Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

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rf1k_mjh11
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Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #1 von rf1k_mjh11 » Mi 16. Dez 2015, 17:50

Ich mache die alljährlichen Weihnachtsanhänger/Christbaumschmuck. Das sind sehr dünne Dinger, 3-4 Layer hoch, bei einer Layerhöhe von nur 0.1-0.12mm. Stellenweise papierdünn also.

Das Dünne ist gewollt, da die Dinger durchscheinend sein sollen. Der erste Layer ist absolut wichtig - Gleichmäßigkeit ist gefordert. Jeder Fehler wird in der Durchsicht sichtbar.

Diskussionen über die Z-Kompensation, den Z-Endschalter, usw., gibt es im Forum zur Genüge. Auch die vermutlich zutreffende Aussage von Stefan baut Zeug in diesem Post, wo die Durchbiegung der Wiegezellen die Layerhöhe beeinflusst.
Ich sprach auch den "Selbstverstärker-Effekt" an, wo sich die Durchbiegung der Wiegezellen sogar verstärkt, wenn die Layerhöhen recht dünn werden.
Spoiler 1
Bei einer geringen Layerhöhe, also schmalem Spalt, steigt der Druck im Hot End weiter als sonst, da das Material nicht so leicht austreten kann {ähnlich wie beim Pinkeln => der Druck steigt, wenn man nicht leicht austreten kann ;) } - die Wiegezelle biegt sich durch den höheren Druck noch mehr durch als sonst, der Spalt verengt sich noch mehr, das Austreten wird noch schwieriger, der Druck steigt noch weiter, usw. usw..


Ich möchte aber ein zusätzliches Phänomen ansprechen: Der langfristige Temperatureinfluss.

Beim Drucken, zuletzt, sah ich, dass die Layerhöhe zu Beginn perfekt passte. Der Druck vom ersten Christbaumschmuck begann gut. Ich drehte mich folglich weg und arbeitete an was Anderen weiter. Alle paar Minuten wurde ein Blick darauf geworfen. Nach ca. 15 Minuten Druckdauer bemerkte ich, dass die Layerhöhe unerklärlicher weise um einiges zu dünn war! Wieso? Die Z-Kompensation sollte doch aktiv sein (für die, die es genau wissen wollen: bei so einer geringen Layerhöhe wird parallel zur Bettoberfläche verfahren). Ich merkte auch, das die Spindeln sich immer leicht bewegten. Also an der Z-Komp, lag es (wahrscheinlich) nicht. Der letzte Heat Bed Scan war vorgestern.
Dann sah ich, dass der Lüfter nicht lief. Bitte Foto #3 ansehen. Ich habe den Lüfter anders eingesetzt, als vorgesehen. Ich kühle seit einiger Zeit den PEEK-Teil vom Hot End.
Die Erklärung für den Lüfter:
Spoiler 2
Vielleicht spinne ich, wer weiß. Ich bilde mir ein, dass zu viel Wärme beim Hot End nach oben kriecht und letztlich zu einem unnötigen Anstieg des Extrusionsdrucks, und schließlich zu einem Durchrutschen des Randelrads führt. Seit einigen Wochen habe ich den Lüfter so 'vergewaltigt'. Ich darf nur nicht vergessen, im Slicer die Einstellungen entsprechend umstellen, dass der Lüfter dauernd läuft. Hier hatte ich dummerweise ein Profil verwendet, wo ich es vergessen hatte.

Ein, zwei Minuten nach dem Einschalten des Lüfters begann sich die Layerhöhe zu 'normalisieren', sich dem Sollwert zu nähern. Nach einigen Minuten war es wieder OK.

Offensichtlich beeinflusst eine längere Temperatureinwirkung die Layerhöhe. Ob als Folge einer Längenausdehnung, bleibt noch offen. Möglich wäre auch, dass die Kühlung die Reibung reduziert, was wiederum die notwendige Förderkraft (= in etwa Druck) reduziert, und als Folge die Durchbiegung vermindert.

