Hochleistungs-Doppelmotorextruder

Hallo Forum,

aktuell baue ich meinen nächsten Drucker mit dem Ziel, Teile in einem Bauraum vom 50cm x 50cm x 50cm herzustellen.
Die Mechanik dazu ist in Planung und Fertigung und hat später in etwa diese Gestalt:


Das Gerät soll die weniger kritischen Partien mit relativ hoher Geschwindigkeit erarbeiten, mein Plan sieht mehr als 200mm/s vor.

Da das eine Herausforderung für den Extruder wird ist das die Aufgabe, der ich mich zuerst widme.
Das Vorhaben ist es, einen Extruder nicht mit Antrieb und Gegenlager sondern mit zwei gegenläufig arbeitenden Motoren zu
gestalten die das Filament von beiden Seiten aus bewegen.



Da Ramps-Boards für zwei Extruder ausgestattet sind kann man beide mit den gleichen Pulsen beschicken,
die Spulen eines der Motoren vertauschen und fertig ist der Antrieb.

Die Motoren werden schwenkbar gelagert sodass der Andruck per Federkraft genau so erfolgt wie bei anderen Direkt-Extrudern:


Ein zentraler Rahmen mit Aufnahme für Achsen, Filamentführung und Klemmvorrichtung für das Hexagon-Hot-End
trägt das Ganze:


Der Einfachheit geschuldet ist das Gerät symmetrisch konstruiert:


Statt Kugellagern kommen Schraubverbinder aus dem Möbelbau zum Einsatz.
Dabei handelt es sich um Hülsen mit 8mm Aussendurchmesser und M6er Innengewinde.
Da sich die Motoren nur um wenige Winkelminuten bewegen, muss es kein Kugellager werden.

Der erste Satz Teile ist bereits gedruck und mit Motoren bestückt:


die Vortriebsräder sind aktuell noch Plazebos die ich später duch geriffelte Bolzen ersetzen möchte.
Sie dienen hauptsächlich dazu zu sehen, ob die Mechanik problemlos ineinander passt.
Der gesamte Aufbau ist recht kompakt geworden und so gibt es später mit Metallteilen keine unschönen
Überraschungen.
Sieht aber gut aus und alles passt genau zusammen:



Zusammengebaut mit beiden Motoren sieht es bisher so aus:


Heute habe ich leider keine Federn um den Zusammenbau fertig zu stellen und testen zu können,
ausserdem steht mir der Sinn noch nach selbst gedruckten Schraubenköpfen für die Schrauben zur Vorspannung.
.
Leider geht es noch vor dem Wochenende auf 4-wöchige Dienstriese, dann ist mit Bastelei erstmal nichts mehr

Vielleicht gibt die Reise nach Asien aber die Chance her, noch ein paar Teile für den nächsten Drucker zu ergattern

Wer möchte kann das Design gerne aufgreifen, verbessern oder erweitern.
Der Trägerrahmen ist noch ohne spezielle Halterung und bedarf der individuellen Anpassung an den jeweiligen Druckeraufbau:
Doppelmotorextruder.scad

Viel Spass damit!

Ich fürchte du wirst feststellen das nicht der Extruder, sondern das Hotend die Limits für die Geschwindigkeit vorgibt.
Selbst mit meinem kleinen Nema 14 Tinyflex sind 140mm/s kein Problem, Kraft hat der genug, aber irgend wann kommt der Punkt wo das Hotend dann einfach nicht mehr sauber arbeitet. Einfach nur die Heizleistung hochdrehen bringt es dann auch nicht, das zieht einen Rattenschwanz and Problemen nach sich.
An deiner Stelle würde ich schauen was du mit aktuellem Direct Drive und diversen Hotends jetzt erreichen kannst und dann die Schwachstellen ermitteln, bevor du zu viel Arbeit in einen spezifischen Aspekt steckst.
Ich drücke dir die Daumen.
Grüße
Björn

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Kann ich nur zustimmen, die meisten Problme bei den Extrudern sind am Hotend zu suchen.... da mit noch mehr Kraft rein zu ballern, bringt gar nix, wenns unten nicht stimmt.

Leg was mehr Wert auf eine bessere Düse, und du wirst sehen das flutscht fast von alleine da durch.

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Mfg
Wolfgang

Aller Anfang war schwer - Wolfstrap

Reprap-fab.org

Erfahrungen kann man leider schlecht weiter geben, die muss man selber machen.

Hallo :-)

Guter Input das.

Über Heizung an sich mach' ich mir die gleiche Menge an Gedanken wie über die Mechanik da klar ist, dass einfach die Temperatur erhöhen
nur bedingt was taugt.
Zum Thema Temperatur als Funktion der Druckgeschwindigkeit gab es hier ja auch einen schicken Beitrag.

