Исследователи установили связь между скоростью и резонансом в настольных FDM-принтерах

В новом исследовании рассматривается распространенная проблема настольной 3D-печати методом FFF: эффект «звона».

Это тот волнообразный рисунок, который вы видите вблизи углов и острых краев, когда принтер движется слишком быстро или слишком сильно ускоряется.

Более высокая скорость хорошо смотрится в технических характеристиках, но как только рама, ремни, двигатели, каретка или печатающая головка начинают вибрировать, поверхность печати говорит сама за себя.

Обычно в качестве решения используется формирование входных данных.

Эта функция теперь широко распространена в прошивке Klipper, всё чаще встречается в Marlin и встроена в некоторые коммерческие системы принтеров. Идея заключается в измерении вибрационного поведения принтера и последующей корректировке команд движения, чтобы машина не тряслась и не создавала видимых артефактов.

Но есть одна проблема: часто требуется акселерометр, калибровка, специфичная для конкретного принтера, и периодическая повторная настройка после механических изменений. Многие пользователи пропускают этот процесс и полагаются на стандартные предустановки. Это лучше, чем ничего, но это определенно не то же самое, что знать, как на самом деле работает конкретное устройство.

В новой статье, официально озаглавленной «Проверяемое отображение частоты и скорости в стационарном режиме для настольных FDM-принтеров на основе электромеханической связи», предлагается более прямой подход к решению проблемы.

Иными словами: вместо того, чтобы просто спрашивать: «На какой частоте резонирует этот принтер?», авторы спрашивают: «Какая скорость печати возбуждает эту частоту?»

Это интересный и нестандартный взгляд на проблему.

Основная идея довольно проста. Шаговые двигатели не движутся непрерывно и идеально плавно. Они движутся ступенчато, и эти шаги происходят со скоростью, определяемой заданной скоростью, микрошагом, размером шкива, шагом ремня и настройкой количества шагов на миллиметр, установленной принтером.

Этот шаг представляет собой частоту.

Таким образом, когда вы задаете инструменту перемещение с заданной скоростью, вы также генерируете определенную частоту возбуждения в станке. Изменение скорости меняет частоту. Изменение диапазона скоростей меняет диапазон частот.

В конце концов, вы можете попасть в структурный режим. Именно тогда принтер начнет издавать звонки.

В исследовании это описывается как проблема электромеханической связи. Исследователи выводят соответствие между установившейся линейной скоростью и установившейся частотой возбуждения для настольных систем FFF.

На практике это можно проверить, печатая сегменты с постоянной скоростью при различных скоростях подачи, измеряя при этом реакцию принтера с помощью акселерометра, микрофона или даже анализируя возникающие поверхностные неровности. Пики вибрации или погрешности поверхности будут указывать на резонансное поведение.

Самое интересное не в том, что шаговое движение может вызывать вибрацию. Это не новость.

Наиболее интересной является попытка создать формальную, проверяемую зависимость между заданной скоростью и возбуждаемыми частотами. Это могло бы ускорить калибровку и сделать её менее загадочной.

Модель основана на установившемся движении. В реальной 3D-печати много начальных движений, остановок, поворотов, стыков, изменений давления и ускорений. Многие из самых неприятных артефактов появляются именно во время этих переходов, а не во время длительных, плавных движений с постоянной скоростью.

3д принтеры по схеме CoreXY и H-bot добавляют еще одну сложность, поскольку движение двигателя не так просто соотносится с движением инструментальной головки, как это происходит на базовой декартовой оси. Кроме того, экструдеры могут создавать собственные источники вибрации.

Кроме того, существуют обычные механические переменные: натяжение ремня, жесткость рамы, масса каретки, состояние подшипников, вес инструментальной головки, температура в камере и все, что пользователь прикрепил к станку с момента последней калибровки.

Поэтому данное сопоставление, вероятно, следует рассматривать как вспомогательное средство калибровки, а не как универсальный закон, навсегда описывающий принтер.

Тем не менее, это очень интересная концепция.

Почему? Потому что в программах для нарезки и в программном обеспечении уже изначально учитывается скорость.

Если принтер может определять диапазоны скоростей, вызывающие нежелательные вибрации, программное обеспечение может реагировать двумя способами. Оно может избегать этих скоростей на этапе планирования траектории или использовать эту информацию для более эффективной настройки формы входного сигнала.

Это может иметь значение для пользователей, которым нужна высокоскоростная печать без необходимости тратить полдня на установку акселерометров и калибровку. Это также может быть важно для школ, сервисных центров и предприятий по производству печатной продукции, где цель состоит не в победе в конкурсах скорости печати, а в обеспечении производства качественных деталей с минимальными усилиями.

Производители также могли бы использовать этот подход в заводском контроле качества. Например, кратковременная проверка скорости может показать, работают ли ремни, рама или портальный узел станка должным образом перед отгрузкой.

Избегание определенных скоростных диапазонов может снизить максимальную теоретическую производительность. Но в реальных рабочих процессах печать на немного более низкой скорости, которая получается чистой, часто завершается раньше, чем печать на более высокой скорости, которую необходимо перепечатать.

Ключевым моментом для этой концепции станет интеграция с прошивкой. Если это станет мастером калибровки в Klipper, Marlin или прошивке стороннего производителя, то концепция перейдет из разряда научных работ в практический инструмент.

А если такие компании, как Prusa Research, Bambu Lab, Creality или другие, начнут использовать сопоставление скорости и частоты в функциях автоматической настройки, это будет свидетельствовать о том, что эта идея выходит за рамки одних лишь исследований.

На данный момент главный вывод прост: высокоскоростная 3D-печать — это не только скорость. Это также и то, как эта скорость влияет на работу машины с точки зрения частоты.

Источник

Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.

По всем вопросам обращаться (круглосуточно):

телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

вк — https://vk.com/3d_krd_123

группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

Наши ресурсы:

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd

теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123