Theorien über die Extruderheizung

Hier geht es ausschliesslich um die Extruder und Kühlung des Filamnts des RF1000. Fragen und Probleme sowie Verbesserungen können hier diskutiert werden
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AtlonXP
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Re: Theorien über die Extruderheizung

Beitrag von AtlonXP »

Danke rf1k_mjh11, für deine ausführliche Beschreibung.

Natürlich finde ich eine genaue Temperatur Messung erstrebenswert.

Die V2 Hot End arbeiten hierbei sehr genau.
In wie weit das mit meinem billigen China Karcher funzt,
da kann ich erst was darüber berichten, wenn diese eingebaut sind.
Ich habe noch keine Erfahrung damit!

PLA und PETG sind relativ unempfindlich bei zu hohen Temperaturen.
Das sieht bei ABS und PA12, anders aus.
Dort ist es erstrebenswert, die Grenztemperatur der Zersetzung (Kompromiss) zu finden.
Leider Spielt der Faktor Schmelzkammer Größe und Materialdurchsatz ebenso eine große Rolle.
Es ist also nichts in Stein gemeißelt!


Da ich auf meine V2 Hot End eingeschossen bin und in etwa auch die gleichen Geschwindigkeitspaarmeter verwende,
erspare ich mir viel rum Probiererei bei neuen Einstellungen.

Am E3D V6 sehe ich so viele Möglichkeiten des Feintunings,
ich freue mich jetzt schon darauf mit den Dingern zu arbeiten.
Ebenso sind die Dinger scheiß billig, so das man für jeden Anwendungszweck,
sein eigenes Hot End konfigurieren kann.

Welche FW hast du aufgespielt? ;-)

Bleib Gesund!

LG AtlonXP
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rf1k_mjh11
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Re: Theorien über die Extruderheizung

Beitrag von rf1k_mjh11 »

Hallo AtlonXP,

Nun muss ich wieder eine Frage beantworten, bevor ich zum eigentlichen Thema komme.
AtlonXP hat geschrieben:Welche FW hast du aufgespielt? ;-)
Jetzt ist die RF.01.42 drauf.

Ich war eigentlich recht zufrieden mit der RF.01.33 die ich vorher drauf hatte. Bloß die Geschichte mit der Unterschlagung (oder war's die unregelmäßige Summierung) der Nachkommastellen bei vielen kurzen Liniensegmenten, die ich korrigiert haben wollte. Nibbels, glaube ich, hatte den Fehler zuerst 'entdeckt' und in die Community Version eingepflegt. Conrad hat sich damit etwas mehr Zeit gelassen.

Allseits Gesundheit! (Irgendwie fehlt für so was ein Emoji)
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mjh11
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Re: Theorien über die Extruderheizung

Beitrag von rf1k_mjh11 »

So, jetzt komme ich wieder auf das eigentliche Thema zurück.

Kommen wir wieder zur induktiven Heizung.

Die Vorteile der Induktiven Heizung, zumindest die, die bisher vorgebracht wurden, scheinen zu sein:
a) schnelleres aufheizen
b) falls eine geringere thermische Masse erreicht werden kann, auch ein schnelleres Abkühlen
c) kleinere Schmelzkammer möglich

Gerade in einem Dual-System würden alle Vorteile voll zur Geltung gelangen. Beim Materialwechsel verkürzt sich die Aufheizzeit und das Sabbern verringert sich durch die raschere Abkühlung.
Single- und Dual-Systeme sollten beide theoretisch von einer kleineren Schmelzkammer profitieren (basierend auf den aufgelisteten Punkten, ganz zu Anfang des Threads).
Die Punkte a) und b) bringen beim Single-System relativ wenig. Schon bei einem ‚flotten‘ 2 Stunden Druck machen die zusätzlichen 120 Sekunden Aufheizzeit für das Hot End ‚das Kraut nicht fett‘. Der Vorteil einer kürzeren Aufheizzeit relativiert sich im Single-System noch mehr, wenn man die Bettheizung mit betrachtet. Bis das Bett ordentlich ‚durchgewärmt‘ ist, ist das Hot End längst einsatzbereit. Die schnellere Abkühlzeit sorgt bloß dafür, dass man den Drucker 1-2 Minuten früher ausschalten kann (vor allem wenn man ein ganz-Metall Hot End hat und die Kühlluftzuführung aus temperaturempfindlichem Material besteht).
[EDIT: ich habe heute früh gestoppt, wie lange mein Hot End braucht, um auf 200 zu kommen. Ergebnis: 80 Sekunden. Das ist deutlich schneller als mein Auto, das mit Ach und Krach 145 schafft (ohne Gegenwind) :stinkt: . Somit erspart sich georg-AW, mit seinem Hot End, mir gegenüber 62 Sekunden.]

