RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Hier könnt Ihr Erweiterungen oder Verbesserungen des RF2000 vorstellen oder diskutieren. Verbesserungspotential ist ja vorhanden. Modifikationen und Zubehör können hier ebenfalls diskutiert werden.
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RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #1 von Nibbels » So 8. Jan 2017, 01:10

Guten Abend,

da mein Projekt inzwischen eine gewisse Reife erreicht hat, stelle ich es hier vor :)
Es ist nicht zwingend notwendig sowas zu tun. Es kann auch sein, dass es in meinem Fall überhaupt nichts bringt. Dennoch hab ichs durchgezogen.

Meistens wird eine Wasserkühlung bei alternativen Hotends erwähnt, um die Kühlrippen einzusparen oder vom Hotend aufsteigende Hitze schnell abzuführen.
Meine Motivation war eine andere: Manche Filamente haben mir bei höheren Umgebungstemperaturen Probleme bereitet. Ich nutze die Umhausung und aus diesem Grund ist die Temperatur im Drucker erhöht. Ebenfalls sollten die Motoren möglichst kühl betrieben werden - nicht heiß.

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Darum meine Idee:

Eine Wasserkühlung.
Gabs aber schon. Mein eigentliches Ziel war es, eine minimal invasive Mikro-Lösung zu finden.
Und deshalb habe ich mich für 5/3mm Schläuche entschieden. Das kleinste was ich finden konnte.
Im PC-Bereich gibts meistens Schlauchdurchmesser (aussen/innen) 10/8mm oder 11/8mm oder größer. Doch das ist viel zu massiv, um nur ein paar Watt ohne Luftzug abzuführen. Die High-End-Sparte für CPU-Kühler will Grenzschichtoptimiert mit sehr viel Strömungsgeschwindigkeit arbeiten und möglichst überall im Kreislauf immer dieselbe Temperatur halten. Damit hängt die CPU-Temperatur mit minimalstem Offset an der Lufttemperatur mit welcher der Radiator gekühlt wird. -> Das wäre hier völlig überdimensioniert.
Ich muss nicht 400Watt abführen, sondern will lediglich einen Wärmestau an den Motoren und über dem PEEK-Teil des Extruders verhindern. (Wasser kann ziemlich viel Wärme abtransportieren, auch wenn es nur wenig Wasser ist.)

Meine Idealvorstellung:
- Wenig Zusatzmasse,
- kleinstmögliche Kühler,
- wenig Einfluss auf die DMS-Sensoren,
- dünner Schlauch = Biegung weniger schädlich für Schlauch
- dünner Schlauch = passt in die Energiekette

Kritische Punkte:
- Der Strömungswiderstand des Kreislaufs wird hoch
- Der Wasserdurchsatz sinkt massiv
- Die Pumpe muss damit klarkommen
- Eine Frage ist, ob eine Absenkung der Motortemperatur auch der Filament-Ritzel-Temperatur hilft.
- Eine Frage ist, ob das (stärkere) Kühlen am Einspannblock einen ähnlichen Effekt hat, wie das Kühlen des PEEK-Teils mit Luft.

Hier mein Ergebnis:
Pumpkreislauf mit Ausgleichsbehälter. Die Federn sind Knickschutzfedern in Schlauchgröße.
Screenshot_1.jpg

Im Destwasserkanister hängen beide Schläuche voll im Wasser.
Screenshot_2.jpg

Eine winzige Pumpe im 12V-Format. 8,98Euro
Screenshot_3.jpg

Je weiter man diesen Hahn zudreht, desto stärker wird der kleine Kreislauf gebremst, desto mehr Druck baut sich an den 5/3mm Leitungen Richtung Extruder auf. Bis das Wasser strömt. Die Pumpe klingt mit etwas Widerstand besser als ohne.
Screenshot_4.jpg

Screenshot_5.jpg
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #2 von Nibbels » So 8. Jan 2017, 01:13

Die Verlegung der Schläuche:

Hinten links von unten in den Drucker:
Screenshot_6.jpg

Am Kabelbaum nach oben:
Screenshot_7.jpg

In die Energieschleppe:
Screenshot_8.jpg

Oben wieder raus.
Screenshot_9.jpg


Das Material des dünnen Schlauchs:
https://www.rehau.com/download/820414/r ... brosur.pdf
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #3 von Nibbels » So 8. Jan 2017, 01:19

