Zinvol of zinloos -WHATEVER - we gaan ervoor

[PrintEngineer]

Gezien de titel van dit topic zie ik al mensen kijken, waar gaat dit nu weer over? Nu dat zit zo. Ik ga het proberen uit te leggen in zo min mogelijk tekst

Het idee heeft alles te maken met de part cooling van de FDM 3D printer(s). In conventionele vorm is de part cooling altijd afhankelijk van de omgevingstemperatuur, omdat je ook de omgevingslucht gebruikt voor het koelen van het materiaal. De koeling zal dus ook beter werken naar mate de omgevingstemperatuur lager word. Om daar invloed op te kunnen uitoefenen ben ik op zoek gegaan naar een mogelijkheid om een geregelde temperatuur over het vers gelegde materiaal te kunnen sturen. Samen met de buurman (elektronicaman en programmeur), hebben we nagedacht over welke methoden je zou kunnen gebruiken, en we zijn blijven hangen aan het idee om daar een Peltier element voor te gebruiken. Na wat ideetjes en schetswerk is er een ontwerp uit gerold, waar ik nu mee bezig ben om een prototype te bouwen.

Wie de werking van een Peltier element kent en begrijpt weet dat je daar altijd een warme en koude kant hebt. Wat we hebben verzonnen is om de koude en warme luchtstroom te gaan mengen zodat je er ingestelde uitblaastemperatuur mee kunt produceren. Dat maakt het dat je niet meer afhankelijk bent van de omgevingstemperatuur en bijvoorbeeld onder alle omstandigheden een luchttemperatuur van 10°C over het warme materiaal kunt sturen. Of het nu rond de printer 15°C of 30°C is, de uitblaastemperatuur van de part cooling blijft altijd gelijk.

Op dit moment ben ik zover dat de warme en koude kant door een uitblaasopening naar buiten worden gestuurd, en nu komt de tweede fase. Een temperatuur geregelde stappenmotor die een mengklep gaat bedienen. Het hele ontwerp gaat straks draaien op een Arduino Uno R3. De buurman denkt na over de programmering en samen verzinnen we hoe het zo compact en betaalbaar mogelijk blijft.

Voor het prototype heb ik nu twee blauwe zijden (in een keer geprint uit een rol blauw), logischer zou zijn om een rode en blauwe te hebben. Dus mocht dit ontwerp het gaan halen ga ik zeker nog een rode kant printen. Maar eerst de mengklep ontwerpen en dan kunnen we het geheel gaan testen.

Andere toepassingen voor dit ontwerp zijn ook mogelijk, en wij denken bijvoorbeeld aan het op temperatuur brengen en houden van een enclosure. In dat geval moet de Peltier misschien een maatje groter worden gekozen, maar dat is natuurlijk altijd mogelijk. Hier alvast een paar plaatjes

[Rob52]

Ik zet bij deze constructie mijn vraagtekens. Als je de warme en koude kant weer bij elkaar voegt dan is het resultaat per definitie weer gelijk aan het begin oftewel de omgevingstemperatuur. Minus het energieverlies wat weer afhankelijk is van het werkelijke rendement van het Peltierelement. Uiteraard wordt het wat anders wanneer je, zoals je zelf al aangeeft, dit met een klep of kleppen wilt gaan regelen.

Zelf zou ik eerder kiezen voor een methode waarbij het peltierelement op uitgangstemperatuur aan de koude zijde wordt geregeld. Dit zou je mogelijk met een Arduino en een PWM signaal kunnen regelen. Voordeel is dat je geen mechanische onderdelen nodig hebt. De warme lucht moet je dan uiteraard wel de andere kant op wegleiden want daar heb je niks aan.

Maar misschien gaat het ook wel eenvoudig met een temperatuurregelaartje van Ali en een solid state relais. Die kan flitsend snel schakelen met een erg kleine hysterese zonder dat deze slijt. Er staat mij bij dat ik tijdens m'n werk wel eens een regeling heb verkocht die volgens het laatstgenoemde principe werkte.

[PrintEngineer]

De mengklep zoals ik hem voor de meesten begrijpelijk heb willen omschrijven is meer een klep die tussen 0 en 100% warme lucht naar de omgeving laat ontsnappen. De koellucht aan de koude zijde is een continu luchtstroom. Die blower zal straks constant op 100% draaien en de klep voegt warme lucht toe als je onder de ingestelde uitblaastemperatuur komt.

De warme lucht die we naar de omgeving laten ontsnappen kan eventueel met een slang of andere methode naar buiten de ruimte worden weggeleid. Maar dat is nog een aantal stappen te ver. We willen eerst maar eens focussen op het regelen van een stabiele uitgangstemperatuur (streven is ±0.2°C), die voor het printen met PLA (met de kennis van nu) ergens tussen de 5°C en 10°C moet komen te liggen. De grootste uitdaging zit echter in de regeling van de klep die ik nog moet gaan ontwerpen.