Damit kommen wir zur kleineren Schmelzkammer.
Auch diese hat ihre Grenzen. Wird diese sehr klein, schafft es die Heizung (egal welche) irgendwann nicht mehr, das Material rechtzeitig auf Soll-Temperatur zu bringen, ohne das Material zu überhitzen.

Beispiel gefällig?
Natürlich muss ich hier etwas ins Extreme gehen, in allen Bereichen.

Annahmen:
Beheizt wird nur die Düse (für 1.75mm Material). Damit soll das Volumen der Schmelzkammer gleich dem des Innenlebens der Düse sein.
Als Beispiel nehme ich hier die Düse meines Picos, die ist ungefähr so wie die vom E3D6. Hier eine Zeichnung des Herstellers:
Pico_Nozzle_DWG.jpg
Hier ein Schnittbild, von mir gezeichnet:
PicoNozlSection.jpg
Das Innenleben musste ich schätzen, aber da wird nicht viel schiefgegangen sein. Der Bohrungsdurchmesser, mit 2mm, entspricht der Bohrung im Hot End selbst. Die Länge der Bohrung und die genaue Form der Konus-förmigen Verjüngung könnten minimal abweichen. Das macht insgesamt, vom Volumen her gesehen, keine 3% aus.

Das Volumen kommt somit auf beinahe exakte 50mm³.

Das ist das Volumen unserer Schmelzkammer, eines der bestimmenden Faktoren.

Der nächste bestimmende Faktor ist der Materialbedarf pro Zeiteinheit.

Als weitere Annahme soll der Düsendurchmesser 0.8mm betragen, ebenso die Raupenbreite. Da wir flott drucken wollen, kommt eine Layerhöhe von 0.5mm in Betracht. Damit werden pro Millimeter Raupenlänge 0.4mm³ Material benötigt. Drucke ich mit 60mm/Sekunde Geschwindigkeit, werden pro Sekunde 24mm³ Material ‚verdruckt‘.

Also 24mm³ pro Sekunde ist der Materialbedarf, der gedeckt werden will.

Diese 24mm³ entsprechen praktisch dem halben Volumen der Schmelzkammer. Folglich müsste die Heizung in nur zwei Sekunden das Material in der Schmelzkammer aufheizen. Ich gehe hier von einer ‚konventionellen‘ Situation aus, das heißt, nur eine Heizung und damit nur ein beheizter Bereich. Somit muss das Material von Zimmertemperatur in nur 2 Sekunden auf Verarbeitungstemperatur gebracht werden. Geht das überhaupt? Dazu müsste die Heizung, wegen der schlechten Wärmeleitung des Kunststoffs, das Material deutlich höher erwärmen als es benötigt wird, nur damit im Inneren des Filaments die Temperatur annähernd erreicht wird.

Klar, die Annahmen werden für viele grenzwertig erscheinen. Eine 0.8mm habe ich nicht.
Aber um die Sache in Relation zu bringen: ich habe eine 0.6mm Düse, die häufig zum Einsatz kommt (gelegentlich sogar mit 0.5mm Layerhöhe!). Gerade jetzt drucke ich den Corona Gesichtsschutz mit 0.6mm Düse und 0.4mm Layerhöhe. Das ergibt 14.4mm³/s, womit die Düsen-‚Schmelzkammer‘ in 3.4 Sekunden ‚leer‘ wäre. Damit ist die Situation eigentlich schon ähnlich wie eben beschrieben, oder?

