图0 KDPV-我的头部测试台
当我开始为打印机开发修补程序时，第一个困难是组织和组织数据与度量。 另一个重要的问题是，描述中最常包含的参数很难与至少某些参数进行比较。 写这篇文章是为了理解描述打印机速度的各种方式并显示测量过程，我认为这给出了相当稳定的可再现结果。
如果您有兴趣-我请教猫。
如何测量打印头的速度？ 该参数是确定制造给定零件的速度之一，因此非常重要。 经常使用的线性挤出速率为mm / s。 这似乎是合乎逻辑的-熔体挤出的速度越快，喷头移动的速度就越快。
图1这是喷头，喷嘴和平滑镍。 有条件地描述。
在图1中，可以看到带有喷嘴的头部，喷嘴周围的平坦表面是一个光滑的缝隙。 该表面用于平整挤出的热塑料。 通常，其直径取为喷嘴直径的两倍。 通常是这样，但这不是前提条件。 现在，让我们看看如何将熔融塑料挤出。
图2用螺纹挤压塑料
最简单的情况是1）
将钓线直接压向空中 。 因此，可以方便地测量其长度。 通常，头速度的数据是以这种方式给出的：以毫米/秒为单位-mm / s。 不幸的是，这种方法不能给出准确的性能概念。 首先，在许多条件下，由于熔体的高粘度，纱线在离开喷嘴时会膨胀。 这极大地扭曲了螺纹的实际直径。 在我的某些设计中，以很高的速度，螺纹的直径是从中挤出螺纹的喷嘴直径的三倍。 为什么会发生这种情况，最好在另一篇文章中考虑。 另外，如果线被挤压得足够热，则线可能会在其重量的影响下伸展。 它也可以粘在一起，弯曲。
选项2）-
螺纹被涂抹到桌面上时有些污点（通常在打印机工作时进行）-平滑镍的宽度 。 对于将塑料线高质量连接到整体产品中，这是必需的。 在这种情况下，可以通过将杆头的移动速度乘以挤压螺纹的宽度和层的高度（杆头在桌子上方的高度）乘以近似计算出性能。 V = W * A * H在等于喷嘴直径一半的高度和等于喷嘴直径两个直径的螺纹宽度下，该值将接近1）。 更准确地说，大约是线速度的0.78挤入空中，因为圆的面积小于正方形的面积，这种情况下的横截面更像正方形而不是圆形。 精确的计算似乎很困难，因为壁的边缘具有弯曲的形状。
图3将线压碎至平滑镍的宽度
但是，我们可以在Slicer中将螺纹的宽度设置为等于（但不小于）喷嘴的直径！实际数据是喷嘴为0.5毫米，线宽为0.58毫米（测量值），层高为0.15毫米。 细节打印得很好。
图4底视图-窄螺纹。 可以看出，平滑镍不是全宽的。
在这种情况下，在相同容积下，磁头的移动速度将大大提高。 与1）的情况相比，大约是2.61倍。
是的，例如在画圆时，水平表面的侧面可能会出现一些塑料污点（指尖脏了）。 在图5中，您可以看到画圆时塑料如何涂抹在调平硬币的侧面。 喷头描述了圆圈本身而没有转动，因此，在移动喷头时，熔体从喷嘴的运动方向描述了圆圈。
图5画圆时，聚合物熔体沿平滑镍表面涂抹方向的变化（以10º为增量）
在此不考虑使用等于喷嘴直径的线宽的优缺点。 我认为这很好，但这取决于打印机的特定要求甚至信念。
因此，我们看到在挤出的熔融塑料的重量和体积方面具有相同的喷嘴性能的情况下，根据挤出和涂抹条件，我们可以获得的线速度值为0.8，1和2.6。 实际上，还有更多-是什么使我们无法将层高设置为0.1 mm？