In Bild #2 sieht man schön den deutlichen Unterschied in Layerhöhe. Beim grün-gelben Pfeil wurde mit dem Infill begonnen. Diese setzte sich fort in der Richtung des rot-gelben Pfeils. Als es um das mittlere 'Loch' herum von der anderen Seite zum bereits gedruckten Infill stösst, sieht man einen deutlichen Höhenunterschied.
Im Bild #4 sieht man den 'Weg' wie der Infill gedruckt wurde. Am Teil selbst (im Foto kaum) sieht man wie die Höhe schön langsam entlang der Strecke abnimmt. Beim gelb-grünen Pfeil sieht man wieder den krassen Höhenunterschied, wo die 'normale' Höhe und die verminderte zusammenstoßen.
Bild #1 zeigt das Druckobjekt mit zu dünner Schicht. Ich hatte den Lüfter ungefähr bei der Spitze des gelb-grünen Pfeils eingeschaltet. Danach stieg nach 30-60s langsam die Layerhöhe. Die gelb-roten Pfeile geben die 'Füllrichtung' an. Der Layer für das Teil war fast fertig. danach wanderte der Extruder zum nächsten Objekt.

Wenn der Druck fertig ist (noch 10 Minuten), versuche ich den Höhenunterschied zu messen (habe aber kein Mikrometer und ein Rand steht vor).

Vielleicht findet einer eine andere Erklärung?

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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #2 von Zaldo » Mi 16. Dez 2015, 22:10

Mir ist heute auch noch etwas aufgefallen, was da mitspielt: Zeit. Einfaches Beispiel: Vor dem HBS heizen wir das Bett auf 100°C und warten mindestens 5 Minuten bevor wir den Scan starten. Beim Drucken heizen wir bis zur Zieltemperatur und drucken los. Beim Bett ist das garnicht mal so tragisch, weil die Thermische Ausdehnung gering ist. Beim Extruder ist das nicht so, und wenn der Thermistor gerade eben 250° erreicht hat, heißt das lange nicht, dass dem Extruder auch bereits seine volle thermische Ausdehnung wiederfahren ist.

Will heißen, wenn man genaue Layer haben will, müsste man soweit gehen, die Kiste erstmal 10 Minuten anzuheizen (sowohl vorm kalibrieren als auch wor jedem Druckstart).
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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #3 von rf1k_mjh11 » Do 17. Dez 2015, 07:37

Dem Zaldo stimme ich hier vollends zu:

Zaldo hat geschrieben:.... Will heißen, wenn man genaue Layer haben will, müsste man soweit gehen, die Kiste erstmal 10 Minuten anzuheizen (sowohl vorm kalibrieren als auch wor jedem Druckstart).


Wobei ich vor dem Drucken meist schon 5-10 Minuten das Bett auf 100% der Betriebstemperatur, und den Extruder auf 80% aufheize. Das geschieht nebenbei. Drucker einschalten und Temperaturen (mittels Repetier-Host) setzen. Bis ich alles bereit habe (Datei geladen, Filament eingespannt, optisch alles kontrolliert habe) vergehen 5-10 Minuten.
Nur: beim HBS werde ich ab jetzt alles min. 30 Min. auf Betriebstemperatur bringen, bevor ich den Scan laufen lasse.

Im beschriebenen Fall des vorigen Beitrags hatte ich unmittelbar davor eine Druckjob abgeschlossen. Das heißt, Bett und Extruder waren schon über 2 Stunden auf Soll-Temperatur. Nun ja, ganz stimmt es nicht - ich musste das Bett abkühlen lassen, damit ich die Teile vom Bett bekam, und der Extruder wurde auf 60% vom Soll gesenkt, damit sich das Sabbern reduziert.

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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #4 von rf1k_mjh11 » Fr 18. Dez 2015, 13:00

Update zum Phänomen:

Ich vergaß fast, den Höhenunterschied zu messen, und habe ein halbes Dutzend der Ausdrucke schon an Kollegen abgegeben.

Zum Glück war das fragliche Stück nicht darunter (es fiel bei der optischen Qualitätsprüfung durch).

ERGEBNIS:

Einen Dickenunterschied von ca. 0.05-0.07mm wurde gemessen. Das heißt, die Layerhöhe hat sich nach mehreren Minuten Druck um ungefähr 0.06mm verringert. Das könnte eine Folge der Wärmeausdehnung des Messing- und PEEK-Teils sein.