Insbesondere bei hohem Filamentdurchsatz ist die kühlende Wirkung des Filamentes durch die Energieabsorption
beim Phasenwechsel erheblich.
Ich will daher für die finale Version auch nicht die Temperatur am Hot-End maßgeblich vergrößern sondern die thermische
Kapazität der Spitze und des Heizblocks um ein paar Größenordnungen anheben.
Um die bewegte Masse weiter klein halten zu können habe ich überlegt, den umgekehrten Effekt im Hot-End zu nutzen.
In einer die Düse und die Heizpatronen (2x40W) umgebenden Hohlkammer wird Lot geschmolzen.
Eine übliche eutektische Mischung Sn63/Pb schmilzt bei ca. 183°C, nimmt aber beim Phasenwechsel eine erhebliche Menge an Energie auf
ohne in der Temperatur weiter zu steigen. Bleifreie Mischungen Sn/Ag oder Sn/Ag/Cu liegen mit der Temperatur um 220°C, also nur geringfügig höher und sollten den Trick ebenfalls ermöglichen.

Rechnerisch reicht ein Volumen von weniger als 1cm³ aus. Das gibt etwa 6-7 Gramm Material.
Bei einer Wärmekapazität von 0.23J/(gK) und einem Temperaturhub von 160K gegenüber Raumtemperatur speichert es im noch festen Zustand 220-260J.
Das ist eine Menge, die beim Drucken schnell aufgezehrt ist und die man nachheizen muss.

Um das Material bei nur geringfügiger Temperaturerhöhung zu schmelzen braucht es aber 2970 kJ/mol.
Die molare Dichte liegt bei 118,71 g/mol, meine 6-7g entsprechen also 0.05mol.
Die darin enthaltene Energie im geschmolzenen Zustand beläuft sich auf stolze 148500J - die thermische Kapazität hat sich "schnell mal eben" um den Faktor 570 erhöht. Das Ganze bei einer weiteren Temperaturerhöhung von weniger als 5K.

Ich hoffe darauf, dass diese gespeicherte Energiemenge meine Temperatur auch bei hohem Tempo konstant hält.

Was haltet ihr davon?


Da ich die ganz hohen Geschwindigkeiten nur für die nicht kritischen Dinge wie Füllung und Stützmaterial fahren will ergibt sich
voraussichtlich beim Fahren über die Ränder mit kleinerem Tempo eine hinreichende Zeit, die Temperatur stabil zu halten.

Auf jeden Fall bleibt "Schnell Drucken" ein spannendes Gebiet

Das klingt für mich wie Kanonen auf Spatzen. Ich würde den Heizblock aus Messing machen und dann sehen was die Düse selber hergibt.

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Moin moin aus HU.
Das Speichern und Abgeben der Wärme geschieht doch nur beim Wechsel des Agregatzustandes. Bei PLA erreichst Du das aber nicht und bei ABS wird das Lot immer flüssig bleiben. Zudem ist Blei irgenwann nicht mehr so zu verflüssigen. Es ändern sich da die Strukturen .

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Liebe Grüße aus Kaltenkirchen.
Frithjof
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Von wieviel cm³/sec reden wir hier eigentlich? 200mm/sec kann ja je nach Schichtdicke & Breite alles Mögliche bedeuten.

Ich denke mal, das Hauptproblem wird hier sein, den Filamentfaden tatsächlich homogen durchzuwärmen. Natürlich spielen da dann Heizleistung, passende Regelung oder thermische Kapazität mit rein, aber das Hauptproblem wird sein: Wie bekommst Du die Wärme aus dem Hotend ins Filament? Da der Temperatur enge Grenzen gesetzt sind, geht das nur über Verweildauer. Und da Du schnell drucken willst, bedeutet Verweildauer -> lange Heizzone. Die dann wieder eigene Probleme mit sich bringt (Oozing,..).
D.h. mit demselben Hotend fix das Infill "hinzuschmoddern" und in der nächsten Sekunde diffizile Feinheiten zu erstellen wird so vermutlich nicht funktionieren. Das Hotend fürs Grobe kann dann vermutlich auch nur grob.

