Скорость — важный фактор при принятии решения о том, соответствует ли 3D-принтер вашим потребностям. Читайте дальше, чтобы узнать все о скорости Voron 2.4!
В настоящее время в FDM-печати, главное — скорость. Все хотят получить готовый отпечаток как можно быстрее! Чтобы добиться этого, многие пользователи предпочитают собирать собственный 3D-принтер, так как это позволяет настроить его под себя, сэкономить средства, облегчить ремонт и повысить производительность. Одним из самых популярных является Voron 2.4 — 3D-принтер CoreXY и флагманский принтер компании Voron Design.
Voron 2.4 полюбился пользователям за высокую производительность и возможности, среди которых особенно выделяется скорость. Voron создан как быстрая и надежная рабочая лошадка, включая такие премиальные функции, как линейные направляющие по всем осям и кинематики CoreXY. Тем не менее, базовая конфигурация разработана с учетом эстетики и удобства для новичков. А поскольку она настолько настраиваемая, то с некоторыми изменениями она может стать еще быстрее.
Но насколько быстро он действительно может ехать? Давайте узнаем.
Прежде чем мы рассмотрим Voron 2.4, разберем основные факторы, которые влияют на скорость и ускорение. Но сначала давайте разберемся, что такое скорость и ускорение.
Скорость и ускорение
Сначала давайте обсудим отличие и значение скорости и ускорения, а также то, как они влияют на время печати. Эти термины часто путают, поскольку оба они играют большую роль в сокращении (или увеличении) времени печати.
- Скорость — это скорость перемещения печатающей головки в определенный момент времени, часто измеряемая в мм/с в FDM-печати.
- Ускорение — это скорость, с которой печатающая головка ускоряется или замедляется, часто измеряется в мм/с2 в 3D-печати.
Скорость (точнее, величины скорости) связана с ускорением по следующей формуле:
- v = at (величины скорости = ускорение x время).
Поэтому высокая максимальная скорость не имеет значения, если ускорение невелико, так как для достижения этой скорости потребуется большое количество времени и расстояния. В большинстве случаев отпечаток может быть недостаточно большим, чтобы головка медленно разгонялась до этой скорости, что означает, что максимальная скорость не будет достигнута или будет достигнута только в течение небольшого промежутка времени.
Например, для достижения скорости 300 мм/с при ускорении 1 000 мм/с2 требуется расстояние 45 мм. Это означает, что при линейном перемещении печати длиной 100 мм максимальная скорость 300 мм/с будет достигнута только на 10 мм расстояния, поскольку принтеру также необходимо 45 мм расстояния для замедления. Если вам сложно понять, посмотрите фото выше.
Для короткого времени печати и ускорение, и скорость должны быть высокими, чтобы принтер мог быстро разогнаться до высокой скорости, продолжать печатать на этой скорости и быстро замедляться для поворотов или углов.
Когда разница между скоростью и ускорением убрана, давайте рассмотрим 3D-принтеры FDM более подробно.
Факторы, влияющие на скорость и ускорение
Прежде чем рассматривать скорость конкретного 3D-принтера, в данном случае Voron 2.4 — рассмотрим некоторые факторы, от которых зависят скорость и ускорение.
Максимальный объем потока
Максимальный объем потока — это максимальный объем пластика (часто измеряется в мм3/с в FDM 3D-печати), который может быть выдавлен из сопла за единицу времени. Этот показатель часто рассматривается как одно из самых узких мест, когда речь заходит о «максимальных скоростях». Суть в том, что невозможно печатать быстрее, чем пластик может быть выдавлен из сопла. Это значение может зависеть от нескольких факторов, таких как хотенд, температура сопла, филамент для печати и размер сопла, которые в свою очередь, могут зависеть друг от друга, а вместе они обеспечивают максимальный объем потока.
Хотенд
Существует множество хотендов для 3D-принтеров FDM. Как правило, хотенд с более длинной зоной расплава (участок хотенда, который нагревается до температуры сопла) обеспечивает больший объемный потока, так как у него более длинный участок для расплавления филамента. Более мощные нагреватели и оптимизированная геометрия зоны расплава также увеличивают максимальный объемный поток. Силиконовый носок также изолирует зону расплава и предотвращает потерю тепла в окружающую среду.