事实证明，最准确，最明确的是挤出速率的单位为mm³/ s或mg / s。 塑料具有不同的比重这一事实仍然是一个微妙的事实。 例如，聚酰胺的比重为1140 kg /m³，而ABS仅为1050。因此，我通常使用mm³/ s来评估喷头性能。 但是，仍然值得指出使用哪个喷嘴获得了该结果。 这是更精确的，因为即使直径为0.5 mm，流经喷嘴的阻力也会对喷头的性能产生明显影响。 举例来说，我将进行一个实验，使用µRØ1.1mm（低电阻）的喷嘴-最大生产率Vv =49.3mm³/ s，而普通喷嘴Ø0.5的最大生产率仅为25.1mm³/ s。
从这个例子中可以明显看出，建设性地降低喷嘴阻力是多么重要。 有可能
那么，此参数的哪个值较大，哪个较小？ 让我们数。
例如25mm³/ s。 从直径为0.5 mm的喷嘴流出时，喷嘴出口处的线速度为W = V /S。 S =π*d²/ 4 = 3.14 * 0.25 / 4 = 0.1963 W = 25 / 0.1963 = 127mm / s。
这是将钓鱼线挤到空中的表现。 如果使用厚度为0.15毫米，宽度为0.5毫米的涂层涂覆，则头部的线速度可以约为330毫米/秒。 事实证明，它已经是非常高的速度-与推荐的制造商相比40-60-80 mm / s。
一些图片-高速挤出的结果。
图6压制得很好的塑料
在图6中，众所周知的供应商的透明ABS塑料在非常高的挤出速度下令人惊讶地均匀。 这些样品以420-720 mm / min的进料速率从Ø3mm的长丝中挤出（对于Ø1.75mm，类似的流速为1260-2160 mm / min）。喷嘴的Ø1.1和μR电阻特别小（这是测试样品，本质上是有缺陷的，但是阻力很小）。体积挤出速度Vv =51-68mm³/ s。 注意细腻的马尾辫。 从这个地方开始采样。 由于挤出需要短暂的时间，因此需要中断螺纹并按下“开始”按钮，因此塑料比下一个零件有更多时间预热。 较热的塑料具有较低的粘度，由于层间摩擦而引起的溶胀较小，因此钓线的厚度较小。 在这样的速度下，灯丝带走的热量非常大。 在速度更快的样品上，折断时的线条甚至更像粘土柱一样折断，根本没有拉长。 过热，尽管设置为300º。 在出口处从喷嘴直径1.1mm膨胀到3mm。 实际上，在打印时，这种膨胀实际上不会干扰。 为了高精度打印精美的小雕像，它们始终使用最低的速度，并且除了气泡之外，细节打印也一样精确。
图7但是白色塑料，不是很均匀
相同制造商的白色ABS，图7，但显然带有填充剂的白色ABS并不是那么均匀。 这是相同的喷嘴，进给速度为420-570。 分成几块称重-否则不适合秤。 我混合了不同的样本，因为每个人都一样。 在打印时，这种异质性也可能不会带来任何特别糟糕的后果。 您会感到惊讶，但是如果熔体以恒定的流量出现在喷嘴出口，即使粘度略有变化（如该图所示），并且在正确设置切片机的情况下，您也会得到正常的结果。 从理论上讲。 到目前为止，不可能以这种速度移动磁头。
以下是明显更不愉快的症状：
图8钓鱼线上的猪尾
不太清晰可见，但是如果仔细观察，您会在钓线上看到奇怪的扭曲。 在我看来，就像猪尾巴一样，就像童话故事中关于三只小猪的故事一样。 这表明细丝没有时间熔化到中心，而弹性中心仍保留在中间。 这特别可以防止键入。 零件只是不支持。 它们被弹性线头撕下。
但是头部的阻力不仅起负面作用。 鼻尖足够长的喷嘴（喷嘴最狭窄的部分-怎么说-喷嘴深度？）对钓线有稳定作用。 事实证明，这种情况更加均匀且没有膨胀。
总是有必要吗？ 以低速为代价...
