Hyperon Pro Druckbett
geschrieben von Reparator
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Hyperon Pro Druckbett 18. October 2014 15:20 |
Hallo zusammen,
ich möchte euch mein aktuelles Heizbettprojekt vorstellen und zur Diskussion stellen. Vorsicht: Dies ist eine lange Mail!
Hintergrund ist der folgende:
Ich habe gerade ein Upscaling eines Hadron-Pro gemacht und den Druckraum auf ca. 400 x 400 x 300 mm vergrößert. Warum, weshalb, wieso soll nicht Thema sein.
Dazu brauche ich nun auch ein größeres Heizbett. Ich realisiere es gerne über eine Platine (PCB-Heizbett).
Dazu habe ich auch ein klein wenig Benchmarking gemacht und ein paar Berechnungen angestellt (dazu unten mehr).
Hier die geplanten Kenndaten:
Heizbett Hyperon Pro
(ja, einen Namen habe ich auch schon dafür
:-))
Maße: 400 x 400 mm² = 160.000 mm2
Dicke: 2,5 mm FR4, einseitig mit 70 µm Cu
Mehrere Stromkreise, die separat angesteuert werden können.
Zur Verteilung der Leistung jeder Stromkreis unterteilt in parallele Segmente (wie z. B. beim MK3 auch).
Vorteile:
Wenig Energieverluste, wenn kleinere Teile gedruckt werden
Nachteile:
Kompizierter zu regeln
Mindestens zwei Thermofühler notwendig
Eventuell Spannungen im Bettmaterial und ungleichmäßige Temperaturverteilung
(Falls dies auch bei 2.5 mm FR4 Material der Fall sein sollte, so wird rückseitig eine 1 – 1.5 mm dicke Carbonplatte angeklebt)
Alternative 1:
Drei getrennte Stromkreise:
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 200 x 200 mm² (40.000 cm²)
K2: Aussenkreis I erwärmt die umgebende Fläche bis 300 x 300 mm² (50.000 cm²)
K3: Aussenkreis II erwärmt die gesamte Aussenfläche 400 x 400 mm² (70.000 cm²)
Alternative 2:
Zwei Stromkreise:
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 200 x 200 mm² (40.000 mm²)
K2: Aussenkreis erwärmt die umgebende Fläche Aussenfläche 400 x 400 mm² (120.000 cm²)
Alternative 3:
Zwei Stromkreise:
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 300 x 300 mm² (90.000 cm²)
K2: Aussenkreis erwärmt die umgebende Fläche Aussenfläche 400 x 400 mm² (70.000 cm²)
Alternative 4:
Zwei Stromkreise mit annähernd identischer Fläche
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 280 x 280 mm² (78.400 mm²)
K2: Aussenkreis erwärmt die umgebende Fläche Aussenfläche 400 x 400 mm² (81.600 mm²)
Variante 4 scheint am besten (siehe angehängte Skizze):
Vorteile:
- Auch beim Dualextruderdruck noch annehmbare Fläche, wenn nur der Innenbereich geheizt wird
- Nahezu identische Heizleistungen beider Kreise
Ansteuerungsoptionen:
Ein eigener Mikrocontroller misst die Temperatur an mehreren Stellen und steuert das Heizbett selbstständig. Nach aussen wird nur ein Mittelwert an die Firmware gemeldet und ein Steuersignal empfangen (sieht aber auf den ersten Blick kompliziert zu realisieren aus).
Alternativ dazu: Optisch entkoppelte MOS-FET-Treiber setzen das Steuersignal direkt um.
Sonstige Features:
- LED-Leiste zur Darstellung des Heizens (vorne am Bett)
- Anschraubterminals für eine sichere Verbindung bei den hohen Strömen
- an den rückwärtigen Rand geführte Anschlüsse für Thermistor(en)
- je vier Befestigungslöcher M5 für Senkkopfschrauben an den Ecken sowie den Seiten (analog Helios-Bett). Dadurch 3-Punkt-Lagerung möglich, wenn vielleicht auch bei der Größe nicht sinnvoll.
Netzteilalternativen:
24 V / 30 A => 720 W
24 V / 13 A => 320 W
Benchmarking MK3:
Fläche 200 x 200 mm2 = 40.000 mm2
Isolationsabstand 8 mil = 0,2 mm
Leiterbahnbreite: 43 mil = 1,092 mm
Insgesamt vier parallele Segmente
Leiterbahnlänge pro Segment: 39 x 199 mm = 7761 mm (ohne Schleifenenden)
Ergibt:
R=Rspez ∙ l/(b∙h)
R=1.69∙10E-5 Ω∙mm∙(7761 mm)/(1,092 mm∙0,035 mm)
R=3,43 Ω
Bei insgesamt 4 gleichen Segmenten:
1/Rges=1/R1+1/R2+1/R3+1/R4
ergibt sich mit R1 = R2 = R3 = R4:
Rges=R1/n
Rges=(3,43 Ω)/4=0,86 Ω
Daraus ergibt sich eine Leistung von
P = U^2/R = (12 V)^2/(0,86 Ω) = 170 W
Die flächenbezogene Leistungsdichte beträgt demnach:
(effektive Bettgröße 200 x 200 mm)
I=P/A=(170 W)/(40.000 mm^2 )=0,00425W/(mm^2 )
Da ich kein MK3 besitze konnte ich nicht nachmessen.