Температура сопла
Более высокая температура сопла быстрее и лучше плавит филамент, делая его менее вязким. Менее вязкая жидкость вытекает из отверстия (в данном случае — отверстия сопла) легче, поскольку сопротивление меньше, чем у более вязкой жидкости. Следовательно, более высокая температура сопла приводит к увеличению объема потока.
Более высокая температура печати также повышает адгезию слоев, что является критически важной частью 3D-печати FDM. Однако слишком высокая температура сопла может привести к проблемам с перегревом (например, плохому свесу) и образованию паутины.
Филамент
Филаменты имеют разную вязкость в расплавленном состоянии. Например, ABS имеет меньшую вязкость в расплавленном состоянии, чем PLA. Поэтому, как правило, максимальный объем потока ABS выше, чем PLA.
Однако следует учитывать, что вязкость большинства термопластов изменяется в зависимости от температуры. Как уже говорилось, более высокие температуры приводят к снижению вязкости.
Сопло
Существует так много различных сопел для FDM-печати! Давайте рассмотрим, как они влияют на объем потока:
- Диаметр сопла: Маленькое отверстие оказывает большее сопротивление потоку жидкости (в данном случае расплавленного пластика), чем большое отверстие, создавая большее противодавление. Это означает, что для выталкивания расплавленного материала из сопла требуется большее усилие. Следовательно, чем меньше размер сопла, тем меньше максимальный объем потока, а чем больше размер сопла, тем выше максимальный объем потока.
- Материал сопла: Сопла изготавливаются из различных материалов для решения конкретных задач. У каждого материала есть свои плюсы и минусы, в том числе теплопроводность. Сопло, изготовленное из материала с хорошей теплопроводностью (например, из латуни или никелированной меди), будет быстрее передавать тепло филаменту и расплавлять его, что приведет к увеличению максимального объема потока.
- Специальная геометрия: Сопла, такие как CHT и Bozzle, имеют внутреннюю геометрию, которая увеличивает площадь поверхности (для более быстрой передачи тепла) для расплавления филамента, увеличивая максимальный объем потока.
Обдув
Важной частью FDM 3D-печати является обдув отпечатка. Хотя различные материалы, скорости и температуры печати предъявляют разные требования к охлаждению, для печати должен быть обеспечен достаточный обдув. Без достаточного обдува или при слишком малом времени нанесения слоя могут возникнуть такие проблемы с печатью, как перегрев, плохие или пологие свесы.
Однако слишком сильное охлаждение также не является положительным моментом, поскольку материал может охлаждаться слишком быстро. Это приводит к плохой адгезии слоев и, как следствие, к ослаблению деталей (особенно по оси Z). Поэтому для хорошего качества печати необходимо достаточное (но не чрезмерное) охлаждение для требуемой скорости печати и материала.
Кинематика
Как упоминалось ранее, в Voron 2.4 используется кинематика CoreXY, где оси X и Y управляются одновременно двумя (или более) шаговыми двигателями. Эта система движения обеспечивает высокую скорость, точность и жесткость.
Масса портала и печатающей головки
В отличие от декартовых столов, кинематика CoreXY перемещает печатающую головку по осям X и Y.
Компоненты линейного перемещения преобразуют крутящий момент двигателей в линейные силы. Как видно из уравнения F=ma (сила = масса на ускорение), при одинаковой силе большая масса портала или печатающей головки приводит к меньшему ускорению. Поскольку скорость напрямую зависит от ускорения, более тяжелый портал или инструментальная головка приводят к снижению скорости.
Большая масса портала и печатающей головки также может привести к ухудшению результатов input shaping.
Баланс, жесткость и резонанс
Хотя мы хотим печатать быстро, мы также должны помнить о качестве печати. При увеличении скорости и ускорения пользователи наблюдают артефакты в виде звона или призраков. Они вызваны вибрацией инструментальной головки на определенной резонансной частоте (когда вибрация становится очень выраженной) из-за высоких скоростей.
