Was sind Ruckeln und Beschleunigung im 3D-Druck? Eine einfache Anleitung!

Wenn wir in die Welt des 3D-Drucks einsteigen, lernen wir zunächst die umgekehrte Beziehung zwischen der Ausgabequalität eines Teils und der Bewegungsgeschwindigkeit des Druckers kennen. Damit meine ich nichts anderes als die einfache Tatsache, dass eine niedrigere Bewegungsgeschwindigkeit des Extruders im Allgemeinen zu einem besser aussehenden Objekt führt.

Im Laufe der Zeit lernen wir auch mehr Parameter kennen, die angepasst werden können, um das gewünschte Ergebnis für unsere spezifischen Zwecke zu erzielen. Zwei wichtige Einstellungen in Bezug auf die Bewegungsgeschwindigkeit sind Ruck und Beschleunigung. Obwohl sie subtiler und nicht so einfach sind, sind sie überraschend wichtig und können unser Projekt über Erfolg oder Misserfolg entscheiden.

Der Ruck bestimmt den Geschwindigkeitsbereich (von 0 mm/s bis zur angegebenen Geschwindigkeit), in dem der Drucker den Beschleunigungsparameter vollständig ignoriert und direkt zu der unter der Ruckeinstellung definierten Geschwindigkeit übergeht. Die Beschleunigung hingegen bestimmt die zeitliche Änderungsrate der Bewegungsgeschwindigkeit. Diese Änderungsrate wird in mm/s definiert und beeinflusst die Druckgeschwindigkeit bis zum Erreichen der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit.

Definieren von Ruckeln und Beschleunigung im 3D-Druck

3D-Drucker verwenden eine sehr leistungsfähige Steuerplatine in Bezug auf die Berechnungsmöglichkeiten. Mit diesem Board kann der G-Code (auf einer SD-Karte gespeichert oder per USB-Kabel gesendet) interpretiert und ausgeführt werden. Dieser Code gibt Auskunft über Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung, die von unserem Drucker Zeile für Zeile gelesen und ausgeführt wird. Es gibt jedoch in der Firmware der Maschine festgelegte Werte, die nicht im G-Code geschrieben sind und die genauer definieren, wie die Bewegungen ausgeführt werden.

Darunter können wir Ruck und Beschleunigung erwähnen, die wichtig sind, um eine angemessene Maßhaltigkeit in einer akzeptablen Druckzeit zu erreichen

Ironischerweise neigt Jerk dazu, die Leute zu verwirren, die einen eher technischen Hintergrund haben. Dies liegt daran, dass dieser Begriff in der Physik definiert ist, aber im Umgang mit 3D-Druckern eine andere Bedeutung hat. Unwissende Menschen wie ich müssen sich nicht mit dieser Verwirrung auseinandersetzen, da ich von dieser Mehrdeutigkeit nichts wusste, bevor ich die richtige Recherche für diesen Artikel durchgeführt habe.

Falls Sie interessiert sind, in der Physik können wir Beschleunigung definieren als Änderungsrate der Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit. Analog Ruck ist nichts anderes als die zeitliche Änderungsrate der Beschleunigung. Mathematisch sind sie die erste und zweite Ableitung der Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit.

Nachdem wir diese (un)notwendige Unterscheidung geklärt haben, definieren wir Ruck und Beschleunigung für den 3D-Druck!

Was ruckelt beim 3D-Druck?

Jerk ist ein Parameter, der die minimale Geschwindigkeitsvariation misst, die eine Beschleunigung auf einer Achse erfordert. Obwohl es kompliziert klingt, ist es leichter zu sehen, wenn die Geschwindigkeitsvariation in einer Kurve auftritt:Wenn das Extrem erreicht ist, muss der Extruder „bremsen“, bevor er die Richtung ändert. Wenn der Ruckwert zu niedrig ist, wird die Bewegung sanfter, wenn sie die Ecke erreicht, und die Geschwindigkeitsvariation wird nicht drastisch sein, wenn das Hotend die Richtung ändert.