Der Extruder:

Bild: MCX one
Screenshot_10.jpg

Zwischen den kleinen Kühlern und dem Alu befindet sich noch Wärmeleitpad (HT2510).
Ich musste die Kühler unten planfeilen, da das ab Werk nicht so war. Das Eindrücken der Dichtungskugel hat die Kühlfläche verformt gehabt.
Anschließend habe ich das Gewinde im "MCX one" rausgebohrt und die Imbus-Schraube in das Gewinde des jeweiligen Alu-Block verschraubt.
Screenshot_12.jpg

Screenshot_13.jpg

Screenshot_14.jpg

Screenshot_15.jpg


Zum Schluss stellt sich die Frage: Wieviel bringts?
Wenns nichts bringt, habe ich von nun an 4 weitere Löcher mit Gewinde im Drucker. Die Schläuche lassen sich einfach wieder herausziehen.

Bisher weiß ich:
- Die Leistung der Pumpe reicht aus, um das Wasser durch den Extruder zu treiben, das scheint kein Problem zu sein.
- Die Wassergeschwindigkeit scheint trotz dem dünnen Schlauch erstaunlich hoch, wenn man flüchtende Luftblasen beobachtet.
- Die X-Achse ist voll beweglich, ich merke keinen Unterschied (Hand-Schiebetest)
- Nichts wackelt, nichts tropft.

Ich starte die Pumpe mit offenem Hahn, kleinem Wasserkreislauf, dann drehe ich ihn langsam zu, bis der Pumpenton angenehmer wird. Man merkt dann, wie letzte Luftblasen durch den Extruder flitzen und dann läuft das Wasser im Kreis.

Sollte sich das System bewähren, klemme ich die Pumpe an einen der FET-Ausgänge (X19, X42, X44...)
Screenshot_16.jpg


Ausblick: Man könnte alternativ alle Motoren im Drucker sehr einfach mitkühlen. Die Schläuche sind superbeweglich und einfach zu verlegen. Da spannt nichts und man muss sich mit den Radien kaum Gedanken machen.

LG
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #4 von Nibbels » Di 10. Jan 2017, 20:37

Soweit ich jetzt schon ein Urteil fällen kann, bin ich von meinen neuen Temperaturen begeistert.

Nach mehreren Stunden ABS-Druck (ständige Retracts, 4000 Digits) sind beide Extruder-Motoren lauwarm (~35°C)
und die Hotendeinspannung an den DMS-Sensoren ist nur wenig wärmer wie das Wasser.
Alles andere im Drucker wurde ~+20°C wärmer. (Bauteillüfter Plastik >50°C.)

Da ich keinen richtigen Radiator im Wasserkreislauf eingebunden habe, wärmt sich das Wasser (28..29°C) zur Zeit noch langsam auf, aber diese Temperatur ist top.
Man sieht oben im Kanister, wie sich Kondenstropfen bilden und manchmal wieder herunterperlen.
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #5 von Darrol » Do 26. Okt 2017, 13:39

Hattest du zwischenzeitlich nicht auch mal überlegt auch das Motherboard mit Wasser zu kühlen um den Gehäuselüfter zu entfernen?

Das ist jedenfalls ein Gedanke, der mir seit einer Weile durch den Kopf schwirrt. Es sollte ja eigentlich kein großer Umstand sein dein Konzept hier entsprechend zu erweitern. :developer:
Auf jeden Fall ne super Sache
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  • Wassergekühlter Druckkopf
  • RaspberyPi 2 Repetierserver und NoIR-Cam
  • Einhausung, mit Absaugung
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #6 von Nibbels » Do 26. Okt 2017, 18:56

Ich glaub auf dem Mainboard gibts nichts was extrem zu kühlen wäre :D
Zumal ich die Motorströme noch zusätzlich runtergenommen habe.

Ein leiser PC-Silent-Lüfter reicht auch.
Der ist natürlich verbaut, ich schalte aber zur Sicherheit immer die Kreissäge per GCode ab, der ist nicht abgeklemmt und auch nicht abgesteckt. Nutzt man den GCode nicht, läuft es eben wie bisher.