Für das Panucatt-Helios-Bett ergibt sich folgendes:
Vergleich Helios-Bed:
Fläche 200 x 200 mm2
Gemessener Widerstand: 0,89 Ω
Dies scheint also zu passen!
Berechnung der Kenndaten meines Hyperon Pro:
Flächenbezogene Leistungsdichte wie bei MK3:
I =0,00425W/(mm^2 ) (siehe oben).
Daraus ergibt sich eine Leistung bei einer Fläche von 400 x 400 mm2 von
P=I∙A=0,00425W/(mm^2 )∙160.000 mm^2=680 W
(Für Drucke in PLA reicht sicher auch die Hälfte)
Netzteilalternativen:
24 V / 30 A => 720 W
24 V / 13 A => 320 W
Berechnungsbeispiel 1:
Netzteil: 24 V / 13 A => 320 W
Leistung: 2 x 150 W (150 W je Stromkreis, 20 W Reserve)
Spannung: 24 V
Daraus ergibt sich ein Widerstand je Kreis (siehe oben: Alternative 4) von:
R = U^2/P = (24 V)^2/(150 W) = 3,84 Ω
Spezifischer Durchgangswiderstand von Cu: 1.69∙10E-5 Ω∙mm
Dicke der Cu-Bahn: 70 µm = 0.070 mm
Leiterbahnbreite: 1 mm
Der spezifische Durchgangswiderstand: R= Rspez ∙ l/A
mit R: gemessener Widerstand
l: Länge des Leiters
A: Querschnittsfläche
und die Fläche A=b ∙h
mit b: Breite der Bahn
h: Dicke der Bahn
ergeben für die Länge der Leiterbahn:
l=R/Rspez ∙b ∙h
Es ergibt sich also mit den Ausgangsgrößen:
R = 3.84 Ω
Rspez = 1.69∙10E-5 Ω∙mm
b = 1 mm
h = 0,070 mm
l=(3,84 Ω)/(1.69∙10E-5 Ω∙mm)∙1 mm∙0,070 mm
l=15.905 mm
Bei einer Dicke von 1 mm muss die Bahn demnach 15.905 mm lang sein.
Berechnungsbeispiel 2:
Netzteil: 24 V / 30 A => 720 W
Leistung: 2 x 350 W (350 W je Stromkreis)
Spannung: 24 V
Daraus ergibt sich ein Widerstand je Kreis (siehe oben: Alternative 4) von:
R = U^2/P = (24 V)^2/(350 W) = 1,65 Ω
Spezifischer Durchgangswiderstand von Cu: 1.69∙10E-5 Ω∙mm
Dicke der Cu-Bahn: 70 µm = 0.070 mm
Leiterbahnbreite: 1 mm
Der spezifische Durchgangswiderstand: R= Rspez ∙ l/A
mit R: gemessener Widerstand
l: Länge des Leiters
A: Querschnittsfläche
und die Fläche A=b ∙h
mit b: Breite der Bahn
h: Dicke der Bahn
ergeben für die Länge der Leiterbahn:
l=R/Rspez ∙b ∙h
Es ergibt sich also mit den Ausgangsgrößen:
R = 1,65 Ω
Rspez = 1.69∙10E-5 Ω∙mm
b = 1 mm
h = 0,070 mm
l=(1,65 Ω)/(1.69∙10E-5 Ω∙mm)∙1 mm∙0,070 mm
l=6.834 mm
Bei einer Dicke von 1 mm muss die Bahn demnach 6.834 mm lang sein.
Wie ich die Bahn nun auf das Bett verteile, daran arbeite ich noch.
Was haltet Ihr davon? Ist sowas zu realisieren, oder habe ich irgendwo Denkfehler?
VG Reparator
ich möchte euch mein aktuelles Heizbettprojekt vorstellen und zur Diskussion stellen. Vorsicht: Dies ist eine lange Mail!
Hintergrund ist der folgende:
Ich habe gerade ein Upscaling eines Hadron-Pro gemacht und den Druckraum auf ca. 400 x 400 x 300 mm vergrößert. Warum, weshalb, wieso soll nicht Thema sein.
Dazu brauche ich nun auch ein größeres Heizbett. Ich realisiere es gerne über eine Platine (PCB-Heizbett).
