Nozzle temperatuur

[Hardy]

Ik ben vandaag eens bezig gegaan met het meten van de daadwerkelijke nozzle temperatuur, hiervoor ben ik met een kleine themokoppel sensor door de extruder en hotend gegaan tot in de nozzle, daaruit bleek bij een messing nozzle de afwijking van +/- 5gr. hoger dan aangegeven in de software, maar met een hardstalen nozzle lag die 20gr.lager, zo gauw ik de sensor iets omhoog trek, maar dan zit die nog wel in het heatblok, dan klopt de temperatuur weer, ook valt mij op dat de nozzle erg gevoelig is voor invloeden van buiten af, wanneer ik, ook bij de messing nozzle, de nozzle met de vinger maar even aanraak, zakt de temperatuur direct een aantal graden terwijl op het scherm niets veranderd, er zou dus eigenlijk een nozzle moeten bestaan met in ingebouwde sensor om accuraat te kunnen regelen, gebeurd ook wel bij de wat duurdere soldeer bouten.
Dus eigenlijk wat wij doen met een temp.tower is ook erg afhankelijk van allerlei invloeden waar je niet direct goede controle over hebt.

[Wim62]

Dat is normaal dat een hardstalen nozzle afwijkt , daarom adviseren ze meestal ook dat je de temp bij een hardstalen nozzle hoger moet zetten .
In het heatblok wordt de temp geregeld , en als de fan aanslaat gaat de temp ook veranderen en als de fan 100% draait ziet ik de tem ook zakken .
Meestal is het zo geregeld dat er een minimale en een maximale temp is voor een bepaald filament dat je ingesteld hebt . En daar draait de printer dan op .
Wordt de temp dan overschreden dat stopt de printer , en bij sommige printers kun je ook het type nozzle invoeren dan past de software de temp aan .
Maar in grote lijnen heeft het ook te maken met de software die er voor wordt gebruikt en hoe deze is ingesteld .

[Hardy]

Dat wist ik ook allemaal inmiddels al wel met mij zelfbouw ervaring, maar ik wilde eigenlijk gewoon zelf weten hoever dat afwijkt, en het blijkt dus dat alle verhalen van temperatuur instellingen nog meer natte vinger werk is dan ik had verwacht, en zelfs het aanraken van hete nozzle na 1 á 2 seconden al zo'n 10 graden daalt.
Daarom zijn er ook zulke wisselend berichten over printkwaliteit, de één heeft met dezelfde instellingen en printer een mooi resultaat en de ander vervloekt zijn printer omdat het maar niet wil lukken.

[Wim62]

Daarom zijn er ook zulke wisselend berichten over printkwaliteit, de één heeft met dezelfde instellingen en printer een mooi resultaat en de ander vervloekt zijn printer omdat het maar niet wil lukken.

Dat hangt aan zoveel factoren af dat het bijna niet uit te leggen is .
Dat de omstandigheden bij ieder weer anders is .

[Rob52]

Het zal allemaal niet zo'n vaart lopen. De verwarming en de meting vinden beide plaats in het aluminium blokje. Niet voor niets, want dat is massa. En je kunt je vinger wel even tegen de nozzle tikken (het blijft toch ca. 200 graden neem ik aan) maar in het blokje zul je niks meten. (En erg veel energie zul je niet aan de nozzle onttrekken, anders had je een flinke brandwond opgelopen.) Dat is maar goed ook want als er inderdaad een temperatuurdaling of stijging van 10 graden in zo'n korte tijd zou zijn dan slaat de printer meteen op tilt met een Thermal Runaway melding. Als je werkelijk zulke verschillen zou hebben met zo'n kleine aanraking en de sensor zou daar direct op reageren dan zou de hele regeling overhoop liggen. Je hebt door de massa ook nog te maken met de wet van de traagheid waardoor het enige tijd duurt voordat alles doorwerkt. Ook de geleidbaarheid van de nozzle speelt enigszins een rol. Maar dat is tweeledig. Hoge geleidbaarheid zorgt voor snelle warmteafvoer, maar omgekeerd ook weer voor snellere opwarming. En dan is er het aluminium blokje dat als buffer werkt, zeg maar als een condensator, wat de resultaten weer afvlakt. En dan de reactiesnelheid van de ntc en de PID waarden (de meeste staan niet op aan/uit) die de uiteindelijke uitsturing verzorgen, laten het hele proces wat vloeiender verlopen dan het resultaat van een puntmeting met een thermokoppel als meetresultaat oplevert. En om alles nog wat af te vlakken zijn er niet voor niets siliconenhoesjes om over het aluminium blokje te schuiven voor een stukje isolatie.

