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[Simplify3D] EM vs EW, Theoretische Überlegungen
#1
In letzter Zeit habe ich hier im Forum immer wieder gelesen das man statt dem Extrusion Multiplier die Extrusion Width anpassen soll um die Top Layer sauber zu schließen und ein „schönes“ / „gutes“ Druckbild zu erhalten.
Da ich einfach nicht verstehen konnte wieso das helfen soll (ich habe mich primär immer auf den Extrusion Multiplier gestützt) habe ich mir die Thematik die letzten Tage von einem theoretischen Standpunkt aus angeschaut.
Der Folgende Text bezieht sich ausschließlich auf die Toplayer, nicht auf Perimeter, Überhänge oder sonstiges.

Zunächst einmal ging es mir darum zu verstehen was der Slicher (in meinem Fall Simplify3D) überhaupt genau macht. Also habe ich mir den erzeugten G-Code etwas genauer angeschaut.
Um die Sache etwas zu vereinfachen habe ich einen großen Cube (2mx2m [Ja wirklich Meter]) genommen und nur das erste Layer slicen lassen. Die Toplayer dazu nicht wie sonst vertikal, sondern waagerecht. Die Größe einfach um Rundungsfehler zu minimieren.
Angeschaut habe ich mir dann immer eine Bahn die er von links nach rechts gezogen hat.

Zunächst mal rein Theoretisch was ich erwartete was der Slicer tun muss, bzw soll:
Damit die Layer zu 100% geschlossen sind muss das Volumen der Bahn die gezogen wird zu 100% gefüllt werden. Der Einfachheit halber habe ich hierfür angenommen das es sich hierbei um einen Quader mit den Seitenlängen Extrusion Width * Layer High * Länge der Bahn handelt. Die Seitenbahnen sind zwar nach außen hin gewölbt, aber sobald man Bahnen hat die aneinander angrenzen ist das denke ich recht genau das Volumen welches gefüllt werden muss.
Extrusion Width und Layer High ist aus den Settings bekannt. Die Länge ist die Strecke lässt sich aus Start und Endpunkt aus dem GCode errechnen. Da Simplify mindestens einen Perimeter verlangt ist das nicht ganz genau 2000mm sondern etwas weniger.
Mit
Extrusion Width = 0,5
Layer High = 0,2
Länge = 1998,55
Extrusion Multiplier  = 1,00
Ergibt sich hieraus ein Volumen von 199,855 mm^3

Im GCode ist nicht direkt zu sehen wie viel Material gefördert wird da lediglich der Extruder Motor angesteuert wird. Man erhält die Start Position und die Endpostion auf die der Extruder fährt, daraus lässt sich die geförderte Länge an Filament berechnen, zusammen mit dem Durchmesser des Filaments kann man das Volumen errechnen das laut GCode gefördert werden soll.
In diesem Fall wurden 85,0223mm Filament vom GCode gefördert. Der Filamentdurchmesser war in Simplify mit 1,73mm angegeben was einer Oberfläche von 2,35062mm^2 entspricht. Multipliziert mit den 85,0223mm ergeben sich daraus 199,855118826mm^3
Soweit erhalte ich also genau das was ich erwartet habe. Zumindest bis auf die dritte Nachkommastelle genau.
In einer perfekten Welt können so eigentlich keine Lücken entstehen, wir haben einen bestimmten Raum der mit Filament gefüllt werden soll und wir fördern genau so viel Material wie in diesen Raum Passt.
Eigentlich perfekt.
Leider ist die Welt nicht perfekt und wir sehen trotzdem immer wieder Lücken in den Toplayern.
Als Ursache fallen mir nur zwei Fälle ein.
1. Der zu Füllende Raum ist in Wirklichkeit größer (weil die Bahnen zb nach unten absacken, oder angrenzende Bahnen noch weich sind und verdrängt werden)
2. Unser Drucker fördert nicht das an Material was er Fördern soll