Dazu habe ich auch ein klein wenig Benchmarking gemacht und ein paar Berechnungen angestellt (dazu unten mehr).
Hier die geplanten Kenndaten:
Heizbett Hyperon Pro
(ja, einen Namen habe ich auch schon dafür
:-))Maße: 400 x 400 mm² = 160.000 mm2
Dicke: 2,5 mm FR4, einseitig mit 70 µm Cu
Mehrere Stromkreise, die separat angesteuert werden können.
Zur Verteilung der Leistung jeder Stromkreis unterteilt in parallele Segmente (wie z. B. beim MK3 auch).
Vorteile:
Wenig Energieverluste, wenn kleinere Teile gedruckt werden
Nachteile:
Kompizierter zu regeln
Mindestens zwei Thermofühler notwendig
Eventuell Spannungen im Bettmaterial und ungleichmäßige Temperaturverteilung
(Falls dies auch bei 2.5 mm FR4 Material der Fall sein sollte, so wird rückseitig eine 1 – 1.5 mm dicke Carbonplatte angeklebt)
Alternative 1:
Drei getrennte Stromkreise:
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 200 x 200 mm² (40.000 cm²)
K2: Aussenkreis I erwärmt die umgebende Fläche bis 300 x 300 mm² (50.000 cm²)
K3: Aussenkreis II erwärmt die gesamte Aussenfläche 400 x 400 mm² (70.000 cm²)
Alternative 2:
Zwei Stromkreise:
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 200 x 200 mm² (40.000 mm²)
K2: Aussenkreis erwärmt die umgebende Fläche Aussenfläche 400 x 400 mm² (120.000 cm²)
Alternative 3:
Zwei Stromkreise:
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 300 x 300 mm² (90.000 cm²)
K2: Aussenkreis erwärmt die umgebende Fläche Aussenfläche 400 x 400 mm² (70.000 cm²)
Alternative 4:
Zwei Stromkreise mit annähernd identischer Fläche
K1: Innenkreis erwärmt Fläche 280 x 280 mm² (78.400 mm²)
K2: Aussenkreis erwärmt die umgebende Fläche Aussenfläche 400 x 400 mm² (81.600 mm²)
Variante 4 scheint am besten (siehe angehängte Skizze):
Vorteile:
- Auch beim Dualextruderdruck noch annehmbare Fläche, wenn nur der Innenbereich geheizt wird
- Nahezu identische Heizleistungen beider Kreise
Ansteuerungsoptionen:
Ein eigener Mikrocontroller misst die Temperatur an mehreren Stellen und steuert das Heizbett selbstständig. Nach aussen wird nur ein Mittelwert an die Firmware gemeldet und ein Steuersignal empfangen (sieht aber auf den ersten Blick kompliziert zu realisieren aus).
Alternativ dazu: Optisch entkoppelte MOS-FET-Treiber setzen das Steuersignal direkt um.
Sonstige Features:
- LED-Leiste zur Darstellung des Heizens (vorne am Bett)
- Anschraubterminals für eine sichere Verbindung bei den hohen Strömen
- an den rückwärtigen Rand geführte Anschlüsse für Thermistor(en)
- je vier Befestigungslöcher M5 für Senkkopfschrauben an den Ecken sowie den Seiten (analog Helios-Bett). Dadurch 3-Punkt-Lagerung möglich, wenn vielleicht auch bei der Größe nicht sinnvoll.
Netzteilalternativen:
24 V / 30 A => 720 W
24 V / 13 A => 320 W
Benchmarking MK3:
Fläche 200 x 200 mm2 = 40.000 mm2
Isolationsabstand 8 mil = 0,2 mm
Leiterbahnbreite: 43 mil = 1,092 mm
Insgesamt vier parallele Segmente
Leiterbahnlänge pro Segment: 39 x 199 mm = 7761 mm (ohne Schleifenenden)
Ergibt:
R=Rspez ∙ l/(b∙h)
R=1.69∙10E-5 Ω∙mm∙(7761 mm)/(1,092 mm∙0,035 mm)
R=3,43 Ω
Bei insgesamt 4 gleichen Segmenten:
1/Rges=1/R1+1/R2+1/R3+1/R4
ergibt sich mit R1 = R2 = R3 = R4:
Rges=R1/n
Rges=(3,43 Ω)/4=0,86 Ω
Daraus ergibt sich eine Leistung von
P = U^2/R = (12 V)^2/(0,86 Ω) = 170 W
Die flächenbezogene Leistungsdichte beträgt demnach:
(effektive Bettgröße 200 x 200 mm)
I=P/A=(170 W)/(40.000 mm^2 )=0,00425W/(mm^2 )
Da ich kein MK3 besitze konnte ich nicht nachmessen.