Wenn wir beispielsweise den Druckruck auf 20 mm/s einstellen, sagen wir dem Drucker, dass er sofort von 0 mm/s auf 20 mm/s gehen soll, ohne den Beschleunigungsparameter zu ignorieren. Die Beschleunigung wirkt sich nur auf weitere Geschwindigkeitssteigerungen von 20 mm/s auf die Höchstgeschwindigkeit aus.

Andernfalls, wenn der Ruckwert zu hoch eingestellt ist, dauert es weniger Zeit, um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen, und reduziert dann die Druckzeiten. Wie bei allen Parametern beim 3D-Druck muss ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Druckqualität gefunden werden, da eine zu starke Erhöhung dieses Werts Vibrationen verstärkt und Probleme wie Geisterbilder oder Schrittverlust im Motor verursacht.

Was ist Beschleunigung im 3D-Druck?

Die Beschleunigung gibt an, wie schnell die Bewegungsgeschwindigkeit auf jeder Achse zunimmt. Wie beim Autofahren wird die Höchstgeschwindigkeit erst erreicht, wenn man genügend Abstand hat. Per Definition läuft der Drucker mit einer Geschwindigkeit zwischen 0 mm/s (ganz still) und der am Slicer eingestellten Höchstgeschwindigkeit, insbesondere bei komplexen Teilen mit vielen Ecken.

Durch Erhöhen der Beschleunigung wird der Drucker schneller, wenn er über eine ausreichende Distanz verfügt. Ruck ist für die augenblicklichen Geschwindigkeitssteigerungen verantwortlich. Zusammen können sie Ihren Drucker glätten und gleichzeitig die Druckzeit verkürzen.

Obwohl Sie für jede Achse unterschiedliche Beschleunigungs- und Ruckwerte einstellen können, empfiehlt es sich, die gleichen Werte auf der X-Achse und auf der Y-Achse zu verwenden. Auf diese Weise sehen gedruckte Objekte gleich aus, egal wie sie beim Drucken ausgerichtet wurden.

Wie wirken sich Ruckeln und Beschleunigung auf die Gesamtqualität aus?

Wenn der Extruder die Richtung (oder Geschwindigkeit) ändert, muss er zuerst die Geschwindigkeit auf einer Achse reduzieren und die Geschwindigkeit auf einer anderen erhöhen. Wenn der Ruck zu hoch eingestellt ist, erfolgt diese Änderung schnell und abrupt, was dazu führen kann, dass unerwünschte Vibrationen auf das Teil übertragen werden. Wenn die eingestellte Beschleunigung zu hoch ist, hat der Drucker möglicherweise nicht genügend Abstand oder Zeit, um den Hotend-Wagen anzuhalten. Dies erzeugt ein Überschwingen, das das Hotend über die gewünschte Position hinaus bringt.

Im Gegensatz dazu führt die Einstellung niedriger Ruck- und Beschleunigungswerte dazu, dass unser Drucker in einem konservativen Bewegungsbereich arbeitet. Das Finish mag besser sein, aber das Drucken wird mehr Zeit in Anspruch nehmen und es wirtschaftlich nicht machbar machen. Als allgemeine Regel streben wir nach den höchsten Ruck- und Beschleunigungspunkten, bei denen das Aussehen des Objekts akzeptabel bleibt.

