio elástico.
Mas a resistência da cabeça desempenha não apenas um papel negativo. Um bico com nariz suficientemente longo (a parte mais estreita do bico - como dizer - profundidade do bico?) Tem um efeito estabilizador na linha de pesca. Acontece mais uniforme e sem inchaço.
Sempre é necessário? À custa de baixa velocidade ...
Fig. 9 Linha de pesca suave de um bico lento
Fig. 10 Linha de pesca irregular com inchaço de um bico rápido
Os bicos são diferentes. As velocidades de teste mostradas nas imagens - para um bico lento Vv = de 18 a 28 mm³ / s - Bem, não funcionou mais ... Para um bico rápido de 31 a 38 mm³ / s.
Aqui estão os tubos de ensaio impressos com a parede em uma camada, bico de 0,5 mm.A espessura da parede ficou em 0,58 mm
Fig. 11 Tubos de ensaio
A velocidade não era proibitiva - 130 mm / s, cabeças lineares. Como você pode ver, o thread se encaixa exatamente linha a linha. Isso é feito de linha de pesca para aparadores - nylon, então os produtos são bastante flexíveis. Os crescimentos laterais não são um defeito de retração, nem em vão até 7 amostras de teste. Esses crescimentos prometem a oportunidade de aumentar significativamente a velocidade de movimento da cabeça. Mas isso é uma questão do futuro.
Aqui está apenas uma bela foto - um pedaço de linha de pesca transparente da Figura 6, mas sob uma grande
aumentar.
Fig. 12
É claramente visto que as bolhas estão localizadas mais próximas do eixo. Resta saber por que eles aparecem. É claro que eles foram formados por vapor de água. Isso não é destruição - durante a destruição, as bolhas seriam localizadas perto das paredes. O centro aquece pior. Portanto, existem duas opções - durante a expiração da cabeça ao longo do eixo, é criada uma zona de rarefação ou o vapor de água das paredes tem tempo para evaporar, mas não das regiões internas.
Agora discuta uma pequena medida de desempenho. Como fazer experimentos.Como já decidimos acima, é melhor usar uma balança para avaliar o desempenho. É uma ferramenta conveniente, acessível e precisa. Com ele, você pode obter muitas informações sobre os processos na cabeça.
Técnica de extrusão para determinação da produtividade.Eu uso o programa Pronterface para controlar o motor da extrusora. Controle de aquecimento e controle de temperatura - de diferentes maneiras, dependendo das condições do experimento, ou através do Pronterface, ou através do quadro de controle e monitoramento feito por mim para o suporte em que testo as cabeças. A placa é fabricada com Arduino-nano, suporta o trabalho com um termopar e a regulação PID da temperatura do aquecedor. Isso é muito mais conveniente, pois o tempo de resposta de um termopar é muito menor do que o tempo de resposta de um termistor, porque eu faço termopares a partir de um fio constantan e nicrômico Ø0.1mm. Suporte na Fig. 0 KDPV
Estou planejando uma série de experimentos com antecedência. O comprimento do filamento é ajustado E, mm, geralmente eu uso 100 ou 150mm. Você pode fazer mais, a precisão será maior, mas é ruinosa em termos de consumo de filamento. A velocidade de extrusão S em mm / min também é definida. Preste atenção à dimensão, aqui - em um minuto! A etapa dos valores das experiências é definida com base no fato de que o desempenho máximo cai na faixa de valores.
Um critério importante para avaliar se a matriz e a extrusora podem lidar ou não é o coeficiente de deslizamento. O que é isso Em uma taxa de alimentação baixa, por exemplo, 30-60 mm / min, os dentes do hobbolt são pressionados no filamento e avançam quando o hobbolt gira para frente. Não há escorregamento. Em algum momento, os dentes do hobbolt começam a rasgar o plástico. Até um certo grau de derrapagem, o processo de envio continua normalmente, mas não 100%. Acima - a instabilidade do trabalho e a parada da extrusora começam, porque um hobbolt pode roer um buraco no filamento, pelo qual o empurrão termina. Bem, eu tenho uma realidade e um hobby.