图9慢速喷嘴的平滑钓线
图10不平的鱼线由于快速喷嘴而膨胀
喷嘴不同。 图片中显示的测试速度-慢速喷嘴Vv =从18到28mm³/ s-好了，它不再起作用了……从31到38mm³/ s的快速喷嘴。
这是在试管上印有一层0.5 mm喷嘴的管壁，其壁厚为0.58 mm
图11试管
速度不高-130mm / s，线性头。 如您所见，线程正好适合每一行。 这是由修剪器钓鱼线-尼龙制成的，因此产品非常灵活。 侧面的生长不是回缩缺陷，没有多达7个测试样品。 这些增长有望带来显着提高头部运动速度的机会。 但这是将来的事情。
这只是一幅美丽的图画-图6中一条透明的钓鱼线，但在较大的下方
增加。
图12
可以清楚地看到气泡位于更靠近轴的位置。 为什么出现它们还有待观察。 显然，它们是由水蒸气形成的。 这不是破坏-在破坏过程中，气泡将位于壁附近。 中心变热了。 因此，有两种选择-在从头部沿轴线呼气的过程中，形成稀疏区，或者壁上的水蒸气有时间蒸发，而不是从内部区域蒸发。
现在讨论一些性能度量。 如何进行实验。正如我们在上面已经决定的那样，最好使用天平来评估性能。 这是一种方便，负担得起且准确的工具。 有了它，您可以获得很多有关头部过程的信息。
用于确定生产率的挤出实验技术。我使用Pronterface程序控制挤出机电机。 加热控制和温度控制-根据实验条件，以不同的方式，或者通过Pronterface，或者通过板进行控制和监视，这些控制和监视由我为测试头的支架进行。 该板使用Arduino-nano制成，支持使用热电偶和加热器温度的PID调节。 这是更方便的，因为热电偶的响应时间比热敏电阻的响应时间短得多，因为我是用Ø0.1mm的康斯坦丁和镍铬合金线制成热电偶的。 站在图0 KDPV中
我正在预先计划一系列实验。 灯丝的长度设置为E，mm，通常我使用100或150mm。 您可以做更多的工作，精度会更高，但是就灯丝消耗而言却是毁灭性的。 还设定了以mm / min为单位的挤出速度S。 请注意此处的尺寸-一分钟内！ 根据最大性能落入值的范围这一事实来设置实验值的步骤。
评估模头和挤出机是否可以处理的重要标准是滑移系数。 这是什么 以低进给速度（例如30-60 mm / min），将滚钉齿压入细丝中，并在滚钉向前旋转时将其前进。 根本没有滑倒。 在某个时候，滚销的牙齿开始撕裂塑料。 在一定程度的滑移下，推动过程可以正常继续，但不是100％。 上图-开始工作不稳定并停止挤出机，因为because钉可以在细丝上咬一个孔，从而推动结束。 好吧，我有这样的现实和爱好。
确定长丝进给速度为90时头性能的实验如下： 150; 210进纸长度为150mm。我们加热头。 我们将进给速度设置为较小，例如50 mm，进给速度也较小，例如30-60 mm / min。 这是清除。 当简单的加热塑料倾向于从头部泄漏时，会形成空隙，这将影响以下结果。 您应该有足够的时间设置E = 150和S = 90。 挤出机电机停止后，立即断开根部下方的挤出线，并立即按开始键以输入参数。 当第一个实验的字符串被阻塞时，输入以下值。 挤出结束后，立即断开螺纹并从新值开始。 将挤出的线放在一边以进行后续称量。 因此，与整个系列。 最短的断裂可以减少后挤出和泄漏的影响。 称重所获得的样品后，我们查看样品的重量与参考重量相差多少。 您可以根据估计的长丝长度-150 mm的重量来计算它，也可以根据非常小的进料经验来确定挤出量，当挤出量可以确定地完成时。
因此，在我看来，挤出至少80％的预期体积是挤出机和机头稳定运行的边界。 实际上，该区域非常狭窄，并且实验重复得很好。 通常偏差为1-2％。实验中的另一个重点是实验室杂志。 这是指他们的实验，假设和计算的记录和排序。
图13自2013年以来我的作品登录了3D打印机主题
顺便说一句，基于挤出机打滑的物理原理，很明显，在打滑相等的情况下，长丝的滚针推力将相等。 具有良好的准确性。 因此，我们可以获得有关头部压力的间接数据。
这是一个实验示例：
图14用于计算实验的Excel文件（Libre Office）的一部分。 额外删除
头是一样的。 喷嘴可以用uR和N更换。首先，实际生产率为46.67mm³/ s，进给速度为最大预期的79％。