Unter der Annahme das meine Toplayer mit einem EW von 0,5 Lücken aufweisen ist nun die Empfehlung den EW zu verringern um die Bahnen näher aneinander zu rücken und die Lücken zu schließen.
Gesagt getan:
EW auf 0,4 gesetzt und das ganze Spiel erneut ausprobiert.
Durch den Geringeren EW kommen die Mittellinien der Bahnen in der Tat näher zusammen. Das theoretisch zu füllende Volumen verringert sich ebenfalls.
Von 199,855mm^3 auf 159,9072mm^3
Der GCode weist den Drucker in diesem Fall an 159,9071472mm^3 zu fördern.
Der Raum würde also in einer perfekten Welt wieder perfekt gefüllt.
Betrachtet auf die zwei möglichen Ursachen:
1. Ich sehe nicht wieso sich mit geringerem EW an diesem Punkt etwas ändern sollte. Die Bahnen können immer noch absacken oder sich verschieben.
2. Hier kann ich mir in der Tat eine Auswirkung vorstellen. In dem Sinne das wir jetzt weniger Material Fördern und somit die Materialgeschwindigkeit in der Düse abnimmt. Das Filament wird ggf etwas besser durchgeheizt, ist dadurch Dünnflüssiger und hat weniger Wiederstand. Die Druckverhältnisse würden sich in der Düse dadurch ändern. Auf kurzen Strecken würde ich hier auch in der Tat erwarten eine Änderung im Druckbild zu sehen. Bei längeren Strecken sollte dieser Effekt jedoch eigentlich wieder verschwinden. Bei einem erhöhten Wiederstand in der Düse würde bei langen Strecken entweder der Druck soweit Steigen, dass der Extruder Aussetzer bekommt oder das Ritzel durchdreht. Oder der Druck würde irgendwann ein Plato erreichen und genau so viel Material aus der Düse gefördert werden wie der Extruder reinschiebt.


Ich bin mir an diesem Punkt absolut nicht sicher ob ich nicht irgendetwas elementares übersehen habe. Oder ob die Praxis schlicht so weit von der Theorie abweicht das es einfach nicht zusammenpasst.

Nach bisherigem Stand sehe ich nicht wie eine Verringerung des EW einen anderen Effekt hätte als zb die Geschwindigkeit Herunter zu setzten oder die Temperatur hoch zu drehen. Ersteres würde genauso den Materialdurchsatz pro Zeit in der Düse verringern, zweiteres ebenfalls das Filament flüssiger machen.
Wirklich Lücken in den Toplayern zu schließen, die meinem Verständnis nach ihre Ursache in einem abweichen des theoretisch zu füllendem Volumens mit dem tatsächlich geförderten Volumen haben, kann es nicht viel helfen.
Neben den Extruder Steps im Drucker selbst, sehe ich in Simplify lediglich die Parameter Extrusion Multiplier und Filament Diameter hierfür verantwortlich. Hat man den Filament Diameter wirklich 100% passend bestimmt sollte der EM mit 1,00 auch passen, vorausgesetzt man hat genug Toplayer, so dass ein „durchhängen“ nicht relevant ist. Eigentlich könnte an den EM auf fest auf 1 setzten und auf der ersten Seite grundsätzlich nur am Filament Durchmesser drehen.

Erschreckenderweise ist der ganze Text hier jetzt ziemlich lang geworden. Respekt an alle die bis hierhin durchgehalten haben.
Es wäre schön ein paar weitere Meinungen zu dem Thema zu erhalten. Insgeheim habe ich die Hoffnung das ich etwas übersehen habe und mir jemand genau erklären kann wieso es hilft den EW zu verringern (scheinbar hilft das ja in der Tat bei einigen hier, das sind ja keine Hirngespinste)

Als Anhang noch meine Excel Datei mit den theoretischen Berechnungen und dem was Simplify3D im GCode ausspuckt.


