Dépasser la limite des 15cm3/s en extrusion (ou pas) ?

[ymgui]

Bonjour à tous,

Pour ceux qui, comme moi, font des Visières depuis quelques semaines déjà, et qui cherchent à aller plus vite et pousser nos bécanes dans leurs limites, je crée ce post pour réfléchir à plusieurs sur la limite "théorique" liée au matériau PLA:

Le débit maxi qui peut être extrudé par nos machines serait autour de 15 cm3/s pour du PLA (et moins pour certains autres produits).

Je ne sais pas trop d'où vient cette affirmation mais, comme je n'aime pas trop ce genre d'affirmation, je vous propose d'étudier sérieusement et avec des arguments mesurables ce sujet.

Comme nous en avons déjà discuté avec @Kachidoki et certains autres membres dans ce post sur la fabrication visières 

(--->allez voir là: https://www.lesimprimantes3d.fr/forum/topic/28991-coronavirus-et-si-on-pensait-un-peu-aux-autres/page/15/?tab=comments#comment-344912 )

et que la discussion était un peu "Hors Sujet", je crée ce post pour démarrer l'étude.

Je me propose de faire un montage expérimental qui comportera:

- un extrudeur standard (type à définir)

- un tube "Bowden" pour le séparer de la HotEnd

- une tête (type E3DV6 ou autre "standard" équipé de son(ou ses) ventillo(s)

 Le tout piloté par une carte Arduino/Ramps ou autre avecMarlin et Repetier pour contrôler les températures et vitesses.

 Bref, une commande d'imprimante sans les axes de déplacement.

pour éviter de polluer le post, on se limitera à étudier le PLA en 1,75 mm qui est le matériau le plus utilisé par la majorité car il y a déjà assez de variables....

 

 

J'attends vos premiers commentaires (positifs !) et je réunis les diverses bricoles de ce future banc de test.

 

A suivre....

Modifié (le) Avril 18, 2020 par ymgui

[Kachidoki]

15 millimètres cube par seconde, pas centimètres cube

Prépare aussi quelques tailles de buses, histoire de mesurer l'impact de la pression sur l'extrudeur. Une buse plus grosse laissera le champ libre à l'extrudeur, seulement si la cartouche chauffante arrive à suivre.

Il serait intéressant aussi de pouvoir comparer dans les mêmes conditions, un montage en volcano, c'est à dire même extrudeur, même diamètre de buse (mais buse plus longue), même puissance de chauffe, juste une disposition différente.

Et prépare aussi une bonne bobine pleine d'un même filament, pour ne pas changer de bobine entre les essais.

J'ai hâte de voir où ça va nous mener !

[moriss]

Pour suivre !

j'adore ce topic

je me pose la même question, en commencant à imprimer avec une buse de 0,8, j'ai eu des soucis de reprise après retract alors que tout allait bien avant, j'ai commencer  réduire les vitesses, pour améliorer, mais si on divise les vitesses par 2, on gagne de moins en moins de temps...

voila mes qq calculs sur le sujet, en théorie on est loin des 15mm3/s

Hate de vous lire

[ymgui]

@moriss,

Attention, il ne s'agit pas d'étudier la limite lors de l'impression, où il se passe d'autres phénomènes, mais seulement la capacité de l'ensemble Extrudeur/tête chauffante/buse à sortir du fil chaud à la bonne vitesse.

Tant qu'on aura pas déterminé le ou les élément(s) qui limite(nt) ce débit, comme l'effort maxi de poussée de l'extrudeur ou le débit maxi permis par la tête chauffante, le reste des considérations n'est pas utile.

Une fois que ces limites seront définies, il sera intéressant de voir si on peut passer outre ,en augmentant le couple du moteur Pap, en améliorant le "grip" de la roue d'entrainement ou en passant la cartouche chauffante à une puissance supérieure, par exemple. (sans compter sur la température de consigne qui améliore la fluidité du filament.)

[moriss]

salut

Je suis mitigé, je trouve pas très pertinent de chercher un débit max, si on ne peut pas rien en faire... 
Je veux dire que si par exemple on est "mécaniquement" capable de pousser un débit x, mais que la qualité d'extrusion n'est pas suffisante pour assurer une impression correcte, je trouve ça un peu inutile.
Par exemple, ça peut servir de base, et il sera interréssant de voir que le débit max théorique, puis le max en réelle, risque d'être bien loin...