Auswirkungen von Ruckeinstellungen auf die Druckqualität

• Sehr lange Druckzeiten :Druckzeit kann verkürzt werden, wenn Ruckwerte richtig eingestellt sind. Die im G-Code eingestellten Höchstgeschwindigkeiten werden schneller erreicht und erfordern weniger Wegstrecke.
• Übermäßige Vibration :Wenn der Drucker die Richtung in einem Winkel von fast 90 Grad ändert, treten unerwünschte Vibrationen im Hotend auf. Diese Schwingung wird auf das Stück übertragen und erzeugt ein „Echo “ auf der Außenseite des Stücks. Dieses als Geisterbilder oder Klingeln bekannte Problem hängt (unter anderem wie die Riemenspannung) davon ab, wie der Drucker seine beweglichen Teile beschleunigt.
• Schwächung der Struktur des 3D-Druckers :Dieses Problem tritt häufiger bei Druckern mit direktem Extrusionssystem auf, da sich Extruder und Hotend gemeinsam bewegen. Die beschleunigte Masse führt dazu, dass die Struktur des Druckers ständig zittert, Schrauben und Muttern lockert und das ursprüngliche Problem weiter verstärkt.
• Abgerundete Ecken :Manchmal werden die scharfen Ecken eines Stücks aufgrund einer falschen Ruckeinstellung abgerundet. Es muss korrigiert werden, damit das Hotend die Richtung korrekt ändert.

Folgen der Beschleunigungseinstellungen der Druckqualität

• Übermäßiger Lärm :Wenn die Beschleunigung zu hoch ist, erzeugt der Drucker sehr laute Geräusche. Eine korrekte Einstellung kann dazu beitragen, die vom Drucker kommenden Geräusche zu reduzieren.
• Z-Wackeln :Dieses Problem manifestiert sich als Variation in den Abmessungen des Teils entlang der Z-Achse. Wenn die vertikalen Stangen nicht gebogen sind, ist die Beschleunigung sehr wahrscheinlich zu hoch.
• Überspringen von Ebenenzeilen :Wenn sich das Hotend vor dem Extrudieren zu schnell bewegt, ist ein kleiner Teil der Zeile leer.

Die optimalen Ruck- und Beschleunigungseinstellungen finden

Optimale Ruck-Einstellungen

Ruckwerte können direkt aus dem Druckermenü geändert werden. Wählen Sie im Steuerungsbefehl „Bewegung“ aus. Dort sehen Sie folgende Werte:

• Vx-Ruck
• Vy-Ruck
• Vz-Ruck
• Ve-Ruck

Da der Ruckwert auf der z-Achse für den Druck normalerweise ohne Bedeutung ist, belassen wir es beim bisher eingestellten Wert. Ebenso wird empfohlen, den Jerk-Wert des Extruders nicht zu ändern.

Die Bewegung in X und Y sollte möglichst ähnlich sein, daher werden wir in beiden Einstellungen immer den gleichen Ruckwert verwenden. Versuchen Sie, diese Einstellung auf einen Maximalwert von 20 mm/s zu ändern.

Der einfachste Weg, den korrekten Ruckwert zu finden, besteht darin, mehrere identische Drucke zu erstellen, wobei dieser Wert bei jeder Iteration mit 5 mm/s geändert wird.

Optimale Beschleunigungseinstellungen

Beschleunigungswerte können auch direkt aus dem Druckermenü geändert werden. Wählen Sie im Steuerungsbefehl „Bewegung“ aus. Dort sehen Sie folgende Werte:

• A-Reise
• AmaxX
• AmaxY
• AmaxZ
• AmaxE

Wie beim Ruck empfehle ich, nur die Beschleunigung auf der X-Achse und der Y-Achse zu ändern.

Diesmal können die Sprünge bei jedem Test jeweils 100 Einheiten betragen. Ein allgemein vereinbarter und konservativer Ausgangspunkt liegt bei etwa 400 m/s^2

Der folgende Rechner von Prusaprinters kann sehr nützlich sein, um auf einem Diagramm zu sehen, wie viel Abstand der Drucker benötigt, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen, bei unterschiedlichen Beschleunigungswerten.

Mit diesem anderen Rechner können Sie die maximale Beschleunigung ermitteln, die Ihr Drucker unterstützt, indem Sie die Masse der sich bewegenden Last und andere bekannte Parameter kennen. Es lässt Sie auch wissen, ob Ihre aktuellen Beschleunigungswerte unseren Drucker instabil machen. Obwohl es aus technischer und pädagogischer Sicht interessant ist, geht nichts über das Iterieren mehrerer Werte, bis der optimale Punkt zwischen Druckgeschwindigkeit und Qualität gefunden wird.