Angehängte Dateien
.xlsx   EM vs EW.xlsx (Größe: 12,19 KB / Downloads: 127)
Grüße,
Klaus
 
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#2
Großartiger Beitrag! Danke dafür.
Das klingt für mich total plausibel und deckt sich soweit auch mit meinen Noob Erfahrungen - ich fasse die EW auch nicht mehr an nach meiner Testwürfel-Hölle...
LG Piet
 
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#3
Hallo Klaus,

sehr schön betrachtet und vorab, genau das mach ich auch so, der EM bleibt bei mir immer 1, egal welches Material wie auch Durchmesser. Das Filament wird vom durschnittlichen Filamentdurchmesser immer erst genau bestimmt. Da kann ich das selbe G-Code File auf einem Drucker mit E3D wie auch auf einem MK8 Extruder laufen lassen, das passt trotzdem.

So nun zur Betrachtung EW, das ist in der CNC Technik der eigentliche Fräser Durchmesser, bei uns halt Düsen Durchmesser, der bei der CNC das Material weg nimmt und beim Drucker die Kontur aussen/innen bestimmt. Dies wird auch als Radius Korrektur bezeichnet und zu dieser auch benötigt. Nun zu deiner Frage, warum es besser ist den EW anstatt EM an zu passen. Du liest hier ja auch immer wieder, das unsere Düsen Durchmesser berechtigt angezweifelt werden können, da so ein 0,4mm Loch sicherlich nicht so ohne weiteres in Massenproduktion immer gleich hergestellt werden kann. Da ergeben sich Fertigungstolleranzen durch Abnutzung und sonstige Parameter. Also korrigiere ich mit EW eigentlich die Geometrie des Düsenauslasses und somit auch den gefahrenen Bahnabstand zur nächsten Bahn.
Somit ist es völlig schlüssig, das das Volumen bei kleinerem EW auch abnehmen muß, da ich ja damit eigentlich sage, ich habe einen kleineren Düsen Auslass, analog zur CNC Technik halt, einen kleineren Fräser.
Somit nehme ich weniger Flächen Volumen weg, oder benötige weniger Filament Volumen, bei engeren Bahnfahrten. Das ein zu grosser EW zu nicht geschlossnen Topflächen führen kann, wenn ich einfach nur EM erhöhe, ist eigentlich dann auch verständlich, da man eigentlich versucht, mehr Volumen heraus zu drücken und erwartet, das die Bahnen in die Breite gehen. Das geht nur begrenzt gut und führt dann an anderer Stelle wieder zu Überextrusion und Fädenbildung, bei Stopps und Layerwechsel.

Ich hoffe ich habe im Detail all deine Fragen richtig verstanden und damit klären können und finde deinen Ansatz gut ausgearbeitet.

Und mal als Übersicht, was der Filament Durchmesser für einen gravierenden Einfluss auf das geförderte Volumen haben kann, mal eine kleine Kalkulation, wo die eigentlichen Volumen Prozente dargestellt sind. Wenn ich hier dann manchmal lese, das der EM um 10% von 1 auf 0,9 runter geschraubt wird, scheint mir das dann doch eher ein Problem des richtigen Fillament Durchmessers als das Problem der Extruder Kombi.

       


Grüße Jörg
Und sollte ich vergessen haben, jemanden zu beschimpfen, dann bitte ich um Verzeihung!

Johannes Brahms
 
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#4
Wenn man die EW verändert, verändert sich ja nicht nur der Abstand zwischen den Bahnen, sondern auch die Breite der Bahnen selbst.
Habe bis heute leider auch nicht verstanden warum dadurch die Toplayer sich schliesen sollen.
Im Endeffekt werden die Bahnen nur weiter zusammengerückt, da die Bahnen eben dünner sind.

Paradroid und Edwin sprechen aber davon, das dieses Verhältnis "nicht Linear" wäre.
So habe ich es zumindest verstanden.
Ich habe schon sehr viel mit dem EW rumgespielt, aber bin bis heute auch auf noch keinen grünen Zweig gekommen.
Habe mir allerdings auch noch nie genau den G-Code angeschaut.