Помимо механических улучшений, для борьбы с этим часто используется функция input shaping, доступная в некоторых прошивках. С ее помощью прошивка компенсирует вибрации и позволяет достичь более высоких ускорений.
Чтобы увеличить максимальное ускорение, которое может быть компенсировано, мы должны иметь как можно меньше вибраций. В идеале у нас должна быть только одна основная резонансная частота, чтобы input shaping мог ее компенсировать.
Чтобы добиться этого, центр тяжести должен находиться на компонентах линейного перемещения (на верхней части линейных направляющих и ремней) или как можно ближе к ним. Это позволит минимизировать моментные (скручивающие и крутящие) силы, которые увеличивают вибрации и различные резонансные частоты.
Кроме того, принтер, особенно кинематика, должен быть как можно более жестким. Это связано с тем, что повышенная жесткость приводит к увеличению резонансных частот и input shaping легче компенсировать более высокую частоту.
При меньшем количестве колебаний и одной или основной (и более высокой) резонансной частоте максимальное ускорение, которое может быть компенсировано input shaping, выше.
Объем печати
В принтере большего размера ремни значительно длиннее, а значит, больше растяжение ремня. Это, в свою очередь, приводит к увеличению вибраций и снижению ускорений и скоростей.
Кроме того, у более крупного принтера (при схожести других деталей) несколько снижается жесткость. Например, 500-миллиметровый алюминиевый профиль будет менее жестким, чем 300-миллиметровый. Недостаточная жесткость приведет к более сильным вибрациям, что приведет к снижению ускорений и скоростей для поддержания качества печати.
И наконец, более крупному принтеру требуется больше времени для разогрева из-за большей площади стола. Это может быстро привести к значительному увеличению времени печати и энергопотребления и на это стоит обратить внимание, если вам не нужен весь объем печати для большинства ваших отпечатков.
Скорость стокового Voron 2.4
Рассматривая «стоковые» скорости Voron 2.4, мы должны учитывать, что точная конфигурация принтера определяется пользователем, поэтому точно определить это значение сложно. Как было показано в предыдущих разделах, выбранная конфигурация, такая как (но не только) хотенд, объем принтера и диаметр сопла, значительно влияет на максимальные скорости, которые могут быть достигнуты.
Тем не менее, для целей этой статьи мы выберем наиболее популярную конфигурацию, а именно:
- Объем печати 300 мм3
- Хотенд Dragon High Flow
- Сопло 0,4 мм
При такой конфигурации максимальная надежная скорость перемещения составляет около 500 мм/с при ускорении 25 000 мм/с2. Большинство пользователей могут достичь максимального ускорения input shaping не менее 3 000 мм/с2, а максимальная скорость печати (рассчитанная с использованием максимального объема потока 24 мм3/с) составляет 300 мм/с для хотенда Dragon HF с шириной линии 0,4 мм и высотой слоя 0,2 мм.
Обычно для достижения практически идеального качества пользователи печатают с ускорением 1000-2000 мм/с2 по периметру, скоростью 120 мм/с по периметру, ускорением заполнения 4000-5000 мм/с2 и скоростью заполнения 250-300 мм/с. Это приблизительные скорости, используемые популярными профилями слайсеров Voron и многими поставщиками Print It Forward (PIF), которые являются проверенными членами сообщества и производят высококачественные детали для новых сборщиков Voron.
Помните, что эти скорости являются лишь приблизительными и ваша скорость может варьироваться в зависимости от многих факторов, например от того, насколько хорошо собран и настроен принтер.
Модернизация
Стоковые скорости и так довольно высоки, но любители любят модернизировать свои принтеры для повышения производительности. Разработчики Voron — не исключение!
Легкие компоненты
Поскольку Voron 2.4 перемещает только печатающую головку и портал, быстрый способ мгновенно увеличить максимальную скорость — уменьшить массу печатающей головки и портала.
