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Beta-Head Troubleshooting

Written by BonsaiBrain. Posted in Projekte

Seit einiger Zeit führen wir die Edelstahl-Hotends "Beta-Head" in unserem Sortiment. Es handelt sich hierbei um eine eigene Entwicklung eines Hotends, welches komplett aus Metall besteht und somit keine Verschleißteile, wie PTFE Röhrchen oder PEEK Kühlkörper enthält. Die neuen Hotends werden hauptsächlich in unseren Komplettsystemen, dem Printupy Single und dem Printupy DualX Desktop 3D Drucker eingesetzt. Darüber hinaus werden die Hotends natürlich auch separat angeboten.

Bei unserem Systemen wurden die Hotends mit fast allen gängigen Materialien getestet: PLA, ABS, Nylon, PET, PC und Laywoo-D3. Ein paar Abstriche mussten wir in der Druckgeschwindigkeit machen, da das Edelstahl-Innenleben der Hotends eine höhere Reibung aufweist, als z.B. PTFE. Dafür lässt sich (fast) jedes Material verarbeiten, da Temperaturen von bis zu 300°C erreicht werden können. Ein Wechsel der Filamente kann problemlos durchgeführt werden, auch der oft schwierige Wechsel von ABS auf PLA.

Nun wurde uns von manchen Kunden berichtet, welche das Hotend in ihrem System montierten, dass die Extrusion von PLA immer wieder abbricht. Auch eine Reduktion der Druckgeschwindigkeit oder eine Erhöhung der Drucktemperatur zeigte nicht den erwünschten Erfolg. Die Frage war: Warum können wir mit PLA drucken, aber unsere Kunden nicht?

Um dies zu untersuchen, haben wir die BetaHeads in einem Testaufbau ohne 3D Drucker untersucht, um der Ursache des plötzlichen Extrusionsstops auf den Grund zu gehen. Getestet wurde natürlich PLA, da dies die größten Probleme verursacht. Wie in unserer Produktbeschreibung, wurde ein Lüfter so montiert, dass er direkt auf das Hotend gerichtet ist.

montagevorschlag luefter web

Und genau dort befindet sich das Problem: Montiert man das Hotend genau so, führt dies zum Extrusionsstop. Die Düse wird schwergängig und der Extruder gräbt mit der Vorschubschraube eine Kerbe in das Filament. Die resultierende Frage war nun: Wieso drucken dann unsere 3D Drucker ohne derartige Probleme?

Die Antwort: In unseren Systemen befinden sich mehrere Lüfter. Einer ist, wie gezeigt, direkt auf den Kühlkörper gerichtet, zwei weitere jedoch auf das Hotend selbst, bzw. auf das frisch gedruckte Objekt, allerdings ohne Kanalisierung des Luftstromes. Viele 3D Drucksysteme arbeiten mit einem Lüfter, welcher um die Düse herum gerichtet ist ("around the nozzle cooling"), und somit nur das direkt gedruckte Material kühlt, nicht aber die Düse selbst. Prinzipiell eine elegante Lösung, aber in Kombination mit unseren BetaHeads führt dies zu dem oben beschriebenen Problem. Die ersten Schichten drucken schön, weil der Luftstrom von der Druckplatte reflektiert wird. Je weiter weg die Druckplatte, desto weniger des reflektierten Luftstromes erreicht die Düse. Irgendwann ist der Punkt erreicht, wo die Wärme nach oben kriecht und das Filament gestaucht wird. Dies führt zum Blockieren der Düse.

Die zusätzlichen Lüfter an unseren 3D Druckern führen dazu, dass der dünne Edelstahlsteg zwischen dem "heissen Ende" und dem Kühlkörper ebenfalls gekühlt wird. Frühe Varianten des BetaHeads hatten hier keinen Spalt, sondern direkt den Aluminiumkühlkörper und haben zu den selben Problemen geführt. Ein Weglassen des Kühlkörpers hat das Problem noch verschlimmert - hier war gar keine Extrusion möglich. Erst die Verlängerung des Edelstahl-Röhrchens mit einer Lücke zwischen dem Kühlkörper und dem Heizelement hat zu reproduzierbar schönen Ergebnissen geführt.