Für das Panucatt-Helios-Bett ergibt sich folgendes:
Vergleich Helios-Bed:
Fläche 200 x 200 mm2
Gemessener Widerstand: 0,89 Ω
Dies scheint also zu passen!
Berechnung der Kenndaten meines Hyperon Pro:
Flächenbezogene Leistungsdichte wie bei MK3:
I =0,00425W/(mm^2 ) (siehe oben).
Daraus ergibt sich eine Leistung bei einer Fläche von 400 x 400 mm2 von
P=I∙A=0,00425W/(mm^2 )∙160.000 mm^2=680 W
(Für Drucke in PLA reicht sicher auch die Hälfte)
Netzteilalternativen:
24 V / 30 A => 720 W
24 V / 13 A => 320 W
Berechnungsbeispiel 1:
Netzteil: 24 V / 13 A => 320 W
Leistung: 2 x 150 W (150 W je Stromkreis, 20 W Reserve)
Spannung: 24 V
Daraus ergibt sich ein Widerstand je Kreis (siehe oben: Alternative 4) von:
R = U^2/P = (24 V)^2/(150 W) = 3,84 Ω
Spezifischer Durchgangswiderstand von Cu: 1.69∙10E-5 Ω∙mm
Dicke der Cu-Bahn: 70 µm = 0.070 mm
Leiterbahnbreite: 1 mm
Der spezifische Durchgangswiderstand: R= Rspez ∙ l/A
mit R: gemessener Widerstand
l: Länge des Leiters
A: Querschnittsfläche
und die Fläche A=b ∙h
mit b: Breite der Bahn
h: Dicke der Bahn
ergeben für die Länge der Leiterbahn:
l=R/Rspez ∙b ∙h
Es ergibt sich also mit den Ausgangsgrößen:
R = 3.84 Ω
Rspez = 1.69∙10E-5 Ω∙mm
b = 1 mm
h = 0,070 mm
l=(3,84 Ω)/(1.69∙10E-5 Ω∙mm)∙1 mm∙0,070 mm
l=15.905 mm
Bei einer Dicke von 1 mm muss die Bahn demnach 15.905 mm lang sein.
Berechnungsbeispiel 2:
Netzteil: 24 V / 30 A => 720 W
Leistung: 2 x 350 W (350 W je Stromkreis)
Spannung: 24 V
Daraus ergibt sich ein Widerstand je Kreis (siehe oben: Alternative 4) von:
R = U^2/P = (24 V)^2/(350 W) = 1,65 Ω
Spezifischer Durchgangswiderstand von Cu: 1.69∙10E-5 Ω∙mm
Dicke der Cu-Bahn: 70 µm = 0.070 mm
Leiterbahnbreite: 1 mm
Der spezifische Durchgangswiderstand: R= Rspez ∙ l/A
mit R: gemessener Widerstand
l: Länge des Leiters
A: Querschnittsfläche
und die Fläche A=b ∙h
mit b: Breite der Bahn
h: Dicke der Bahn
ergeben für die Länge der Leiterbahn:
l=R/Rspez ∙b ∙h
Es ergibt sich also mit den Ausgangsgrößen:
R = 1,65 Ω
Rspez = 1.69∙10E-5 Ω∙mm
b = 1 mm
h = 0,070 mm
l=(1,65 Ω)/(1.69∙10E-5 Ω∙mm)∙1 mm∙0,070 mm
l=6.834 mm
Bei einer Dicke von 1 mm muss die Bahn demnach 6.834 mm lang sein.
Wie ich die Bahn nun auf das Bett verteile, daran arbeite ich noch.
Was haltet Ihr davon? Ist sowas zu realisieren, oder habe ich irgendwo Denkfehler?
VG Reparator
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Re: Hyperon Pro Druckbett 22. October 2014 05:11 |
Quote
Stud54
Ich verstehe grad nicht, warum sich noch jemand die Entwicklung von so nem Ding antut. Wenn ich mir Heizleiterlegierungen so ansehe und deren spezifische Widerstände, würde mir das nicht im Traum einfallen.
Dieser leigt um den Faktor 10 höher als der von Kupfer und ist genau dafür entworfen worden.
Gruß Sven
Darf ich fragen, warum du mich ignorierst? Du hast vor 3 Monaten gesagt, dass du mir eine Düse drehst... und antwortest auf keine einzige Nachricht.
liebe Grüße,
Matze
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Re: Hyperon Pro Druckbett 24. October 2014 02:18 |
Hier ist mein Layout:
Wobei dir das wohl nichts bringt, da es abhängig ist von:
- leiterbahnbreite
- höhe
- voltzahl
usw.
MfG
Klaus
Wobei dir das wohl nichts bringt, da es abhängig ist von:
- leiterbahnbreite
- höhe
- voltzahl
usw.
MfG
Klaus
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