Что делать со скоростными бенчами и как начать их испытать?

Скамейки Speed Benchy стали трендом, который начался с анонса конкурса #speedboatrace компанией Annex Engineering в декабре 2020 года:

Несмотря на то, что любой может попытаться распечатать быструю бенчи любым способом, большинство людей, которые занялись этим хобби, используют "регламент" настройки выше: 10% заполнения, 3 верхних и нижних слоя, высота слоя 0,25 мм и ширина линии/размер сопла 0,4–0,5 мм. Существует список "официальных" записи, хранящиеся на сервере Annex Engineering Discord, также доступны по этой прямой ссылке на документ Google.

По крайней мере, на момент написания этой статьи почти все модели Speed Benchy печатаются с номинальной скоростью печати ниже 400 мм/с, а скорее всего даже ниже 300 мм/с. "скорость" вы видите, когда смотрите видео, на самом деле это не абсолютная скорость, с которой вращается инструментальная головка принтера (и/или стол), а скорость, относительно размера пространства, в котором она движется, и скорость на что меняет направление. Benchy – это печать, связанная с ускорением.

Когда 3D-принтер (или любая другая машина, позиционирующая инструмент) выполняет перемещение, он не просто мгновенно переходит от остановки к движению с требуемой скоростью. Он не переходит от движения в направлении X к движению в направлении Y мгновенно. Поскольку головка инструмента (и, возможно, стол) и все отдельные части движущейся системы, движущей ее, имеют импульс (некоторые линейные, некоторые угловые, некоторые даже электромагнитные), для изменения их скоростей требуется время. Когда происходит это ускорение/замедление, различные части системы движения будут сопротивляться изменениям скорости, заставляя ту или иную часть отклоняться от намеченной траектории. Чем быстрее вы пытаетесь ускориться, тем сильнее может быть это отклонение. В худшем случае это происходит в зацеплении зубьев ремня со шкивом или совмещении магнитов в двигателе с полем, создаваемым катушками, и получается сдвиг слоя. Чаще всего вы просто получаете сильные вибрации на резонансных частотах, проявляющиеся в виде ряби (звона) на поверхности отпечатка.

Когда я говорю, что Benchy привязан к ускорению, я имею в виду, что очень сложно заставить инструментальную головку 3D-принтера ускоряться достаточно быстро, без ущерба для качества, чтобы использовать полную запрошенную скорость печати, на которую способен принтер. Это связано с тем, что его слои состоят в основном из небольших сегментов, многие из которых имеют размер порядка (навскидку, глядя на лодку на моем столе) порядка 1–8 мм.

Чтобы понять взаимосвязь между достижимыми скоростями и ускорением, можно использовать формулу скорость²/2 = ускорение*расстояние или использовать классическую калькулятор RepRap (сейчас размещается на Prusa). Если вы поэкспериментируете с ним, то увидите, что при ускорении 500 мм/с², характерном для профилей таких столярных станков, как Ender 3, вы практически никогда не достигнете скорости выше 60 мм/с, а в среднем намного ниже этого значения. на большинстве Benchy. "Конкурсный" (или, скорее, лучше сказать «захватывающий», так как реального рейтинга или наград не существует) Ускорение участников скоростного катера обычно находится в диапазоне 7000–50 000 мм/с².

Чтобы добиться такого ускорения без ущерба для качества, вам понадобится либо принтер с чрезвычайно жесткой рамой и системой движения, либо прошивка с входной формирователь (он же компенсация резонанса) - желательно оба. До недавнего времени формирование входных данных было доступно только в прошивке Klipper, но в прошивке RepRap, а теперь и в Marlin, оно также есть, если вы используете достаточно новые версии (примечание: по состоянию на весну 2023 г. я не знаю ни одного принтера, поставляющего Marlin с входными данными). шейпинг включен, но со временем это изменится). Проприетарная прошивка Bambu Labs также имеет эту функцию.

Большинство людей, которые строят высокоскоростные катера, предпочитают использовать высоту слоя 0,25 мм и ширину линии 0,5 мм вместо более стандартных 0,2 на 0,4 и комбинировать каждые 2 слоя заполнения. Все эти варианты помогают уменьшить степень, в которой Benchy "привязана к ускорению", за счет использования потока, который экструдер и хотэнд могут обеспечить, не достигая высоких кинематических скоростей. При 0,25 на 0,5 300 мм/с расходуется 37,5 мм³/с. Это значительно больше, чем может обеспечить большинство стандартных хот-эндов (обычно 12–20 мм³/с с обычным соплом, 25–30 мм³/с с CHT), но вполне выполнимо для форсунок с высоким расходом.

На скорости катера печать большинства слоев Benchy занимает менее 5 секунд, а половины и более – менее 3 секунд. Если в вашем слайсере настроено минимальное время слоя, оно переопределит его, и вы получите медленную лодку, независимо от того, какую скорость и ускорение вы запрашиваете. Однако такие быстрые слои требуют экстремального охлаждения, чтобы предыдущий слой не оставался мягким, когда принтер переходит к нанесению следующего. У скоростных катеров есть много разных подходов к этому: от полнослойных вентиляторов, установленных по бокам печати, до шлангов CPAP и инструментальной головки до мощных осевых серверных вентиляторов 40 мм x 28 мм или более стандартных радиальных вентиляторов 5015 или 5020. на головке инструмента. Многие из самых быстрых записей используют комбинации разных типов охлаждения.

Для тех, кто пытается начать кататься на скоростном катере, список того, что необходимо вашему принтеру, будет включать:

• Прошивка с формирователем ввода, правильно откалиброванная.
• Улучшенное охлаждение. У вас не может быть слишком много охлаждения.
• Неплохой экструдер, который может проталкивать не менее 15 мм³/с или около того без пропусков.

Помимо этого, в идеале вы должны иметь следующие вещи:

• Низкая подвижная масса.
• CHT или другое сопло с высоким расходом и/или хотэнд с высоким расходом.
• Достойные драйверы шаговых двигателей с возможностью управления максимальным током и переводом их в режимы, которые не будут снижать крутящий момент для обеспечения бесшумности (поэтому TMC можно перевести в режим Spreadcycle).
• Прошивка с подачей давления/линейной подачей, правильно откалиброванная, если вы хотите, чтобы ваши высокоскоростные отпечатки не выглядели некрасиво.
• Больше охлаждения.

И совсем экстремально:

• Несколько двигателей на ось.
• Более широкие ремни/ремни премиум-класса и т. д. для работы с экстремальными нагрузками на систему движения.
• Драйверы шаговых двигателей 48 В и сильноточные двигатели.
• Высокотемпературный хотэнд, поэтому вы можете работать при более высокой температуре, чтобы получить больший поток.
• Дальнейшее увеличение производительности за счет модернизации экструдера и хотэнда.
• Еще больше охлаждения.

На самом деле, для этого вам не нужен невероятно дорогой принтер. Ender 3 с апгрейдами менее чем за 150 долларов может сделать высококачественный Benchy менее чем за 20 минут, а уродливый (может быть, даже приличный) — за 10. Просмотр официального списка участников — действительно хороший способ получить представление о том, какие типы принтеров удалось добиться того, что раз.