Hi,

kennst du das hier ? [www.dr-henschke.de]
ein homog erwärmtes Filament kurz vor der düse wäre das optimum, man muss möglichst viel Leistung in das Filament bekommen.
um schnell zu drucken kommen so 3 faktoren zusammen:
1. Wärmeübertragungskoeffizient
2. Temperatur
3. Fläche

1. ist ein fester wert da kann man wahrscheinlich nicht viel tricksen 2. geht nur bis zu einem bestimmten wert bevor das Filament verbrennt.
3. Fläche vergrößern oder Durchmesser verkleinern ist eine Möglichkeit. Fläche vergrößern bedeutet im prinzip die Heizzone zu verlängern, das bringt aber mehr Widerstand und Probleme beim langsam Drucken.
Wenn der Durchmesser des Filaments kleiner wäre, wäre es schneller warm und man könnte schneller drucken.
Was mir bei ein paar Simulationen aufgefallen ist, ist das die Düsen Mutter durch die Konvektion gut und gerne 20°C kälter ist als die Heizzone. Ich denke hier liegt der Hund begraben bei vielen Hotend Designs.
Was ich auch mal überlegt hatte war den kanal kurz vor der Düse nicht rund zu machen vielleicht die Form von einer Torx Schraube. Auch wenn die Theorie schön ist habe ich mit der Praxis so meine Probleme :-D

Gruß
Kevin

Quote
windiesel
Was ich auch mal überlegt hatte war den kanal kurz vor der Düse nicht rund zu machen vielleicht die Form von einer Torx Schraube. Auch wenn die Theorie schön ist habe ich mit der Praxis so meine Probleme :-D

Während der Merlin Entwicklung habe ich ähnliches probiert, aber der durch die extra Elemente/Flächen erzeugte Widerstand macht jeden Nutzen gleich wieder kaputt.

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Quote
windiesel
Was mir bei ein paar Simulationen aufgefallen ist, ist das die Düsen Mutter durch die Konvektion gut und gerne 20°C kälter ist als die Heizzone. Ich denke hier liegt der Hund begraben bei vielen Hotend Designs.

Das kann ich aus meiner Erfahrung her bestätigen. Ich habe vor einiger Zeit ja mal einen Adapter für mein E3D bekommen um damit auch Airbrush-Düsen zu nutzen. Durch den Adapter war die Düse relativ weit weg vom Heizblock. Dadurch kühlt das Filament in der Düse schon stark ab, sodass ich mit dem Hotend heißer werden musste, bzw. auch langsamer drucken musste.

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Triffid Hunter's Calibration Guide

--> X <-- Drill for new Monitor

Most important Gcode.

Wie wäre es mit einem 2-Stufigen Hotend für ABS?
Preheat auf 80°, länge einer Heißpratone ...

Hatte ich auch schon überlegt....

[german.alibaba.com]

Die Anfrage nach einer passenden Heizung in 24V und klein und schlank ist leider mit nem utopischen Preis beantwortet worden...

Diese Wendelrohrpatronen sind ja bei industriellen Extrudern zu finden, und haben auch eine Art Preheat-Zone.

Gruß

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Power is nothing.....without control!

Bei nem richtigen extruder kommen auch 3/4der Energie aus dem antrieb und nicht der Heizung. .. die ist zur reglung das aufschmelzen macht friktion... nicht umsonst ist bei ner sgm das dosieren der energiehungrigste Prozessschritt...


Solange da normales filament rein geht wird man aber keine friktionswärme erzeugen können und es hängt alles an der heizung+wärmeübertragung

Naja, unsere Extruder pampen ja keine Pellets zu einer Supper zusammen, sondern spulen nen fertigen und (hoffendlich) eng tolerieren Faden durch die Düse. Da das ganze auch noch möglichst leichtgängig sein soll, hat man hier wenig Chancen zur Reibungshitze.

Zu dem "Düse wird kalt" Problem: Könnte man die nicht irgendwie einpacken so das man ein stehendes Luftpolster hat?

Nur, wie stellt man sowas (kostenkünstig) her? (Materialstärke 0,1 mm)

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 14.06.15 09:23.

Ich hatte mal aus Spaß eine Hotend in Hochtemperatur Silikon gepackt. Wie erwartet hat es weniger Hitze abgestrahlt, war im Großen und Ganzen berührungssicher. Gelohnt hat es sich aber nicht wirklich, vom Druck etc. war da kein Unterschied, deshalb habe ich das Experiment nie wiederholt. Bei manchen Düsen könnte die verringerte Abstrahlung nach Unten ein Vorteil sein, beim Merlin hat es keinen echten Unterschied gemacht.

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Die Idee mit Silikon passt schon.
Zum Hexagon gibt es eine Silikonkappe dazu, die einfach über den Heizblock gestülpt wird.
Naja - sooo einfach nicht - aber doch recht simpel.

Damit bleibt die eingestellte Temperatur stabiler, insbesondere wenn man die Druckposition mit einem Lüfter kühlt.

Die Kappe ist allerdings rund um die Düse für mein Empfinden noch zu weit geöffnet, bei großem Luftstrom
sinkt die Temperatur ganz schön ab, man muß als das Lüftertempo noch zusätzlich anpassen.

Als meine erste Kappe kaputt ging hab' ich mir eine Gießform gedruckt und versucht, so eine Kappe aus Ofensilikon
selber herzustellen.
Das ernüchternde Ergebnis: Lieber das Geld ausgeben und eine neue Kappe kaufen