[Kachidoki]

C'est vrai qu'un débit max "à vide" sera toujours supérieur à celui d'une impression, ne serait-ce que par la pression supplémentaire générée par l'écrasement du filament en sortie de buse.

En revanche, c'est beaucoup plus répétable à vide, afin d'enlever le maximum de variables, et aussi plus simple à mettre en oeuvre pour un bench de test.

Mais je plussoie le fait qu'il faille refaire des mesures réelle à terme, afin de tenir compte d'un delta dû à l'impression.

Sinon il faudrait faire les tests directement in-situ, avec un ou des modèles de référence permettant de mettre en évidence les défauts d'extrusion, comme des impressions en mode vase.

[Foxies]

Bonjour à tous,

Trés intéressant votre topic, aussi je vous apporte un lien vers un site connu peut-etre de certain ( @Kachidoki , @ymgui ) qui m'a servi pour faire des réglages d'impression pour la fabrication des visières .

=> http://projects.ttlexceeded.com/3dprinting_calibrating_volumetric_rate.html

Y'a aussi d'autres infos utiles pour d'autres sujets.

En bref, je l'ai mis dans mes favoris

@+,

De passage.........

[Foxies]

Le 18/04/2020 at 19:22, moriss a dit :

voila mes qq calculs sur le sujet, en théorie on est loin des 15mm3/s

Pour te facilité la chose et avoir un tableau de ref comme tu as commencé à le faire. =>http://projects.ttlexceeded.com/_downloads/760ee70cbc75114152c42def6c9b30b6/MVS_Calculations_20200403.pdf

Trop top ce site!!

[moriss]

Top merci. Par contre les valeurs sont tellement loin des miennes...

Envoyé de mon CLT-L29 en utilisant Tapatalk

[ymgui]

Bonjour à tous,

Je pense qu'il faut que je fasse un peu de mise au point.

Je vous remercie tous pour vos commentaires divers et très intéressants, mais je pense que vous allez un peu trop vite en besogne;

le but de ce post n'est pas de faire un tableau récapitulatif par type de produit, marque extrudeur ou buse (un grand merci, quand même, à @moriss et @Foxies pour les divers tableaux et liens  qui serviront, certainement, lors d'une prochaine étape)

Ce que je souhaite faire, avec votre participation, c'est étudier ce qui justifie le "plafond" des 15mm3/s et si c'est dû à des limites "mécaniques", à de limites thermiques ou à la qualité des produits finis obtenus.

Et pour cela, il me semble utile de commencer par le début, c'est à dire:  Etudier ce qui se passe dans la chaine Extrudeur/Tube/tête Chauffante/buse pour un même type de matériau (pour moi, du PLA car c'est la majorité utilise) et voir ce qui sort et sous quelle forme.

Je vous renvoie à une très intéressante vidéo de Stefan (CNC Kitchen): https://www.youtube.com/watch?v=0xRtypDjNvI a partir de laquelle je souhaite poursuivre mes investigations en regardant comment on peut augmenter l'efficacité de l'entrainement du filament, quelle est la température de chauffe maxi pour une vitesse donnée d'extrusion, ainsi que la qualité de l'échange thermique pour cette même vitesse.

Ce sera déjà pas mal.

Modifié (le) Avril 23, 2020 par ymgui

[Foxies]

il y a 22 minutes, ymgui a dit :

Je vous renvoie à une très intéressante vidéo de Stefan (CNC Kitchen): https://www.youtube.com/watch?v=0xRtypDjNvI a partir de laquelle je souhaite poursuivre mes investigations en regardant comment on peut augmenter l'efficacité de l'entrainement du filament, quelle est la température de chauffe maxi pour une vitesse donnée d'extrusion, ainsi que la qualité de l'échange thermique pour cette même vitesse.

D'accord mais ce que je constate dans mon usage courant, que pour palier aux différentes restrictions de débit théorique, on peut l'améliorer par la buse (tjrs ds le standard de 0.4) et le couple/vitesse de l'extrudeur. J'ai fait le choix d'une buse hotend avec une cartouche 40W et un extrudeur démultiplier (BNBSX) pour l'instant car j'apprend . Ceci m'a permis de dépasser les capacités de mon ANet de base en vitesse/qualité (CT facile mais...).

Y'a aussi le filament Une étude de celui-ci =>filament-calculations.