Печатающая головка
Очень популярной модернизацией для принтеров Voron является облегченная печатающая головка. Помимо преимущества в виде меньшей массы, легкие печатающие головки обычно оснащаются более эффективными системами охлаждения. К популярным легким печатающим головкам относятся:
- Mantis Xol: Конструкция, вдохновленная головкой Mantis Dual 5015, но с двумя вентиляторами 4010.
- Mantis Dual 5015: Легкая головка с экструдером Sherpa Mini и двумя вентиляторами 5015.
- Dirtybird: Легкая головка с экструдером Sherpa Mini (или Micro) и двумя вентиляторами 4510.
Существует множество других вариантов (включая модификации трех вышеперечисленных), поэтому лучше провести небольшое исследование и выбрать тот, который лучше всего подходит для ваших нужд!
Портал
В стоковом Voron 2.4 используются печатные детали, алюминиевый профиль 2020 в качестве X-образной балки и линейный рельс MGN12H в качестве компонента линейного перемещения. Чтобы значительно уменьшить массу портала, можно внести некоторые изменения. Например:
Вместо печатных деталей можно использовать детали отфрезерованные на станках с ЧПУ, из алюминия, чтобы обеспечить более высокую прочность, жесткость и термостойкость при меньшей массе.
Вместо алюминиевого можно использовать портал из углеродного волокна или алюминия, что позволит снизить массу портала примерно на 100 г (в зависимости от размера принтера).
Линейный рельс MGN9H легко выдерживает нагрузку от печатающей головки принтера и на ~150 г (в зависимости от размера принтера) легче, чем линейный рельс MGN12H.
Больше охлаждения
В штатной инструментальной головке Stealthburner используется вентилятор 5015, разделенный на два воздуховода. Сдвоенные вентиляторы 5015, как, например в головке Mantis Dual 5015, могут увеличить поток воздуха более чем в два раза. Пользователи могут даже использовать мощный вентилятор 7040 CPAP для еще большего охлаждения и снижения массы инструментальной головки.
Хотенд с повышенным потоком
Хотенд выбирается пользователем при создании Voron 2.4. Можно сразу выбрать высокопоточный хотенд или позже перейти на более высокопоточный хотенд, чтобы получить более высокий максимальный объем потока на более высоких скоростях.
Если вы собираете стандартную конфигурацию с печатающей головкой Stealthburner, некоторые варианты с высоким потоком, такие как Rapido UHF (Ultra High Flow), Dragon UHF или Goliath, не поддерживаются. Но можно изготовить его с модифицированным соплом напрямую, либо разработать или найти модификацию, подходящую для выбранного вами хотенда.
Сопло CHT также может напрямую увеличить максимальный объем потока!
Шаговые драйверы
В стандартном портале Voron 2.4 используются два шаговых двигателя, работающих на 24 В. Запуск шаговых двигателей на более высоком напряжении (например, 48 В), а также использование высоковольтных шаговых драйверов (например, TMC5160) и плат (например, BigTreeTech Octopus Pro) может увеличить крутящий момент этих шаговых двигателей, обеспечивая более высокие ускорения и скорости.
Кроме того, увеличение количества шаговых двигателей, например, установка VzBot, также может увеличить максимальные ускорения и скорости.
Заключение
Благодаря всем этим усовершенствованиям пользователи могут рассчитывать на печать со скоростью до 500 мм/с при ускорении до 20 000 мм/с2 с замечательным качеством (как показывают многочисленные участники сообщества). Кроме того, есть возможность достичь еще больших скоростей! Это составляет менее половины времени печати по сравнению со стандартными скоростями Voron 2.4.
Различные апгрейды дают разное увеличение скорости печати и ускорения, а также влекут за собой разную стоимость. Обновляйте по своему усмотрению, и каждое обновление (связанное со скоростью) несколько уменьшит время печати!
Voron 2.4 создан для скорости — но не только для скорости. Он также создан для того, чтобы быть тихим, надежным и красивым. С помощью некоторых простых усовершенствований можно печатать на Voron 2.4 очень быстро!