Inzwischen ist die Wakü auch sauber verbaut und abnehmbar ;)
Screenshot_2.jpg

Screenshot_1.jpg

Screenshot_3.jpg
Screenshot_4.jpg

LG
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #7 von Darrol » Sa 13. Jul 2019, 15:01

Hallo allerseits,

nach einer etwas längeren Pause habe ich meine Kiste mal wieder in Betrieb genommen sie nun auch mit einer Wasserkühlung versehen.

Das Fazit vorweg: Ich hätte das schon längst machen müssen. Das Gerät arbeitet nun plötzlich absolut zuverlässig. <3
Zuvor musste ich beim arbeiten mit PLA immer auf Retracts verzichten, da mir das das Hotend nach weniger als 30 Minuten verklebt hat. Denselben Effekt hatte ich sogar bei ABS wenn sich ein Druck über mehr als 3-6h hinzog.
Mein erster Versuch für ein etwas größeres Teil aus PLA hat gestern knapp 6h gebraucht und lief absolut problemfrei durch.

Hier nun mein Setup:

Teile:
  • Thermaltake Pacific PR15 Pumpe mit Reservoir (200ml)
  • LM2596 DC-DC Buck Converter
  • Alphacool NexXxoS ST30 Full Copper 120mm Radiator
  • Alphacool Eiszapfen 13/10mm Anschraubtülle G1/4 Schwarz (Deep Black), 6er Pack
  • 2x Alphacool MCX one Kühler
  • 2x Alphacool MCX ram Kühler
  • 2x Alphacool MCX 5 x (5-fach Verteiler für die dünnen Leitungen)
  • 2x Verschlussschraube G1/4
  • Alphacool MCX Verschluss - Schwarz 10er Set
  • 3m 13/10mm (3/8" ID) PVC-Schlauch, transparent
  • 3m 5/3mm PVC-Schlauch, transparent

Die Kühlkörper habe ich nicht geschraubt sonder mit 2K-Kleber befestigt. An der Hotend-Halterung hatte ich zunächst Bedenken, dass sie abreißen sobald die Schraube angedreht wird und das Teil Spannung bekommt, aber bisher halten sie.
Alle Kühlkörper sind direkt über die 5-fach Verteile an Vor- und Rücklauf angeschlossen. Die Schläuche sind so verzurt, dass erst hinter den Extrudermotoren Bewegung möglich ist.
IMG_20190712_200452.jpg


Die Anschraubtüllen an der Verteilern sind durch das hintere, obere Blech hindurch geführt. Beim Zuschrauben der Tüllen bleibt zwischen der Tülle und er Verschraubung ein kleiner Spalt, der relativ genau der Stärke des Bleches entspricht. Damit die Tülle mit dem Gewinde durch passt habe ich das Blech mit einem Stufenbohrer auf 18mm aufgebohrt. Tatsächlich ist zwischen der Verschraubung und dem Blech noch ein bisschen Spiel(Schätzungsweise <0,2mm), so dass sich die Schläuche/Verteiler noch ein wenig drehen lassen.
IMG_20190712_200512.jpg

IMG_20190712_200529.jpg


Den Radiator habe ich an die rechte Spulenhalterung geschraubt. Der zugehörige Lüfter kam bislang noch nicht in der Post an, aber wie Nibbels bereits schon mal festgestellt hat ist so ein Lüfter eigetnlich auch nicht zwingend notwendig. Das Reservoir mit der Pumpe habe ich links ans Gehäuse geschraubt. Um die Ecke dahinter ist der Buck-Converter ans Gehäuse geschraubt.
IMG_20190712_200705.jpg
IMG_20190712_200436.jpg
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Re: RF2000 mit Wasserkühlung für Extruder

Beitrag #8 von AtlonXP » So 14. Jul 2019, 13:15

Hallo Darrol,
PVC Schläuche halte ich für nicht so geeignet.
Wenn die Dinger eine rötliche Verfärbung aufzeigen, solltest du diese wechseln.

Leider altern die Schläuche bei warmer Umgebungsluft recht schnell (Weichmacher Verlust).
Ich empfehle darum Schläuche aus Silicon.

LG AtlonXP


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