Bref, on est pas couché

[ymgui]

Juste pour info, les gars,

 

J'ai repris le principe de Stephan et, en bricolant un peu le Gcode qu'il propose, j'ai allègrement dépassé les 15mm3/s avec une installation standard:

      - ma (bête) Alfawise standard

     - la tête MK8 et sa buse de 0.4

la tête est fixe 50mm au dessus du bed et j'ai craché du fil à 600mm/m soit 10mm/s ce qui correspond avec du filament en  D1.75mm à un peu plus de 24mm3/s ....

Il est vrai que j'ai poussé la température un peu fort pour améliorer la fluidité du PLA et éviter les claquements de l'extrudeur.

En bref, ça m'encourage naturellement à poursuivre dans ce sens et à définir un "protocole d'essai" un peu sérieux.

 

A+

[Kachidoki]

Mes remarques :

il y a 22 minutes, ymgui a dit :

j'ai craché du fil à 600mm/m soit 10mm/s

600mm/min et non pas millimètres par mètre. Si tu comptes mettre en place un protocole d'essai "scientifique", il convient d'être rigoureux.

Combien tu as "craché" de fil à ce débit ? 1cm ? 10cm ? 1m ? Ou combien de temps ? Car tu pourras très facilement extruder le premier centimètre même à 50mm³/s sur l'inertie thermique, puis après la puissance de chauffe sera insuffisante.

Il faut également être sûr que le firmware de la machine ne limite pas la vitesse d'extrusion. Tu peux avoir une idée via un M501, mais parfois une seconde limite est en dur dans le code. C'est le cas des prusa, j'en ai fait l'expérience avec les visières, tout est bridé dans le firmware pour ne pas dépasser certaines vitesses, malgré l'envoi des G-Codes qui vont bien.

En fait il faut bien imaginer (j'ai l'impression de retourner à l'école en physique appliquée) qu'il y a deux régimes, un régime statique (ou établi) et un régime dynamique (ou transitoire). Lorsque la hotend est en régime statique, alors la matière contenue dans la zone de fusion a eu le temps d'accumuler les calories et a déjà passé son point de transition vitreuse (en clair, le plastique est tout fondu, tout mou). Lorsqu'on demande à extruder (régime dynamique), il faut imaginer le filament froid encore dans le heatbreak comme un piston. A mesure qu'il pousse, il se met à son tour à absorber les calories sur les parois de la hotend. Si on demande à extruder très vite, alors on arrivera à expulser les premiers mm³ qui sont dans la zone de fusion sans aucune difficulté. Puis ensuite le "piston" encore froid ira taper le fond de la buse car il ne sera pas assez chaud pour ramollir suffisamment et passer à travers le trou de la buse. A ce moment, l'extrudeur fera clac clac ou rognera le filament, et le PID fera ce qu'il peut pour remonter la température, sachant qu'il y a un délai à cause de l'inertie thermique, et de l'emplacement de la sonde éloignée de la buse. Et si on pousse encore plus loin, il y a un gradient de température entre la sonde de température et la buse à cause des calories absorbées rapidement (on peut mesurer 230°C sur la sonde et n'avoir que 200°C sur la buse), et il y a également un gradient de température dans le plastique (parois plus chaudes de que le cœur) potentiellement plus important du fait de la conductivité thermique différente, mais la distance est plus courte (sur les 200°C à la buse, il ne reste plus que 180°C au cœur de la zone de fusion. Comme on est loin d'être dans un milieu adiabatique, ce gradient prend lui même d'autres variables, comme la température ambiante, le flux d'air sur la hotend, l'utilisation d'une chausette... Pour imager, c'est comme pour le barbecue, plus vous êtes proche, plus vous avez chaud. Chez E3D ils ont bien fait les choses, la sonde de température est à l'opposé de la cartouche chauffante, pour compenser ce phénomène, comme on fait dans le bâtiment, radiateur sous la fenêtre, thermostat sur le mur d'en face.

PS : le symbole ³ s'écrit en composant le raccourci Alt + 0179.

[ymgui]

Désolé pour cette faute de frappe @Kachidoki (....et merci pour le [Alt + 0179], je cherchais le code justement ),

 

C'est en effet 600mm/MIN (mais je te crois trop malin pour ne l'avoir pas compris)--> plus loin je détaille (10mm/s = 600mm/min --> j'ai aussi l'impression de retourner en classe, mais, pour moi, c'est un peu plus lointain ! )

--- >J'ai extrudé des batchs de 500mm, je pense que c'est suffisant pour laisser les rampes d'accélération se stabiliser, et tous les autres paramètres gentiment prendre leur place...