Ich werde jedenfalls beim nächsten HBS 15 Minuten bei Solltemperatur zuwarten, bevor ich den Scan starte.

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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #5 von riu » Fr 18. Dez 2015, 13:31

Ich finde die Problematik mit dem ersten Layer auch extrem lästig. Aber nach langem hin und her überlegen komme ich zu dem Schluss dass hier etwas versucht wird zu kompensieren, was mit den Bordmitteln garnicht kompensierbar ist.

Die Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Druckplatten und Extrudern die bereits in Betrieb sind bei verschiedenen Temperaturen ist so garnicht durch einen statischen Scan abgedeckt. Höchstens über eine Zeit t und eine Temperatur T. Beides ändert sich währende eines Drucks aber ständig. Die Gesamttemperatur steigt auf einen Maximalwert, je nachdem ob Eingehaust oder nicht und bis dahin ändert sich einfach alles und ständig. Der Scan ist nur ein Scnapshot eines Zustandes.

Eine aktive Überwachung der realen Druckhöhe über dem Bett oder dem Objekt ist technisch nicht oder nur mit immensem Aufwand realisierbar.

Dieser Thread wird nie enden denn es gibt viel zuviele Möglichkeiten warum sich der HBS der einmal gemacht wurde nach 2-3 Drucken nicht mehr passt.

Konsequenter Weise müsste man vor jedem Druck mit den Parametern die beim bevorstehenden Druck zugrunde liegen ein HBS gemacht werden. Dieser wäre mit einem Drittel der Messpunkte so wie er im Moment ist wesentlich genauer als einer mit vielen aber unter falschen Bedingungen. Voraussetzung für einen schnellen Scan wäre ein wenigsten "nahezu" 100% in sich planares Druckbett. Dann würde man mit 9 Messpunkten auskommen und der HBS würde 30-60 Sekunden dauern. Bei der Wellpappe von Keramikplatte ist das aber leider nur ein heeres Ziel was total vergeigt wurde.

Ein M Befehl um den HBS zu starten wäre für mich eine Tolle sache. Wenn Druckbett und Extruder die Temperatur erreicht haben, per M Code den HBS starten und dann Kompensation an und drucken. Das würde m.E. einiges an Stress rausnehmen.

Egal ob Filament im Extruder ist oder nicht das sollte vernachlässigbar sein.

Ich wollte mal eine andere Sichtweise einwerfen :grins:

Liebe Grüße,
Udo

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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #6 von RF1000 » Fr 18. Dez 2015, 13:41

Hallo Udo,


du kannst den Heizbettscan mit M3010 starten. Mit M3020 ... M3025 kannst du die Start- und Endpunkte in X- und Y-Richtung sowie die Auflösung einstellen.
Was für deinen Ansatz noch fehlt wäre ein G-Code der wartet, bis der Heizbettscan abgeschlossen ist. Solange der Heizbettscan läuft wird die Firmware alle Fahrbefehle per G-Code nämlich verweigern. Solange es den Warte-G-Code für diesen Fall noch nicht gibt könnte man sich mit einem G4 helfen um eine fixe Anzahl von Sekunden zu warten.
Nur hat man als grundsätzliche Herausforderung bei diesem Ansatz, dass beim Scannen ja kein Filament im Extruder sein darf. Und beim Drucken wäre es sehr vorteilhaft, Filament im Extruder zu haben. Mit ein bisschen Zeit wäre aber vermutlich auch das in den Griff zu bekommen ... evtl. kann man das Filament bei der richtigen Temperatur soweit aus dem Extruder ziehen, dass es beim Scan nicht mehr stört, nach dem Scan aber automatisch wieder reingeschoben werden kann.


mfG
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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #7 von Zaldo » Fr 18. Dez 2015, 14:10

Ich hatte ja schonmal den Ansatz in den Raum geworfen, vor dem Druck "Einen" Referenzpunkt zu scannen. Schwankungen des Idle F-Werts duch wechselnden Zug am Filament aufgrund der Bewegung sollten da entfallen, da bei einer Einzelmessung keine Bewegung stattfindet. Bestenfalls Die Wischbewegung, aber da reichen 2mm.