Aqui está como será o experimento para determinar o desempenho da cabeça nas velocidades de alimentação de filamentos de 90; 150; 210 com um comprimento de alimentação de 150 mm.Aquecemos a cabeça. Definimos a taxa de alimentação pequena, por exemplo, 50 mm e a velocidade de alimentação também é pequena, por exemplo, 30-60 mm / min. Isto é uma purga. Quando um simples plástico aquecido tende a vazar da cabeça, um vazio se forma, afetando o resultado a seguir. Você deve ter tempo suficiente para definir E = 150 e S = 90. Assim que o motor da extrusora parar, quebre a rosca extrudida sob a raiz e pressione imediatamente a partida para os parâmetros inseridos. Enquanto a sequência da primeira experiência estiver bloqueada, insira os seguintes valores. Quando a extrusão terminar, quebre instantaneamente o encadeamento e comece com os novos valores. Separe a rosca extrudada para pesagem subsequente. Então, com toda a série. As quebras mais curtas podem reduzir os efeitos da pós-extrusão e vazamento. Depois de pesar as amostras obtidas, examinamos quanto o peso da amostra difere da referência. Você pode calculá-lo com base no peso estimado do comprimento do filamento - 150 mm ou na experiência com uma alimentação muito pequena, quando a extrusão pode ser considerada com segurança completa.
Portanto, extrudando pelo menos 80% do volume esperado, esse é o limite da operação estável da extrusora e da cabeça, na minha opinião. De fato, esta zona é muito estreita e os experimentos são bem repetidos. Geralmente um desvio de 1-2%.Outro ponto importante nos experimentos é o diário do laboratório. Refere-se ao registro e ordenação de seus experimentos, suposições e cálculos.
Fig. 13 Meu trabalho registra o tópico da impressora 3D desde 2013
A propósito, com base na física do deslizamento da extrusora, é óbvio que, com deslizamento igual, a força de empuxo do filamento será igual. Com boa precisão. Assim, podemos obter dados indiretos sobre a pressão na cabeça.
Aqui está um exemplo de experimentos:
Fig. 14 Fragmento de um arquivo do Excel (Libre Office) para experimentos de computação. Extra removido
A cabeça é a mesma. Os bocais são substituíveis uR e N. Na primeira, a produtividade real é de 46,67 mm³ / s, com uma taxa de avanço de 79% da máxima esperada.
No segundo, 25,14 mm³ / se 80%. Com base nos mesmos coeficientes de pressão são quase iguais. Usamos uma fórmula simplificada para calcular a resistência do fluido.
ΔP = K * W * L / D²
Onde ΔP é a queda de pressão causada pela resistência, K é um certo coeficiente, incluindo a viscosidade do fundido (para polímeros cuja composição e estrutura é bastante instável - não há esperança de saber com certeza e eu não gostei muito), W é a velocidade do fluido, L é o comprimento da seção de resistência , D é o diâmetro do furo no qual os eventos ocorrem. Esta fórmula pode ser derivada da equação de Poiseuille para o movimento laminar newtoniano:
Q = πd4ΔP / (128 µL)
Onde Q é o fluxo através da seção transversal, embora em mm³ / s, d é o diâmetro do furo, ΔP é a queda de pressão através do furo, ou seja, resistência é a pressão necessária para o fluxo. µ é a viscosidade e L é o comprimento desse furo. Se aplicarmos a fórmula mais simples para o fluxo de taxa de fluxo a isso:
Q = w * πd² / 4
onde w é a velocidade do fluxo, obtemos
ΔP = 32 * µ * W * L / D².