In unserem Testsystem ist der Luftstrom des Ventilators nach unten gerichtet, so dass sowohl der Kühlkörper, als auch das Heizelement belüftet werden. In dieser Konfiguration lässt sich PLA elegant und problemlos extrudieren.

BetaHead-Fan1

Da das Heizelement dadurch natürlich in seiner Heizleistung beeinflusst wird, wäre für sehr hohe Temperaturen eine Kanalisierung des Ventilators notwendig. Am effektivsten ist eine Montage des Lüfters direkt oberhalb des Heizelementes in einem Winkel von ~15° und einem Abstand von etwa 15mm, also einige Milimeter niedriger, als im ersten Bild gezeigt.

BetaHead-Fan2

Die Position des Ventilators hat also einen großen Einfluss auf die Extrusion. Große Veränderungen des Winkels und des Abstandes können dazu führen, dass die Düse blockiert.
Allen, welche "around the nozzle cooling" nutzen wird geraten, noch einen zusätzlichen Ventilator zu installieren und mit der Ausrichtung des Luftstroms zu experimentieren.

Vakuum Kammer

Written by BonsaiBrain. Posted in Projekte

Für einen Kundenauftrag wollten wir schöne Silikonformen und Gießteile erzeugen ohne Lufteinschlüsse. Sehr hilfreich dafür ist eine Vakuum Kammer um die Materialien vor dem giessen zu evakuieren. Nun sind solche Kammern nicht unbedingt günstig, was uns auf die Idee brachte, mit einfachen Mitteln selbst eine zu bauen.

Das Zubehör:

  • Ein Kochtopf mit dickem Glasdeckel
  • Ein alter Wasserhahn
  • Ein T-Stück
  • Silikonschläuche
  • Schlauchschellen
  • Silikonkleber
  • Neopren Isolierband
  • Eine M6 Mutter
  • Ein Stück 8mm Aluminiumstange
  • Ein Stück Pappe
  • Textilfaser Klebeband

Zunächst wurde ein Anschluss für das Vakuum am Deckel benötigt. Hierfür wurde das Stück Aluminiumstange an einer Seite auf 6mm Durchmesser abgeschliffen und mit M6 Aussengewinde versehen. Anschließend wurde es mit einem 3.5mm Bohrer der Länge nach durchbohrt. Nun konnte es einfach durch das Loch für den Griff im Deckel gesteckt und mit der M6 Mutter fixiert werden. Abgedichtet wurde mit Silikonkleber.

Um das Ganze Luftdicht zu machen, wurde der Topf an der Innenseite mit Silikonkleber bestrichen. Der Deckel selbst wurde mit Neopren Klebeband beklebt. Zusammen ergab dies eine luftdichte Vakuumkammer.

kammer

Als Ventil wurde ein alter Wasserhahn über ein T-Stück mit der Pumpe und dem Topfdeckel verbunden, so dass das Vakuum auch wieder belüftet werden kann. Zusammen mit der Ölpumpe, welche ein beachtliches Vakuum erzeugen kann, dient diese Selbstbaukammer nun dazu, Silikonformen und Gießharze von ungewollten Luftblasen zu befreien.

station-komplett-de

Sicherheitshalber wird nicht das maximal durch die Pumpe erreichbare Vakuum erzeugt, da die Peripherie eigentlich nicht dazu gedacht ist so starke Druckunterschiede auszuhalten. Doch der Deckel ist sehr dick und der Topf aus Edelstahl, so dass es für unsere Zwecke ausreichend stabil ist. Unglücklicherweise haben wir kein Manometer, so dass wir keine absoluten Zahlen für das erreichbare Vakuum angeben können. Dass das Wasserhahnventil bei der Belüftung recht stark pfeift, ist ein Indiz für ein Vakuum deutlich kleiner als 100mbar.

Mit recht einfachen Mitteln haben wir nun die Möglichkeit wunderschöne Formen und Abgüsse zu erzeugen. Nicht immer muss man viel geld ausgeben um sich gute Arbeitsgeräte anzuschaffen. 

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Das 2PrintBeta Team

 

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