Ich bin eigentlich seit erscheinen des Bereichs "technisch korrektes Drucken" gespannt auf die Füllung. :-D

Edit: Danke Explorer....das erklärt schon einiges zu dem Thema. :-)
"Gugg mal, ich bin ein 3D Drucker!"..."Mach die Tür zu wenn Du auf Toilette bist!!!" Angel
 
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#5
Ja, logisch der Fräser ist ja dünner und analog zum Druck, benötige ich ja dann auch weniger Material muß dann aber auch mehr Bahnen ziehen um diese Fläche komplett zu füllen.
Sorry den Vergleich mit CNC Fräsen, finde wenn man das mit den subtraktiven Verfahren vergleicht, leuchtet das einem vielleicht einfach besser ein.
Und sollte ich vergessen haben, jemanden zu beschimpfen, dann bitte ich um Verzeihung!

Johannes Brahms
 
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#6
Es geht doch darum dass als Problem ein Steg zwischen den Bahnen stehen bleibt (um mal beim fräsen zu bleiben),
den bekommst du doch nicht weg wenn du auf einen kleineren Fräser wechselst?
LG Piet
 
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#7
Wenn man die Layer betrachtet, ergibt sich folgendes: Die Bahnbreite wird geändert, indem man mehr oder weniger Material extrudiert, da sich der Düsendurchmesser nicht ändern kann. Bei breiteren Bahnen wird das 'zu viel' geförderte Material seitlich weggedrückt, dadurch entsteht eine breitere Bahn. Das kann aber nur geschehen, wenn man irgendwo gegendrücken kann, akso auf geschlossenen Layern. Beim Toplayer wird das Material einfach in den Hohlraum gedrückt, und die Breite ändert sich nicht / nur wenig. Weil der Slicer aber mit der breiteren Bahn rechnet, entstehen Lücken.
Wenn ich die EW verringere, wird der Strang quasi in die Länge gezogen und so die Bahn dünner und schmaler. Zusätzlich wird durch den ausgeübten Zug der Strang weniger durchsacken. Das Ganze ist natürlich von den Materialeigenschaften und der Temperatur abhängig, wie weit sich der Strang dehnen läßt, bevor er reißt.

Gruß

Harald
 
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#8
@PrintPiet, nein, es geht um den Faktor Tool Durchmesser und der entsprechenden Radius Korrektur, die bestimmt in dem G-Code Tool (CAM/Slicer), wie eng die Bahnen gefahren werden .
Bleibt ein Steg stehen, ist der effektive Fräserraudius zur vorgegebenen Bahnfahrt zu klein und muß um seinen "echten" Wirkbereich verkleinert werden.
Also geht es bei dem Düsendurchmesser eigentlich um den korrekten Abstand zur nächsten Bahn, die aus dem Düsendurchmesser kalkuliert wird.

Aber schön adaptiert!
Und sollte ich vergessen haben, jemanden zu beschimpfen, dann bitte ich um Verzeihung!

Johannes Brahms
 
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#9
Danke für die Rückmeldungen.

Angenehm zu sehen das ich nicht alleine mit den Verständnisproblemen bin.

@Jörg: Der Vergleich mit der CNC hinkt in sofern als das die CNC niemals breiter fräsen kann als das Werkzeug ist. Der Drucker aber deutlich Breiter Drucken kann als die Düse ist. Streng genommen wird die Breite der Bahn lediglich durch die Bahnhöhe und Fördermenge pro Zeit bestimmt. Wie dick oder dünn die Düse ist spielt bei ausreichend Druck in meinen Augen keine Rolle.
Immer auf Toplayer bezogen!!
Wie schön das am Rand aussieht sei dahin gestellt.
Zur Verdeutlichung was ich meine habe ich das mal aufgezeichnet:

   

Die Düse ist unten abgeflacht (zumindest die normalen E3D) so dass sie das Flüssige Filament mehr oder weniger gut platt Bügeln.
Bei zu wenig gefördertem Material entsteht Zwischen dem Toplayer Links und der neuen Bahn eine Lücke weil der Raum nicht gefüllt werden kann.
Bei zu viel quillt das Material auf der rechten Seite heraus, so dass die Bahn nach rechts gesehen zu Dick wird. Spätestens bei der nächsten Bahn gibt es dann Matscherei.

Angenommen wir haben zu wenig Material, Wenn wir den EW verringern rutscht die Düse zwar weiter nach Links. Jedoch wird auch wieder zu wenig Material gefördert um den Raum 100% zu Füllen.