Wat betreft de invloed van de siliconen sleeves de invloed bij benadering berekend geeft het volgende;
Door de siliconen sleeve verliest het blok bij een luchtstoot of aanraking niet 10 W maar eerder ~4 W aan warmte. Bij een blokmassa van zo’n 10 g scheelt dat ongeveer een factor 2–3 in temperatuurdip: zonder sleeve kan het blok in 1 seconde pakweg 1 °C zakken, met sleeve maar rond de 0,4 °C. De nozzlepunt zelf koelt nog steeds sneller, maar de sensor in het blok ziet veel minder schommeling, en dát is waar de printer op regelt.

Dat laatste is niet van mezelf maar opgezocht.

[Hardy]

Ok, wordt wel weer wat duidelijker, maar dan ben ik wel benieuwd hoe dat gaat bij het nieuwe indx hotend waarbij de nozzle wordt verwarmd door inductie en de temperatuur gemeten wordt via infrarood direct aan de nozzle, hier moet de software toch ook supersnel kunnen reageren zonder direct therminal runaway melding te krijgen, want er zit zo te zien verder ook bijna geen massa(buffer) aan.

Alleen dit is mij ook nog niet helemaal duidelijk: Dat is maar goed ook want als er inderdaad een temperatuurdaling of stijging van 10 graden in zo'n korte tijd zou zijn dan slaat de printer meteen op tilt met een Thermal Runaway melding. Waarom meet ik dat dan? Dit is uiteindelijk de temperatuur waarmee geprint wordt toch?

[PrintEngineer]

In de jaren dat ik nog als kalibratie engineer werkzaam was heb ik meermaals meegewerkt aan onderzoeken waarbij temperatuur(stabiliteit) een grote rol speelde.

Aluminium heeft een lagere dichtheid dan messing of RVS. Die lagere dichtheid betekend dat het materiaal minder energie kan bufferen of geleiden, en de thermische stabiliteit lager is dan bij metalen met een hoge dichtheid (b.v. koper wat in de legering "messing" zit). Daarnaast spelen er nog meer factoren zoals de overdracht van warmte-energie tussen twee verschillende metalen. Bij de meeste printers is het stabilisatieblok (heatblock) van aluminium gemaakt en is de nozzle van een andere metaalsoort. De lagere materiaaldichtheid van aluminium zorgt ervoor dat het lekker snel doorwarmt en vlot naar de ingestelde temperatuur kan worden gebracht. Maar gebruik je een messing nozzle met hogere materiaaldichtheid, zal het langer duren voordat deze de gewenste temperatuur heeft bereikt. Op zich zijn het natuurlijk kleine onderdelen die verwarmt moeten worden en dan speelt de massatraagheid een minder grote rol.

Maar de crux zit hem vooral in de manier waarop je de temperatuur meet en op welke plek je meet. Door bij een 3D printer de temperatuurmeting en het verwarmingselement in dezelfde massa te plaatsen (aluminium heatblock) kan je een vrij stabiele temperatuur meten. Het zit ten eerste heel dicht bij elkaar en je hebt een conditie gecreëerd waarmee de PID regeling overweg kan. Zou je het aluminium heatblock voor een messing uitvoering vervangen zul je een duidelijk hogere temperatuurstabiliteit krijgen, omdat de dichtheid van het materiaal hoger is en de uitwisseling van temperatuur met de omgeving trager verloopt.