Bei einigen Slicern wie Cura können Sie diese Einstellungen mithilfe von G-Code-Anweisungen ändern. Beispielsweise steuert der Befehl M205 den Ruck. Ich empfehle Ihnen, Ruck und Beschleunigung von Ihrem 3D-Drucker aus zu steuern und die besten Werte dann im EEPROM-Speicher zu speichern.

Verwenden der binären Suche, um den optimalen Ruck und die optimale Beschleunigung zu finden

Die binäre Suche ist eine Methode, die üblicherweise in Computerprogrammen verwendet wird. Es besteht darin, zwei Werte festzulegen, einen niedrigeren (nennen wir es A) und einen höheren (nennen wir es B). Der Durchschnittswert (um unsere kreativen Kräfte nicht zu nutzen, nennen wir ihn C) wird als Hälfte seiner Summe berechnet:(A + B) / 2 =C.

Wenn wir in unserem Druckparameter den Wert C setzen und ein Testobjekt drucken, können wir das Ergebnis überprüfen.

• Wenn er zu hoch ist, wird der Wert C gegen den Wert B ausgetauscht, wodurch (A + C) / 2 erhalten wird.
• Wenn der Wert zu niedrig ist, wird A gegen C ausgetauscht und man erhält (C + B) / 2.

Daher ist es nicht notwendig, den Wert bei jedem Druck schrittweise zu erhöhen, da das Intervall bei jeder weiteren Iteration in zwei Teile geteilt wird.

Diese Methode kann verwendet werden, um jede andere Einstellung Ihres Druckers (wie Geschwindigkeit oder Temperatur) zu optimieren, also probieren Sie es aus, wenn Sie nicht wissen, wo Sie anfangen sollen.

Modelle zum Testen von Ruck- und Beschleunigungseinstellungen

Es gibt mehrere Modelle, mit denen Sie die Ruck- und Beschleunigungseinstellungen Ihres Druckers überprüfen oder kalibrieren können. Einige von ihnen sind spezifisch für diese Einstellungen und viele andere geben einen Überblick über alle Druckparameter, die gleichzeitig zusammenarbeiten.

Den besten Test zur Konfiguration der Beschleunigung findet ihr hier (Thingiverse). Es ist vollständig anpassbar und besteht aus einem einwandigen Stück, das den Beschleunigungswert variiert, wenn der Druck in der Z-Achse ansteigt. Am Ende sieht man deutlich die Beschleunigungswerte, die im Stück Vibrationen erzeugen.

Beim Testen der optimalen Ruckeinstellungen finde ich das folgende Objekt sehr nützlich, da es viele Richtungsänderungen an einem schnell zu druckenden Teil aufweist. Beim Drucken ist darauf zu achten, dass die Ecken richtig geformt sind und sich keine Vibrationsspuren in der Nähe befinden.

Last but not least ein Objekt, das alle Druckparameter auf einmal testet. Obwohl es keiner Einführung bedarf, hebt Benchy alle Kalibrierungsprobleme des Druckers hervor. Die Oberfläche an der Außenwand muss glatt und ohne Vibrationsspuren sein. Die Ecken des Daches sollten rechtwinklig sein und in einem 90-Grad-Winkel enden. Ich empfehle Ihnen, Benchy zu drucken, nachdem Temperatur und Retraktionen richtig kalibriert wurden, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Sehen Sie sich unseren Bereich mit empfohlenen Produkten an

Wir haben einen Abschnitt mit empfohlenen Produkten erstellt, der es Ihnen ermöglicht, das Rätselraten zu beseitigen und den Zeitaufwand für die Suche nach Druckern, Filamenten oder Upgrades zu reduzieren, da wir wissen, dass dies eine sehr entmutigende Aufgabe sein kann und im Allgemeinen zu viel Verwirrung führt .

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