fbpx
I professionisti della stampa 3D al tuo servizio

Calcolare la portata volumetrica del nozzle

Ogni Hot End ha un limite

In questi giorni, per uno studio che sto conducendo per un mio cliente, mi sono imbattuto in qualche problema di estrusione e per capire bene il limite della stampante ho deciso di analizzare a fondo il parametro della portata volumetrica in fase di estrusione.

Parliamo sempre di Extrusion Width, diametro nozzle, step X mm, velocità, jerk chi più ne ha più ne metta… Ma in realtà abbiamo mai pensato a quanto materiale stiamo estrudendo ogni secondo ? Siamo davvero sicuri che il nostro hot end sia in grado di erogare una tale quantità di materiale ? Ed ecco perchè è nata questa tabella di calcolo che tiene conto di questi valori principalmente:

  • Velocità
  • Larghezza di estrusione
  • Altezza Layer
  • Diametro filamento
  • Peso specifico del materiale

Nella tabella sono state analizzate alcune situazioni tipiche combinando i primi 3 parametri, simulando così alcuni degli innumerevoli setup di stampa. Considera che in allegato trovi anche il file in Excel modificale che potrai utilizzare per calcolare tutto ciò che vorrai.

Potrai calcolare il consumo orario massimo TEORICO di materiale (NB: non tiene conto di accelerazioni quindi è sovrastimato) ma è comunque interessante per capire con buona approssimazione che cosa puoi aspettarti con determinati parametri.

Due tabelle per due calcoli differenti

Troverai due tabelle di calcolo in PDF (DOWNLOAD IN FONDO) leggermente differenti. Il foglio di calcolo con la tabella modificabile è disponibile solo per i nostri Patrons

La prima tiene conto di una estrusione di tipo “rettangolare” del filamento e la formula di calcolo è molto semplice FLOW= (Velocità di stampa)*(Altezza Layer)*(Extrusion Width)

In realtà la forma di estrusione è molto più simile ad un rettangolo con i bordi arrotondati e la seconda tabella ne tiene conto utilizzando una formula leggermente più articolata (nulla di astrofisico tranquillo). La tabella, e in particolare il riquadro di calcolo in alto a destra, sono molto utili e ci aiutano a capire fino a dove possiamo spingerci con il nostro estrusore e relativo hotend. Non tutti gli hotend sono stati progettati per estrudere enormi quantità di materiale a velocità molto elevate. 

Per darti un metro di paragone un classico E3D V6 con nozzle da 0.4 mm può arrivare ad un massimo di circa 12/15 mm3/s mentre un Volcano (sempre E3D) o un Typhoon della Dyze possono arrivare anche a 200 mm3/s

Sicuramente un modo per aumentare la portata volumetrica è quello di allargare il diametro del nozzle, nulla di più semplice e scontato. Però quali problemi è possibile dover affrontare ? 

A parità di Hotend se allarghiamo solo il nozzle:

  • La melt zone resterà sempre quella
  • Il materiale avrà sempre meno tempo per riscaldarsi e sciogliersi in camera di estrusione (guarda quanto aumenta la velocità dell’estrusore…)
  • Si dovrà aumentare molto la temperatura di stampa
  • Più il nozzle è grande e più si dovrà quindi ridurre la velocità di stampa

Ecco quindi che necessitiamo di un hot end che possa offrire una adeguata melt zone per un corretto trasferimento di tutto il calore al filamento che dovrà essere estruso. In questa maniera riusciremo a tenere comunque elevate velocità di stampa senza così sacrificare i benefici dell’utilizzo di grossi nozzle.

Potresti obiettare dicendo “Ma usa filamenti da 3 mm” in realtà il problema resta sempre il medesimo… trasferire il calore il più possibile al filamento. La sezione di filamento è quasi doppia rispetto ad 1.75 mm e di conseguenza ci vorrà più tempo per sciogliere correttamente tutto il filamento.

In questa tabella (già pubblicata poco più sopra) noterai come in una simulazione di stampa a 150 mm/s con setup tipico di un ugello da 0.4 mm, la portata volumetrica (o flow) è già ben al di sopra rispetto a quella massima di un E3D originale (12/15 mm3/s). Quindi attenzione a chi millanta di estrudere a velocità folli con materiali e filamenti di bassa, bassissima qualità. Magari lo stanno anche facendo ma… l’estrusione sarà ottimale?

Voi capire se il tuo hotend+nozzle+materiale possono estrudere a determinate velocità ? Con la tabella qui sopra potrai fare tutti i calcoli del caso, in particolare se a estrusore caldo lanci il comando G1 E150 F500 tu stai estrudendo del materiale a circa 500 mm/m che corrispondono a circa 8 mm/s di velocità di estrusione del motore dell’estrusore. Il tutto “simula” una ipotetica velocità di stampa a circa 150 mm/s con layer 0.32 mm e Extrusion width 0.5 mm. 

Questo test è puramente teorico poichè non tiene conto della forma interna del nozzle (camera di estrusione), della lunghezza della melt zone, della rugosità interna sia del nozzle che della gola di stampa. Ti troverai dunque ad ottenere risultati differenti utilizzando ugelli di marca diversa pur mantenendo inalterato il diametro. Altro fattore molto importante… il MATERIALE di cui è composto il nozzle e anche il blocchetto di riscaldamento.

