Portalfräsenumbaudrucker

Hallo FourOfFour,

aus einem zurückliegenden Portalfräsenumbaudruckerbeitrag, welch ein Wort

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FourOfFour

Hallo Forum,

Am Rand bemerkt:
Präzision ist eine Sache, Geschwindigkeit eine andere.
Wegen der großen Masse der Anlage kommt die erreichbare Druckgeschwindigkeit nicht über 30mm/s hinaus.
Immerhin wiegt das Portal das sich bewegt ungefähr 8-10kg. Fräse eben

Gruß - FourOfFour

Da ich bei meinem aktuellen Konzept, neuer 3D Drucker der auch als CNC Fräse benutzt werden kann (als Option), auf der X-Achse ca. 1Kg bewegen müsste, möchte ich von vohandenen Erfahrungen profitiern.
Mein Drucker soll mechanisch einwandfrei, spielfrei und frei von Schwingungen arbeiten. Die Konstruktion ergibt sich aus dem bei mir vorhandenen Material, 30 mm gechliffene Wellen und entsprechende Linearlager. Die Wellen sind für die X und Y Achse vorgesehen und werden nicht bewegt. Die ca. 1kg ergeben sich aus dem zu bewegenden Z-Schlitten, bestehend aus Hotend, Z-Motor und Führung. Bewegung über eine Spindel (M6), hub (= mögliche Druckhöhe) bauartbedingt ca. 150 mm:

Ich drucke derzeit mit 30 und 40 mm/s, bin mit dem Ergebniss zufrieden und hatte nie das Bedürfnis schneller zu Drucken.
Mir geht es dabei vorrangig um die Präzision und weniger um die Druckgeschwindigkeit. Eine mögliche Verbesserung meiner Druckergebnisse sehe ich nur in einer Verbesserung der Mechanik, alles Andere ist sowiso Einstellungssche. Deshalb meie Frage, wo sollte vernünftigerweise eine
Gewichtsgrenze für die zu bewegende Masse liegen?

Hallo Manmaz,

mein Portal wiegt alles in allem ca. 8-10kg inklusive der Motoren für Y- und Z-Achse sowie des gesamten mechanischen Aufbaus.
Seitenwände aus 10er Alu, 40mm breite Linearschienen, zwei Wagen pro Seite, Soindelantriebe für Y und Z.

Das gesamte Portal wird über einen GT2-Riemen bewegt, als es noch Fräse sein sollte war hier eine Spindel 12x4 drin.
Beim Umbau damals dachte ich noch, die sei zu langsam; die Spindeln in Y und Z sind Spindeln mit mehrfachen Zügen mit 10mm Steigung,
das erschien mir damals schnell genug.

Eine dedizierte Antwort für die Gewichtsgrenze sehe ich eigentlich nicht weil dazu die Motoren mit berücksichtig werden müssten.

Ich hab' NEMA23-Maschinen mit 2Nm Drehmoment im Einsatz, an einer Spindel und mit passendem 4A-Treiber kannst du damit
auch eine Masse von 20kg herrlich beschleunigen.

Da du fürs Fräsen erheblich höhere Kräfte aufbringen musst als fürs Drucken kann ich nur vorschlagen:
Bau es solide auf und geh' davon aus, dass die NEMA17-Motörchen dich für eine brauchbare Fräse sicher nicht glücklich machen werden.

Beste Grüße - 4of4

P.S.: Bei "Fräse" gehe ich mal von meinen Wünschen aus in denen Holz und NE-Metalle noch lange nicht das Ende sind. Ich möchte auch
Stahl fräsen können :-)

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Sven/Urbanist
Ich wollte einfach nur andeuten, dass du das ganze nicht linear betrachten kannst, von wegen doppelte Leistung = doppelte Temperatur

Hallo Sven,

Ich denke du liegst hier daneben denn das gaze IST linear:

DT=Pv*Rth

Gleiche Geometrie --> Gleicher thermischer Widerstand --> Doppelte Leistung = doppelter TemperaturHUB - nicht doppelte Temperatur.

Wenn also 120W für einen Temperaturhub von 60K ausreichen (25°C-->85°C) dann reichen 240W für 120K Hub
und eine Endtemperatur von 145°C aus - vorausgesetzt die Umgebung hat 25°C.