Como a viscosidade dos polímeros é altamente variável e depende da viscosidade e do peso molecular (tecnologia de fabricação), 32 * µ foi designado K. por simplicidade.Por que usamos a fórmula para fluxo laminar? Existe um critério de Reynolds que determina as condições para a transição do fluxo laminar para o turbulento. Mais de 10.000 - "fluxo turbulento desenvolvido". Mais de 2300 - não desenvolvido. Portanto, o critério de Reynolds é inversamente dependente da viscosidade. Quanto maior a viscosidade, menor o critério de Reynolds. No caso de polímeros fundidos, a viscosidade é sempre muito alta. Sobre o fluido newtoniano / não newtoniano, é claro que é interessante, mas para os fluidos não newtonianos, podemos notar apenas um ligeiro desvio da dependência da velocidade do fluxo da pressão em uma direção ou outra. O derretimento não voltará a fluir. Em uma das variantes de fluidos não newtonianos, um fluxo viscoelástico pode se manifestar na forma de um inchaço do filamento ao sair do bico. Mas, obviamente, esse não é o principal motivo e não o consideraremos aqui.
Portanto, temos duas experiências com forte resistência:
46,67 mm³ / s para um bico com resistência obviamente baixa e
25,14 mm³ / s para um bico convencional com um diâmetro de 0,5 mm.
A resistência à ruptura será aproximadamente igual.
Se tivéssemos apenas plástico líquido na grande parte da cabeça, obteríamos igualdade:
K * W1 * L1 / D1² + K * w1 * l1 / d1² = K * W2 * L2 / D2² + K * w2 * l2 / d2²
Aqui, comparamos dois experimentos, com um bico com baixa resistência e com um convencional.
A taxa de vencimento no primeiro caso será: 46,7 / (3,14 * 1,1² / 4) = 49 mm / s.
Velocidade na parte larga da cabeça: 46,7 / (3,14 * 3² / 4) = 6,6 mm / s.
Para um bico convencional, respectivamente: 128,0 mm / se 3,55 mm / s.
Substituto: 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
Aqui assumimos que o bico com baixa resistência tem um comprimento diferente de zero, por exemplo, 0,2 mm. Sim, a equação não deu certo. Mas você vê quantas vezes a resistência do bico aumentou com uma diminuição no seu diâmetro, de 8,1 para 322,4. Por que então surge a desigualdade? Porque em nosso país, o filamento entra na cabeça em forma sólida.
Fig. 15 Fusão do filamento
A fusão é aproximadamente a seguinte: - primeiro uma camada muito fina de fusão, depois engrossa.
O filamento se move em relação à parede da cabeça a uma velocidade w, e o fluido muda sua velocidade de 0 para w. O atrito em uma camada fina é muito maior, daí a simples desigualdade.Só isso.
Obrigado pela atenção.PS Este artigo foi precedido por artigos: https://geektimes.ru/post/285136/E há três partes, embora um pouco longo e algo ligeiramente desatualizado:→ https://geektimes.ru/post/259832/→ https: / /geektimes.ru/post/259738/→ https://geektimes.ru/post/259730/E também aquele com o qual eu comecei - https://geektimes.ru/post/258580/PPSPelo que entendi, muitos comentaristas veem o suporte e acreditam que essa é uma parte necessária e difícil de medir a velocidade da cabeça da impressora. Não - o suporte é apenas um substituto para a própria impressora. Levante a cabeça da impressora mais alto - e você será o mesmo. Sempre é inconveniente trocar a cabeça e reconfigurar a impressora, se você precisar imprimir. E eu vou virar todas as partes de contato. A conclusão é que, com os métodos mais simples, você pode obter dados bastante complicados. Para mim, Michael Faraday com sua Candle Story sempre foi um modelo nesse sentido. Os métodos mais simples são conclusões sérias. A propósito, veja quais configuraçõesas pessoas fazem em vez de pesar banal. E outra conclusão: os dados de publicidade na velocidade de impressão devem ser tratados com uma compreensão do que afirmei - a diferença com a realidade pode ser facilmente às vezes, mesmo sem trapaça, mas simplesmente por causa de uma técnica de medição diferente.