Se l’estrusione di 150 mm è corretta e il tuo setup non perde neanche un passo allora vuol dire che “in teoria” potresti estrudere davvero velocemente ! Se inizi a sentir perdere passi  (tac tac tac), la ruota godronata slitta, smette di estrudere ecc ecc allora hai raggiunto il limite (o hai problemi nell’hot end). Prova diversi materiali e diverse TEMPERATURE, solo così potrai sapere con esattezza fin dove potrai spingerti.

Qui sopra potrai notare una configurazione tra le più utilizzate e che corrisponde a questo test di estrusione : G1 E150 F100 se hai difficoltà ad estrudere vuol dire che c’è qualcosa che non quadra con il tuo hotend e necessita di una revisione o pulizia.

Più si aumenta la velocità di estrusione su nozzle piccoli e più si creerà dello stress nel filamento che verrà estruso. Frequenti sono i fenomeni di back-pressure (filamento che torna indietro), slittamento della ruota godronata, filamento che si “mangia” ecc ecc

Direi che per oggi è tutto, ci si vede al prossimo articolo !

 https://dyzedesign.com/2018/07/3d-print-speed-calculation-find-optimal-speed/ 

 https://dyzedesign.com/typhoon-extruder/ 

 https://manual.slic3r.org/advanced/flow-math 

 https://e3d-online.com/blog/2014/12/17/volcano/ 

I prodotti che ti consiglio

Avere una buona stampante non è tutto… il materiale gioca un ruolo fondamentale nella riuscita di una buona stampa. All’interno del nostro shop troverai numerosi filamenti tra cui scegliere. Trattiamo materiale Made In Italy ma ti farà piacere sapere che siamo noi i primi utilizzatori di questi filamenti, non ci limitiamo alla sola rivendita. Inoltre valuta anche il libro #NoGufetti scritto dal Piraz e che sicuramente potrebbe farti comodo se sei all’inizio della tua avventura con la stampa 3D.

4 Commenti

  1. Simone 12 Dicembre 2019 Rispondi

    Ciao Andrea, articolo come sempre molto chiaro e tabella utilissima, tant’è che mi è venuto un dubbio che non mi ero mai posto.
    Consideriamo il tipico utilizzatore di stampante di fascia economica, che si trova un E3D V6 clone (con gola in PTFE, quindi sarebbe il clone del lite6 in realtà). Finchè stampa con ugello da 0,4mm e altezza layer di 0,2mm no problem, anche se sale con le velocità (anche 100mm/s corrispondono a un flusso di 8mm3/s). Ma se volesse aumentare l’ugello anche solo a 0,6mm pensando di aumentare la velocità di realizzazione dei propri pezzi, probabilmente se stampasse a velocità “standard” (60mm/s) si troverebbe vicino al limite della capacità di fusione del blocco riscandante, giusto?
    In pratica il succo della domanda è: se stampo in PLA (e quindi prediligo hot-end in ptfe), ha senso aumentare il diametro dell’ugello rispetto al classico 0,4mm? Esiste un qualche hot-end con gola in PTFE che permetta velocità di estrusione elevate?
    Grazie

    • Author
      Help3d 12 Dicembre 2019 Rispondi

      Ciao Simone. Le variabili in gioco sono tante ma in genere quando aumenti il diametro nozzle tendi anche a diminuire la V di stampa. a meno di utilizzare i volcano o similari che permettono al filamento di scaldarsi per più tempo ed evitare così delle cold extrusion che porterebbero a delaminazioni. Poi c’è da considerare la marca del filamento ed eventuali fluidificanti inseriti all’interno e come è trattato il nozzle all’interno. Più è “lappato” / rifinito migliore sarà il flusso. Una risposta alla tua domanda ? Certamente esiste, prendi un volcano e sei già a posto !

      • Simone 13 Dicembre 2019 Rispondi

        Ottimo Andrea, ti ringrazio.
        Spesso un utilizzatore medio (io :D) tende a voler aumentare il diametro del nozzle perchè è disposto sacrificare qualcosa in termini di resa dei dettagli, ma incrementare la velocità di realizzazione dei pezzi, e quindi non scendere con la V di stampa (caso tipico di chi compra una stampante con grande volume di stampa ma che si trova a dover stampare progetti con ugello da 0,4mm con stampe di parecchi giorni).
        Quindi in sostanza, per chi è nella condizione sopra (o simile), ci si deve assicurare che l’hardware della propria stampante (in primis hot-end ed estrusore, anche se ci sono tante altre variabili) sia in grado di “stare al passo” con l’aumento di diametro ugello (o meglio, extrusion width) ed eventuale aumento di altezza layer.
        PS: grazie del consiglio, passerò da un V5 direttamente a un Volcano senza passare per il V6!

        • Author
          Help3d 13 Dicembre 2019 Rispondi

          Dipende sempre da ciò che uno deve fare. Ad ogni modo tutte le stampanti di GROSSE dimensioni non utilizzano nozzle e hotend standard !

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

*




JOIN THE DARK SIDE

Iscriviti alla newsletter per ottenere consigli di stampa, news e offerte esclusive

Tranquillo… ci teniamo alla tua privacy e ai tuoi dati. Non verranno ceduti a terzi e saranno utilizzati solo per inviarti materiale utile.

Non ci piace lo  spam