Meine Umgebung hat aber ganz sicher mehr als 25°C

Bestimmt wird es nicht das schnellste Heizbett der Welt - aber wenn ich für mein Hobby so viel Zeit nicht habe, ist
Hopfen und Malz eh verloren

Gruß - 4of4

Ne, ist ganz sicher nicht linear. Das wäre ja auch zu einfach.

Der Wärmestrom der von deiner Platte weg geht hängt auch von der Differenz mit der Umgebungstemperatur ab. Und die steigt sicher nicht gleich stark wie deine Platte. Thermodynamik ist schon ein paar Jahre her, aber soweit komme ich dann doch noch mit

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Genau wie Wurstnase es gesagt hat.
Du lässt ja quasi außen vor dass deine Platte konstant Wärme an die Umgebung abgibt...
Nur mal so als Gedankenspiel zum besseren Verständnis worauf ich hinaus will, was kühlt schneller ab, dein Hotend von 240° auf 220° oder von 60° auf 40°?

Grüße, Sven

Hallo Leute,

macht bitte diesen Fehler nicht.
Ihr verwechselt einen Temperaturgradienten mit einem Temperaturhub.

Dynamik vs. stationärer Zustand.
Das was Sven vorhat bedarf einer transienten Beobachtung und verändert die Rechnung von einem thermischen Widerstand Rth (statisch) hin zu einer
thermischen Impedanz Zth (dynamisch).
Es geht aber nicht darum, WIE SCHNELL (dynamisch) man eine Temperatur erreicht, sondern wieviel Leistung man benötigt, um im stationären Betrieb
auf eine Temperatur zu kommen.

Äpfel und Birnen und so...

Um bei Svens Beispiel zu bleiben:
Mein Hot-End verliert die 20K von 240°C nach 220°C in der gleichen Zeit wie von 60°C nach 40°C, wenn im Fall 1 die Umgebungstemperatur hoch genug und der Temperaturgradient identisch ist.

Die Physik hat am Ende Recht: DT=Pv*Rth.

Was Sven anspricht ist, dass DT(t)=Pv*Zth(t) ist.
Das stimmt zwar, aber für ein hinreichend großes t gehen die Gleichungen ineinander über da Rth=Zth(t)|t-->unendlich.

In unserem Fall ist "unendlich" aber nur eine Zeitkonstante im Bereich einiger Minuten.

Heiße Grüße - 4of4

Dem Wärmeübergangskoeffizienten ist die Zeit egal.
Mach nur... Mit den 240W verwette ich meine Unterhose drauf, dass du nach einer Stunde bei einer Heizbettgröße von 300x400, selbst mit guter Isolierung von unten, nicht auf 125° kommst.
Keine Ahnung aus welchem Buch du dein Wissen ziehst.

Einfach aus der Tatsache, dass das Delta zur Umgebungstemperatur auch bei t->unendlich einfach größer sein wird in der echten Welt, wirst du einen größeren Wärmestrom in die Umgebung haben bei 120° als bei 60°.

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Moin moin aus HU.
Ich habe ein HB 35 x 35 mit 500W. Für 120°C benötige ich so 10 Min.

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Liebe Grüße aus Kaltenkirchen.
Frithjof
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Hallo Forum,

endlich ein bisschen Zeit für abwegige Experimente.

Und so sieht es aus:
der geschlossene, isolierte und mit einer Luftumwälzung sowie 1200W-Heizspirale ausgestattete Bauraum ist per externem Regelkreis
überwacht und auf eine Temperatur von 80°C vorgewärmt. Dauert 6-8 Minuten.
Kaum auszuhalten, was ein ausgeschlachtetes Heißluftgebläse so an Grundwärme ins Gerät einbringt.
Das war aber ja auch der Grund dafür, dass ich an meinem großen Drucker keine Kunststoffteile wollte...

Der Temperaturgradient geht von der Platte in Richtung Umgebungswärme - klar.
Der benötigte Temperaturhub gegenüber meiner "Umgebung" ist aber mit 40K der gleiche wie von 25°C Raumtemperatur nach 65°C.