Also wird man die Schmelzkammer nur dann recht klein machen können, wenn das Material bereits vorgewärmt in der Kammer ankommt. Siehe Idee hier.

Vielleicht täusche ich mich, aber es scheint als ob georg-AW bereits so einen Ansatz gefunden hat. Im Beitrag mit seiner 'Version A' zeigt er im Bild zwei aufgepresste magnetisierbare Ringe. Damit wäre der untere Ring nur für die Schmelzkammer zuständig (die genau geregelt wird) und der obere Ring könnte das Vorwärmen übernehmen.
Dabei muss die 'Vorwärmkammer' nicht zwingend geregelt werden. Bloß bin ich mir hier nicht sicher. Einerseits sollte das Material vorgewärmt werden, um eine kleine Schmelzkammer zu ermöglichen, andererseits wird das Material, ab einer gewissen Temperatur bereits weich, staucht sich auf und erzeugt dadurch schon erhöhte Reibung, die der Förderkraft entgegenwirkt. Ist der aufgestauchte Bereich sehr groß, steigen die Förderkräfte so stark an, dass das 'Fräsen' des Filaments unvermeidlich wird. So was kann bei PLA schon ab 60°, spätestens ab 70° eintreten. Andererseits würden ASA oder ABS hier deutlich höhere Temperaturen vertragen. Schafft man das ohne Regelung?

Ich finde die Idee der induktiven Heizung trotzdem toll. Einer der Punkte, wo vermutlich noch viel Potential liegt, ist die Größe. In einem weiteren Beitrag georg-AWs, sieht man im Bild einen Prototyp, wo die Größe noch praktisch gleich dem des V1/V2s ist.
Hier ein Vergleich:
InductiveVsV2.jpg
ACHTUNG: Ich spreche hier nur die Größe der Heizung an, nicht die des gesamten Hot Ends (das Hot End sollte vermutlich annähernd gleich groß sein, um problemlos im RFx000 eingesetzt zu werden).
Damit ist aber noch lange nicht gemeint, die thermische Masse wäre gleich. Die induktive Variante kann/könnte eine deutlich niedrigere Masse aufweisen als das V2 Hot End oder einem E3Dv6. Ich vermute aber, dass die induktive Spule dazu 'luftiger' werden müsste, damit vom beheiztem Bereich die Wärme besser und damit rascher abstrahlen kann. Ist der beheizte Teil schön in PEEK verpackt, wirkt das isolierend und verlängert die Abkühlzeit.

Na ja, so halt meine Gedanken dazu...

Allseits Gesundheit!

mjh11
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Re: Theorien über die Extruderheizung

Beitrag von AtlonXP »

Hallo rf1k_mjh11,
ich habe es geahnt, dass du nicht unsere Community FW aufgespielt hast.
Ich sage da nur: „Du versäumst was“! :zunge:
Aber jedem das seine.

Zu deinen langatmigen Überlegungen.
Da gibt es nichts zu Meckern.
rf1k_mjh11 hat geschrieben: Ich gehe hier von einer ‚konventionellen‘ Situation aus, das heißt, nur eine Heizung und damit nur ein beheizter Bereich. Somit muss das Material von Zimmertemperatur in nur 2 Sekunden auf Verarbeitungstemperatur gebracht werden. Geht das überhaupt?
Genau das ist der Knackpunkt, wo ich darauf hinaus möchte!
Wenn nur die Düse dies hohe Temperatur hat, dann gibt sie dem Material noch eine mit.
Ohne, dass das Material Zeit hat, in die Zersetzung zu gehen.
Wir brauchen das bei ABS und PA.
Umso höher die Verarbeitungstemperatur, desto besser ist das Layerbonding!

Die überhöhte Temperatur, darf nur bei der Düse anstehen mit einer kurzen Verweilzeit.
Davor darf natürlich noch eine größere Schmelzkammer sein,
wo die Temperatur in angemessener Zeit auf eine normale Schmelz Temperatur bringt.

Bei unserem Spielzeug ist das natürlich eine Herausforderung in der Dimensionierung.
Ich denke aber es würde sich lohnen!

LG AtlonXP
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