Je suis tout à fait d'accord avec ton dernier paragraphe, mais il faut rester pragmatique et simple: ne cherchons pas à analyser tous les phénomènes thermiques qui se passent dans la tête de chauffe, c'est comme vouloir user le soleil.... et ça deviendrait vite incompréhensible (si ce n'est pas déjà le cas) pour ceux qui n'ont pas fait 4 ou 5 ans d'études de physique après le Bac, comme toi ou moi........ pour un des deux que je connais mieux, c'est même 7ans  !

l'intérêt du "protocole de Stephan", que je reprendrai sans doute, c'est d'être simple à mettre en oeuvre par tout le monde, et de permettre d'observer des phénomènes mesurables sur l'extrusion finale:

- l'évolution du diamètre d'extrusion réel, que j'ai mesuré entre 1mm et 1.2mm en fonction du couple (T°,vitesse) et AVEC LA MÊME BUSE DE 0.4 (Nota: elle n'est pas usée !!)

-l'évolution de la forme de l'extrusion qui s'enroule sur le bed (!?) ---> Stephan en parle dans sa vidéo et sur son site qui est à lire avec intérêt

- l'évolution de la "brillance" du fil extrudé (on aura l'occasion d'en reparler...)

- le poids du "colombin", qu'on récupère à la fin sur le bed, pesé avec une micro-balance numérique de précision (une balance à shit, quoi !) évolue en fonction des claquements de l'extrudeur et de la "température de consigne" de la tête.

A noter une mesure:  les 600mm/min  ont été obtenus, sans dérapage de l'extrudeur, pour une T° de tête de 260°C.... (valeur de consigne, puisqu'on a que ça !).

Modifié (le) Avril 23, 2020 par ymgui

[Kachidoki]

il y a 59 minutes, ymgui a dit :

- l'évolution du diamètre d'extrusion réel, que j'ai mesuré entre 1mm et 1.2mm en fonction du couple (T°,vitesse) et AVEC LA MÊME BUSE DE 0.4 (Nota: elle n'est pas usée !!)

Ça je confirme en effet, la vitesse d'extrusion OU sa température produit cet effet. Essaye donc d'extruder à vitesse normal via l'écran à une température de 180°C ou moins (limité par le firmware), ça "gonfle" le fil extrudé.

il y a une heure, ymgui a dit :

- l'évolution de la "brillance" du fil extrudé (on aura l'occasion d'en reparler...)

La brillance est fortement liée à la température, c'est comme pour le tempérage du chocolat. Une grosse vitesse d'extrusion fait chuter intrinsèquement la température de la matière en court d'extrusion qui n'a pas le temps de pomper les calories.

il y a une heure, ymgui a dit :

- le poids du "colombin", qu'on récupère à la fin sur le bed, pesé avec une micro-balance numérique de précision (une balance à shit, quoi !) évolue en fonction des claquements de l'extrudeur et de la "température de consigne" de la tête.

Rigolo que tu en parle, j'ai effacé mon paragraphe à ce propos quand je me suis aperçu des échelles à mesurer. Pour 500mm de PLA ça fait ~1.5g, il faut une balance de précision. J'en ai une qui prend 20g et qui est précise au milligramme, mais ce n'est pas moi qui fait les tests. 

[Poisson21]

Petit HS, suite a une formation en poids et mesure industrielle dans ma boite, j'ai appris par la technicienne qui nous a fait la formation et qui vient d'une boite spécialisé dans la mesure des poids, que sur 99,9% des balances (en dehors du très haut de gamme de labo) le dernier chiffre décimale indiqué n'est pas fiable du tout et qu'il est juste une extrapolation pour le changement de la décimale supérieur... et qu'il ne faut donc pas le prendre en compte ,il indique plus une tendance qu'autre chose.

[ymgui]

Bien d'accord avec toi @Poisson21,  c'est bien pour ça qu'il faut se contenter de mesures relatives et faire des comparaisons en modifiant le moins possible de paramètres d'un essai à l'autre.