对于第二个，为25.14mm³/ s和80％。 基于相同的压力系数几乎相等。 我们使用简化的公式来计算流体阻力。
ΔP= K * W * L /D²
其中ΔP是由阻力引起的压降，K是包括熔体粘度的一定系数（对于组成和结构非常不稳定的聚合物-不能肯定地知道它，我不是很喜欢），W是流体速度，L是阻力部分的长度D是发生事件的孔的直径。 该公式可以从牛顿层流的泊肃叶方程得出：
Q =πd4ΔP/（128µL）
Q是通过横截面的流量，尽管以mm³/ s为单位，d是孔的直径，ΔP是穿过孔的压降，即，阻力是流动所需的压力。 µ是粘度，L是该孔的长度。 如果我们对流量应用最简单的公式：
Q = w *πd²/ 4
w是流速，我们得到
ΔP= 32 * µ * W * L /D²。
由于聚合物的粘度变化很大，并且取决于粘度和分子量（制造技术），因此为简单起见，将32 * µ命名为K.为什么使用该公式进行层流？ 存在这样的雷诺准则，该准则确定了从层流到湍流过渡的条件。 超过10,000个-“发达的湍流”。 超过2300-未开发。 因此，雷诺准则反过来取决于粘度。 粘度越高，雷诺标准越低。 在聚合物熔化的情况下，粘度始终很高。 关于牛顿流体/非牛顿流体，当然很有趣，但是对于非牛顿流体，我们只能注意到一个方向或另一个方向上流速对压力的依赖性略有偏差。 熔体不会回流。 在非牛顿流体的一种变型中，粘弹性流可以在离开喷嘴时以细丝膨胀的形式表现出来。 但这显然不是主要原因，我们在这里不予考虑。
因此，我们有两种抵制的经验：
喷嘴的阻力明显很低，为46.67mm³/ s
对于直径为0.5 mm的常规喷嘴，为25.14mm³/ s。
抗爆裂的能力将大致相等。
如果我们在头部的宽阔部位只有液态塑料，我们将获得平等：
K * W1 * L1 /D1²+ K * w1 * l1 /d1²= K * W2 * L2 /D2²+ K * w2 * l2 /d2²
在这里，我们比较了两个实验，一个是低阻力喷嘴，另一个是传统喷嘴。
第一种情况下的有效期限为：46.7 /（3.14 *1.1²/ 4）= 49mm / s。
头部宽阔部分的速度：46.7 /（3.14 *3²/ 4）= 6.6mm / s。
对于常规喷嘴，分别为：128.0 mm / s和3.55 mm / s。
替代：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
在此，我们假设具有低电阻的喷嘴具有非零的长度，例如0.2mm。 是的，方程式没有解决。 但是您会看到喷嘴的阻力随着直径的减小而增加了多少倍，从8.1减小到322.4。 为什么会出现不平等现象？ 因为在我国，细丝以固态形式进入头部。
图15细丝熔化
熔化大致如下：-首先是很薄的一层熔体，然后变厚。
细丝以速度w相对于头壁移动，并且流体将其速度从0更改为w。薄层中的摩擦要高得多，因此简单的不等式。仅此而已。
谢谢您的关注。PS本文是在文章开头：https://geektimes.ru/post/285136/而且三个部分，但也有一些稍长和东西有点过时了：→交通https://geektimes.ru/post/259832/→交通HTTPS：/ /geektimes.ru/post/259738/→交通https://geektimes.ru/post/259730/还有一个与开始- https://geektimes.ru/post/258580/PPS据我了解，许多评论员看到了支架，并认为这是测量打印机头速度的必要而困难的部分。不可以-支架只是打印机本身的替代品。抬高打印机头-您将保持相同。如果需要打印，每次更换打印头并重新配置打印机都是很不方便的。然后，我将所有的接触部件旋转。最重要的是，使用最简单的方法，您可以获得非常棘手的数据。对我来说，迈克尔·法拉第（Michael Faraday）和他的烛光故事（Candle Story）一直是这方面的典范。最简单的方法是认真的结论。顺便看一下设置人们代替平庸的称呼。另一个结论是：关于打印速度的广告数据应理解我所说的内容-即使不作弊，有时也很容易与现实有所不同，这仅仅是因为测量方法不同。