Natürlich geben ich dir Recht, dass es nicht Sinnvoll ist aus einer 0,4er Düse Bahnen von 1mm Breite raus zu drücken. Simplify3D nimmt ja im Standard als EW 120% der Physikalischen Düse. Das es Sinn macht die Düse ggf etwas an zu passen will ich auch nicht bestreiten. Perimeter werden durch einen an die Düse angepassten EW definitiv sauberer aussehen.
Aber Toplayer durch Verringerung des EW zu schließen ist in meinen Augen nach wie vor nicht erklärt.


@TomAss: Ich dachte auch erst, dass das Verhältnis nicht linear ist, deshalb der ganze Zauber mit den überprüfen was im GCode steht. Das ist zu 100% Linear. Was nicht linear ist, das ist der Druck in der Düse. Aber den kann ich durch anpassen der EW nur indirekt beeinflussen. Marlin bietet dafür mit lin_advance extra Parameter die genau dafür sorgen, dass der Druck bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten während der Bahn (Beschleunigungs und Abbremsphasen) konstant bleibt. Als Krücke kann man von mir aus an der Stelle noch Extra Restrat Distance und Coast at End dafür her nehmen (mir sind die Werte aber zu statisch).

@Harald: Ja die Überlegung passt nur wenn das Material irgendwo gegen gedrückt wird (wie in der Zeichnung Gezeigt) Aber genau das Passiert ja wenn man nur die Toplayer betrachtet. Würde wie du schreibst der Strang bei kleinerem EW stärker in die Länge gezogen und dadurch dünner würden die Lücken ja noch weiter zunehmen anstatt zu verschwinden.  



Bei überhängen und CO sieht das ganze natürlich anders aus. Da kann das Material plötzlich in alle Richtungen weg und es wird nicht mehr von der Düse Glatt gezogen. Da ist es wichtig das man nicht zu viel raus drückt. Das sehe ich alles ein. Aber bei den Normalen "wir drucken einen Würfel und schauen und den Top Layer an" Betrachtungen wird ja gerade das nicht berücksichtigt.
Wir hatten ja schon einige Threads hier wo es darum geht, dass ein kleinerer EW die Qualität der Überhänge verbessert, das ist mir auch so weit einleuchtend. Ist deshalb auch nicht meine Fragestellung.
Grüße,
Klaus
 
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#10
Zitat:@ScorpionTDL: Der Vergleich mit der CNC hinkt in sofern als das die CNC niemals breiter fräsen kann als das Werkzeug ist...

Da gebe ich dir Recht, aber die Bahnfahrt Strategie ist die gleiche, nur um den effektiven Material Auswurf, das ist ja das AddOn beim 3d Druck, das wir nicht mit festen Materialien arbeiten.

Zitat:Aber Toplayer durch Verringerung des EW zu schließen ist in meinen Augen nach wie vor nicht erklärt.

Eine Erklärung sollte eigentlich diese Aussage liefern:

Du liest hier ja auch immer wieder, das unsere Düsen Durchmesser berechtigt angezweifelt werden können, da so ein 0,4mm Loch sicherlich nicht so ohne weiteres in Massenproduktion immer gleich hergestellt werden kann. Da ergeben sich Fertigungstolleranzen durch Abnutzung und sonstige Parameter. Also korrigiere ich mit EW eigentlich die Geometrie des Düsenauslasses und somit auch den gefahrenen Bahnabstand zur nächsten Bahn.

Haben wir eine reale 0,4 mm Düse dann braucht man dies nicht zu korrigieren. Das ist meiner Meinung nach, am Anfang wichtig, an seinem System zu kalibrieren, dann passen auch bis zu gewissen Grenzen breiter extrudierte Bahnbreiten, ohne großartig zu vermatschen.

Wobei die Aussage "...korrigiere ... die Geometrie des Düsenauslasses" nicht richtig formuliert ist, wir verändern ja nicht die Geometrie, wir passen nur die Radiuskorrektur (Software Parameter) dieser an.
Und sollte ich vergessen haben, jemanden zu beschimpfen, dann bitte ich um Verzeihung!

Johannes Brahms
 
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