[Kachidoki]

En effet @Poisson21, comme beaucoup d'unités numérique d'ailleurs. Et pas uniquement dans les conversions analogique / numérique, mais également dans les échantillonnages numérique / numérique, comme dans les protocoles de communication asynchrone par exemple. C'est une technique appelé l'oversampling (il y en a d'autres), qui permet d'augmenter la résolution de mesure.

C'est très intéressant à découvrir, on introduit du bruit dans le signal mesuré pour extrapoler de l'information entre deux quantum, c'est à dire qu'on arrive à sortir un demi-bit de résolution supplémentaire.

Si on cumule l'oversampling avec un moyennage, on peut améliorer le SNR (rapport signal sur bruit), et ainsi extraire de l'information que l'outil de mesure ne peut pas faire nativement. L'inconvénient principal c'est de perdre en bande passante (la vitesse de mesure).

Mais si on en revient à la balance, celle que j'ai affiche effectivement 3 chiffres stables derrière la virgule (en gramme), mais cette résolution ne sert à rien si on ne prend pas quelques précautions. Il faut que la balance soit de niveau, et surtout étalonnée. En effet on mesure un poids et non une masse, ainsi la balance n'affiche pas toujours la même chose en mesurant le même étalon selon les conditions de gravité, directement influencé par la composition du sol sous elle, jusqu'au noyau terrestre. Si vous être commerçant, et que vous achetez une balance pour peser les aliments au comptoir, elle ne donnera pas la même mesure en plaine qu'en montagne. Heureusement les balances commerciale sont contrôlé périodiquement et reçoivent un certificat de conformité.

Sur la mienne il y a 3 points de calibration, le 0, le 10 et le 20 grammes, a faire avec délicatesse à la pincette pour ne pas abimer la jauge de contrainte très sensible.

Ce sujet doit m'inspirer, je m'éparpille vite...

D'accord avec @ymgui, il faut faire des mesures relative, et ne pas hésiter à contre-vérifier régulièrement l'échantillon initial.

Pour l'aspect pratique cependant, je vois mal comment rentrer un long fil d'extrusion sur la toute petite coupelle de mesure, à part en le faisant refondre en une boule ?

[ymgui]

OK @Kachidoki, revenons à l'aspect pratique, car on s'éparpille en effet....

Pour le poids du fil extrudé, je t'ai dit qu'il finissait en "tas de m..." sur le plateau, on va dire en une espèce de "tour" enroulée et croulante, dont l'aspect est variable selon les conditions (voir les vidéos de Stefan... sur l'écoulement du miel !); donc aucun problème pour le poser sur le plateau de la balance: ça fait 30*30*30mm maxi

[moriss]

Je reste persuadé qu'il faut mettre ce protocole face a un cas concret.

Mon expérience vient que j'imprime, comme bcp, des visières
Une vidéo a démontré qu'on peut réduire considérablement la durée en passant par une buse de 1mm

=> j'essaie (avec une 0.8), et la le résultat n'est pas terrible du tout, alors oui je suis capable d'imprimer un truc, mais de loin avec la même qualité (et je ne parle pas d’esthétique) mais j'ai beaucoup de mal avec les retract par exemple

Tout ça pour dire que de faire un text de capacité d'extrusion sans le corrélé avec une finalité, je trouve pas trop d'intérêt.

Fini pour moi, mais je reste très attentif

[ymgui]

Bon @moriss, tu l'as déjà dit dimanche dernier, et je pense qu'on t'a répondu sur le sujet...

Relis donc la longue tirade (malgré tout, très juste) de @Kachidoki sur tous les paramètres qui interviennent dans la tête, et tu comprendras qu'on commence par un bout du tuyau avant de s'intéresser à la fin.

Pour l'instant j'ai, au minimum, testé qu'on pouvait sortir du PLA (dans MES conditions, avec MA machine et MES accessoires, ce qui demandera à être vérifié avec votre config' perso...) à une vitesse plus importante que le fameux plafond de 15mm³/s et rien de plus. C'est tout l'intérêt de s'y mettre à plusieurs.

Il me reste toutefois à analyser plus précisément ce qui est sorti de ma buse.

    - Est-ce que c'est encore du PLA "normal" et utilisable,

    - combien on en récupère par rapport à ce qui est "rentré" !!! ---> là, j'en vois qui tiquent, car je viens de noter un truc que je dois vérifier.. j'y reviendrai prochainement.

A+