Heizbett eingeschaltet:
Es dauert mit 240W etwas mehr als 8 Minuten um das auf 120°C eingestellte Limit zu erreichen.
Ich vermute, es geht in Summe fixer wenn man beide Quellen gleichzeitig schaltet, ich wollte aber zunächst den Heizregelkreis für den Bauraum
ausgiebig testen.

Wie zu erwarten läßt sich ein Temperaturhub von 40K hinreichend schnell erzielen und da die Heizung noch nicht mit 100% Einschaltdauer arbeitet
besteht auch noch Luft nach oben wenngleich wohl nicht mehr all zu viel.
Die brauch' ich aber wohl kaum denn 120°C sollten eigentlich für alle meine Belange reichen.

Quote
Wurstnase
...
Mit den 240W verwette ich meine Unterhose drauf, dass du nach einer Stunde bei einer Heizbettgröße von 300x400, selbst mit guter Isolierung von unten, nicht auf 125° kommst.
Keine Ahnung aus welchem Buch du dein Wissen ziehst.

Als Lektüre empfehle ich ein Physikbuch für Leistungskurse, ein beliebiges FH- oder Uni-Skript aus dem Bereich der Thermodynamik der Maschinenbauer oder ein Fachbuch aus der Leistungselektronik
und daraus das Thema Thermodynamik da die Betrachtung von Wärmequelle und Kühlkörper systematisch identisch ist

Auf die Zusendung der Unterwäsche verzichte ich hiermit

Heisse Grüße - 4of4

Den 1.2kW-Fön hast du ja verschwiegen

Verarschen musst du mich so nicht!

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 21.09.16 16:17.

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Guten Morgen Wurstnase, hallo Forum

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Wurstnase
Den 1.2kW-Fön hast du ja verschwiegen

Verarschen musst du mich so nicht!

Hmmm...
Hab' ich das?

Vielleicht sollte an der ein oder anderen Stelle mal genauer mitgelesen werden, denn hier ist es doch genau beschrieben:

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FourOfFour

Viel wichtigere Fragen:
Wie du gesehen hast geht es bei Erwärmung um den Temperaturhub gegenüber der Umgebung.
Du wartest also 20 Minuten, bis du von Raumtemperatur auf 125°C ein Hub von ca. 100K erreicht hast. Ok...
Und wie sieht deine "Maschine" denn aus?
Geschlossener Bauraum?
Gut isoliert?
Zugluftfrei versiegelt?
Interne Heizung?
Zirkulierender Luftstrom zur homogenen Wärmeverteilung?
Temperaturregelung?

Mein beheizter, nahezu hermitisch dichter Bauraum liefert - so der Plan - eine Umgebungstemperatur von ca. 50-60°C. Bis zu 125°C brauche ich also nur einen Hub von 60-70K.
Wenn stimmt was ich so lese reichen für ABS und ASA aber 110-115°C völlig aus.

Wie sich zeigt schaffe ich an der Umgebung sogar ein bisschen mehr, damit hatte ich zunächst gar nicht gerechnet.
Da ich aktuell noch nicht drucken kann muss später noch bewertet werden, ob diese Umgebung noch zum drucken taugt
oder ob das dabei ebenfalls vorgeheizte Filament eventuell schon zu weich wird.

Später habe ich wieder auf diesen Umstand hingewiesen:

Quote
FourOfFour

...
Meine Umgebung hat aber ganz sicher mehr als 25°C

In der gesamten Diskussion ging es darum, mit der Heizung einen Temperaturhub gegenüber der Umgebung zu erreichen
und als ich das auf ein simples lineares Problem zurückgeführt habe, wurde protestiert.

Quote
Wurstnase

Ne, ist ganz sicher nicht linear. Das wäre ja auch zu einfach.

Aber genau so einfach ist es
Ich bleibe also bei meiner Aussage: Delta_T=P_v*R_th und T_Bett=T_Umgebung+Delta_T

Donnerstägliche Grüße - 4of4

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 22.09.16 03:38.

Mit verarschen meinte ich deine letzte Ausführung mit Physik, Schulbuch.