Waar je bij het meten van temperatuur ook rekening mee moet houden is dat veel temperatuursensoren alleen hun eigen temperatuur kunnen meten. Dat wil zeggen, het meetelement zit in een behuizing die op zijn beurt het contact maakt (dit is een overgangspunt) met het te meten medium. Wanneer het contact met het te meten medium niet goed is, is de meting die je doet ook niet goed. Je kunt de meting dan verbeteren door thermische pasta te gebruiken om de warmteoverdracht te optimaliseren. Dus de vraag is, hoe betrouwbaar was de meting die je hebt uitgevoerd en heb je echt de nozzle temperatuur gemeten of de opgewarmde lucht in de nozzle? Want dan heb je iets anders gemeten dan je dacht te meten

thermische geleidbaarheid metalen

[Rob52]

Alleen dit is mij ook nog niet helemaal duidelijk: Dat is maar goed ook want als er inderdaad een temperatuurdaling of stijging van 10 graden in zo'n korte tijd zou zijn dan slaat de printer meteen op tilt met een Thermal Runaway melding. Waarom meet ik dat dan? Dit is uiteindelijk de temperatuur waarmee geprint wordt toch?

Ja en nee. Je meet het inderdaad met het thermokoppel omdat dit een hele snelle puntmeting is met een element dat zelf nauwelijks massa heeft. (Tenminste als het een "kaal" thermokoppel is dat alleen bestaat uit de warme las van de twee draden die samen het meetpunt vormen.) Je meet dus inderdaad de snelle temperatuursverandering. Maar de printer meet daar niet en regelt daar ook niet op. Die meet met een veel tragere ntc (heeft meer eigen massa) in een aluminium (buffer) blokje. De printer ziet dus eigenlijk helemaal geen verandering of de printer ziet daar hooguit een heel kleine, trage verandering van terug, zeker niet die snelle 10 graden die jij met je thermokoppel ziet. En reageert ook niet met een Thermal Runaway. De printer print (en regelt) met de door de ntc gemeten temperatuur, niet met die, die jij hebt gemeten in de nozzle. Daarbij komt nog dat een werkelijke Thermal Runaway pas actief wordt na een bepaalde tijdsperiode. In Marlin wordt gekeken naar een combinatie van hoeveel de temperatuur achterblijft én hoe lang dat duurt; alleen een korte dip van een paar graden op de nozzle‑tip triggert dat niet. Die kun je, als je zelf Marlin installeert, ook aanpassen. Welke waardes er precies bij horen durf ik zo niet te zeggen, maar het gaat om meer dan een paar seconden.

Daar komt ook nog bij dat het geheel een doorlopend proces is waarbij opgewarmd filament (redelijk) continu door de nozzle stroomt. Ook dat filament heeft massa en heeft warmte opgenomen. Dat gaat niet zomaar en met een piek verloren. Je kunt dat filament zien als een extra warmtereservoir in de hotend: ook dat dempt snelle schommelingen. Wat wel kan meespelen is dus bijvoorbeeld een nozzle van een materiaal dat uiteindelijk een lagere werktemperatuur bereikt en waarbij de temperatuurinstelling van de printer wat moet worden aangepast om de nozzle op de gewenste temperatuur te krijgen. Er is dan wel sprake van een meetfout want de temperatuurinstelling is hoger dan de werkelijk gemeten temperatuur aan de nozzle. Behalve wanneer zoiets dus in de software wordt gecompenseerd zoals Wim62 al aangaf dat dit bij Prusa gebeurt. Strikt genomen is het geen fout van de NTC, maar een offset in het systeem: de sensor meet netjes wat het blok doet, maar de temperatuur aan de nozzlepunt is lager door de hogere thermische weerstand van die nozzle.

Als je kijkt naar het effect van sneller printen dan loop je daar op een gegeven moment dus ook tegen een kantelpunt aan dat het filament niet snel genoeg meer kan worden verwarmd en er verstopping optreedt. In snellere printers zit ook een verwarmingselement met een hoger vermogen. In een Anet A8 zit bijvoorbeeld een 40 watt element, terwijl bij moderne snellere printers zoals een Bambu P1S het hotend‑vermogen grofweg het dubbele is. In het verleden heb ik al een paar 50 watt elementen aangeschaft maar ben er nooit toe gekomen om ze toe te passen. In een standaard printer zou je voor een stabieler resultaat een 50 watt element kunnen installeren. Bij een Anet zou ik het met de standaard printplaten niet doen, die staan al bekend om hun brandrisico. En bij het installeren van een 50 watt element is het verstandig een nieuwe PID tuning te doen, want die wijkt af van hetgeen je bij een 40 watt meet.