Het regelbereik van dit speeltje moet ergens tussen de 0°C en 25°C komen te liggen, en als het echt blijkt te werken, is het technisch gezien mogelijk om ook tot 60°C te regelen voor verwarmingsdoeleinden. In dat geval is het wel even de vraag van welk materiaal de air ducts moeten worden gemaakt. PLA (gebruikt voor het prototype) is dan niet meer geschikt en kom je misschien voor de veiligheid uit op iets als PEEK of PEI. Mocht er dan iets misgaan met de temperatuurregeling en de warme kant schiet door richting de 130°C (theoretisch haalbaar met deze Peltier), eindigt het niet meteen in een gesmolten geheel. Maar beide hiervoor genoemde kunststoffen kan ik niet printen, en zal je het het ontwerp dan ergens moeten laten frezen o.i.d.

Hoe dan ook, dit project is echt niet bedoeld om de wereld van het 3D printen te verbazen met een nieuwe uitvinding. De buurman en ik vinden het gewoon leuk om samen een dergelijk project te bouwen en zo is het ook een beetje uit de hand gelopen met mijn basis idee. En dus hebben we maar gezegd, we gaan ervoor en zien wel waar het schip strand

[Hardy]

Het hele ontwerp gaat straks draaien op een Arduino Uno R3. De buurman denkt na over de programmering en samen verzinnen we hoe het zo compact en betaalbaar mogelijk blijft.

Arduino nano of micro, is in ieder geval kleiner (is verder hetzelfde), en zou je dan misschien nog in de kop kwijt kunnen, scheelt weer bedrading naar het mainbord, ook zou eventueel na kunnen denken om i.p.v. een stappen motor een kleine servo te gaan gebruiken, want snelheid is hier niet van belang toch? maar ik ken het ontwerp verder niet natuurlijk, ben wel benieuwd.

[PrintEngineer]

De Arduino nano en micro zouden inderdaad een optie kunnen zijn. Hebben we eerlijk gezegd nog niet over nagedacht en gingen in eerste instantie uit van Arduino's die we nog hebben liggen. De stappenmotor wordt van het type 28BYJ-48 en is behoorlijk klein. Als het werkt zouden we ook nog kunnen overwegen om een 28BYJ-256 te gebruiken. Regelen met servo's zou natuurlijk ook kunnen, maar vielen voor ons af vanwege de under- en overshoot die ze vaak hebben. Inmiddels ben ik begonnen om een eerste versie regelklep te ontwerpen. Ben er nog niet helemaal van overtuigd dat het gaat werken, dus maar eens eentje printen en er dan mee gaan prutsen

[3DWim]

En weer wordt er een ventilator verkracht.
Zoek eerst eens op het verschil tussen een axiale en radiale ventilator en het hoe en waarom.

[PrintEngineer]

Het gaat hoofdzakelijk om de fun die het ons geeft om zoiets samen te verzinnen en te bouwen. We werken hier aan een prototype en geen definitief ontwerp. Er wordt gebouwd met beschikbare spullen, en dus ook met gebruikte axiaal ventilatoren

[Rob52]

3dWim heeft wel een puntje

[PrintEngineer]

Je mag mij uitleggen in welke vorm er iets mis is met dit ontwerp. De uitblaasopening is 15% groter dan de totale opening van de ventilator. Als er met verkrachten wordt bedoeld dat de ventilator met tegendruk werkt, dan kan ik zeggen dat daar geen sprake van is. En in principe is de werking van de koeling als bij veel processoren van computers. Daar licht ook een axiaal ventilator op een koellichaam waar de lucht frontaal tegenaan word geblazen. Maar ik zal de term verkrachten mogelijk wel verkeerd begrijpen, maar wij denken dat de voor en tegens goed tegen elkaar zijn afgewogen

[Rob52]

Verkrachten is misschien een beetje overdreven, maar verkeerd gebruik zal beter in de buurt komen. Een axiaal ventilator zal het werk best wel voor elkaar krijgen, daar twijfel ik niet aan. Maar een centrifugaal ventilator verdeelt de krachten totaal anders. En bijkomend voordeel is dat ze meestal geruislozer zijn. De axiaal blaast vol op het oppervlak en dan moet de lucht in deze constructie meteen een 90 graden bocht maken om verder te gaan. Dit terwijl hij bedoeld is om een luchtstroom rechtuit te blazen. Heel veel weerstand dus. Een centrifugaal trekt de lucht in het midden naar binnen en werpt dit vervolgens onder 90 graden naar buiten. Het lijkt hetzelfde, maar het is in de praktijk volkomen anders. Bij de centrifugaal is er veel minder weerstand en dus ook minder geluid. Maar hij kan wel veel meer druk opbouwen.

Een aardige vergelijk en uitleg vind je ook hier.