Du hast bei dir eine Heizung mit 1,2kW plus ein Heizbett. Dass das da funktioniert wundert mich nicht. Diese 1,2kW sind aber auch eine Hausnummer die man quasi auf die Leistung im Heizbett dazurechnen kann. Wie auch immer...

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Hallo Wurstnase,

"Schulbuch"...

Hmmm...

Also ein Physik Leistungskurs in der Oberstufe ist durchaus anspruchsvoll und die zugehörigen Bücher eher Fach- als Schulbücher.
Ich empfehle die häufig und das nicht weil es Schulbücher sind, sondern weil darin oft mehr und besser erklärt wird
als in Skripten von Universitätslehrkörpern.
Die setzen oft voraus, dass das Schriftstück erst in Zusammenhang mit der Vorlesung alle Informationen zusammenfasst,
das Buch liefert dagegen einen kompletten Überblick.

Hinzu kommt, dass in diesen Büchern das Thema oft anschaulicher besprochen wird als es an Hochschulen der Fall ist.
Auch Thermodynamik läßt sich ohne Integrale und Differentialgleichungen n-ter Ordnung erklären

Es war also keine "Verarsche" sondern die Ausführung zu deiner Anmerkung

Quote
Wurstnase
Keine Ahnung aus welchem Buch du dein Wissen ziehst.

Meine bevorzugten Quellen:

Kories / Schmidt-Walter
Taschenbuch der Elektrotechnik
Verlag Harri Deutsch

Tabellenbuch Elektrotechnik
Europa Lehrmittel

Uwe Probst
Leistungselektronik für Bachelors
Hanser-Verlag Leipzig

und natürlich der Klassiker für Härtefälle

Bronstein / Semendjajew
Taschenbuch der Mathematik
Verlag Harri Deutsch

Gruß - 4of4

Fehlt nur das Buch für Thermo. Alles gut
BTW habe ich mir in der Tat am Anfang dein System anders vorgestellt.

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Hallo Forum,

obwohl der Drucker super arbeitet konnte ich die Finger nicht davon lassen, weil ich noch ein weiteres Upgrade wollte - mehr Speed

Da die NEMA23-Motoren mit 2.5A mehr Strom brauchen als die DRV-Zwerge können, habe ich Industrietreiber besorgt. Diese können bis 42V Versorgungsspannung
vertragen und bis3A_RMS oder 4A_peak Spulenstrom auswerfen. Da erschienen mir die 8€ pro Treiber angebracht.



Günstiger Weise haben die ebenfalls Schritt/Richtung/Enable als Eingangssignale, sind per Optokoppler galvanisch getrennt und vertragen am Eingang 5V.
Ihr Limit ist, dass sie "nur" 32stel Schritte schaffen - aber brauche ich das?
Wegen der Antriebsspindeln mit 10mm Steigung und der Untersetzungen komme ich bereits mit 8tel Schritten auf 180 Schritte pro Millimeter.
Alles was unter 1/100mm an Auflösung ist, scheint mir mehr als hinreichend und hier kommen rechnerisch 5.5µm pro Schritt raus; 0.5 Hundertstel.

Extruder und Z-Achse reichen in der Geschwindigkeit, da war keine Änderung notwendig.
Um die Signale vom RAMPS abzugreifen steht eine selbstgebaute Platine zur Verfügung. Die Verdrahtung ist denkbar einfach:



Ein übriggebliebenes Netzteil 24V/21A ist zwar ein bisschen sehr startk, vielleicht baue ich damit später noch ein wenig mehr Dampf für das Heizbett ein - mal sehen.
Auf jeden Fall kommt das viel zu klobige ATX-Ding - leider nicht im BIld - demnächst weg. Dafür kommt auch ein schlankes 12V/15A Netzteil rein.

Zeitgleich habe ich einen recht stark gealterten Zahnriemen, der den Motor an die Antriebsspindel koppelt, durch Zahnräder ersetzt - sehr präzise, leider aber recht geräuschvoll.
Trotzdem bin ich erstmal begeistert.
Das Druckergebnis ist weiterhin gut, allerdings hat sich die Geschwindigkeit mit der höheren Leistung ohne Schrittverluste von 40mm/s auf gut 100mm/s steigern lassen.

So kanns erstmal wieder weitergehen...

Gruß - 4of4