Ich stelle mir das so vor:
-Retract
-Referenzpunkt anfahren
-Referenzpunkt scannen (Tisch hoch bis der Idle-Wert steigt, etwas mehr als beim normalen HBS)
-Extruder 2mm verfahren
-Tisch langsam wieder absenken, die Höhe bei der der Idle-Wert (+/- Toleranz) wieder erreicht ist, ist der Z=0 Punkt. Diesen als Offset auf die letzte HBS Matrix anwenden

@Udo, Klar gibt es jede Menge bekannte unbekannte dabei. Genaugenommen "wächst" ja der kompltte Drucker wenn er eingehaust ist. Der Punkt ist aber, man hat es ein Stück weit unter Kontrolle. Wenn ich es halt möglichst genau haben will, dann lass ich meinen Drucker, Bauraum etc pp eine halbe Stunde vor dem Scan, und auch eine halbe Stunde vor dem (jedem) Druck auf "Betriebstemperatur" kommen, und dann habe ich schon etwas kalkulierbarere Verhältnisse. Aber momentan wird diesbezüglich ja garnichts kompensiert. Schlechter geht eigentlich nicht.
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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #8 von riu » Fr 18. Dez 2015, 14:13

Hallo RF1000.

Das Filament darf den HBS nicht stören. Man muss einfach mehr Investeiren um diesen drift zu kompensieren. Meine HBS laufen auch mit Filament sauber durch und messen eigentlich keinen Unsinn. Es sollte eben soweit retracted werden dass es nicht mehr oozed also z.B. 30mm. Wobei das oozen auch egal ist. Man müsste dem HBS einfach beibringen dass er den Druck wenn läuft, pausiert und beim beenden ,wenn Druck gestartet und Pause gesetzt ist, diese einfach aufhebt und Druck weiterlaufen lässt :zwinkern:

Liebe Grüße,
Udo

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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #9 von RAU » Fr 18. Dez 2015, 19:30

Mir ist bei der Diskussion noch folgendes aufgefallen:

Die Beobachtung von mjh11, dass die Wärme im Extruder langsam nach oben steigt und über mehrere Minuten Höhenänderungen verursacht, ist ja sehr plausibel. Ich kann mir vorstellen, dass dies ohne aktive Kühlung auch nach sehr sehr vielen Minuten noch messbar wäre.

Wenn man nun den HBS mit warmen Extruder macht, hat man dieses Problem auch schon beim Messen. Der gewünschte Effekt, dass die Genauigkeit verbessert wird weil man den Extruder im Betriebszustand hält, wird ins Gegenteil verkehrt: Die Platte wird ja nicht in der gleichen Reihenfolge abgetastet, wie nachher das Modell draufgedruckt wird. Die Längendehnung beim Messen und beim Drucken können sich als Fehler sogar addieren. Es empfiehlt sich daher eher, bei kaltem Extruder zu messen. Durch Vorheizen kann man das Problem sicher reduzieren, aber vermutlich nicht eliminieren.

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Re: Das Phänomen der sich ändernden Höhe des 1. Layers

Beitrag #10 von Zaldo » Fr 18. Dez 2015, 20:28

RAU hat geschrieben:Die Platte wird ja nicht in der gleichen Reihenfolge abgetastet, wie nachher das Modell draufgedruckt wird.


Das verstehe ich jetzt nicht, Wenn Platte und Extruder gleichmäßig "durchgeheizt" sind, ist das doch egal. Die Kompensation richtet sich nach den X/Y Koordinaten. Außerdem spielt die Ausdehnung der Keramikplatte kaum eine Rolle. Das deckt sich auch mit den ergebnissen die ich mit verschiedenen HBSsen bei verschiedenen Betttemperaturen gemacht habe. Die waren nahezu identisch. (Gut, wenn man natürlich ne Aluplatte eingebaut hat... :P)

Lediglich der Extuder hat einen riesen Einfluss, weil das Messing einen viel größeren Dehnungskoeffizienten hat, und dann auch noch Längendehnung...
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