Programming, robotics, traveling

26 May 2022

Утепление стола 3D-принтера UlTi‑Steel

Всегда когда ставишь что-то на печать сильно раздражает ждать пока нагреется стол. Чтобы как-то исправить ситуацию я решил попробовать поставить утеплитель для стола.

Утеплитель (изолятор) – это такая наклейка состоящая из клейкой поверхности, термостойкого вспененного материала (аля поролон) и алюминиевой фольги с внешней стороны. Утеплитель легко ищется на алиэкспрессе, а его стоимость порядка 100 рублей.

Помимо ожидаемого ускорения в нагрвеве стола, мне было интересно провести тесты и понять на сколько реально это полезная вещь. Забегая вперед оказалось, что основная польза утеплителя не в скорости нагрева, а скорее наоборот – в скорости охлаждения, что напрямую снижает расход электроэнергии, тк обычно стол поддерживает температуру в течении длительного времени.

Я полагаю, что когда-то утеплитель был установлен на мой принтер, однако предыдущий владелец его удалил. Из-за этого на нагревающем коврике оранжевого цвета хорошо видны остатки бывшего утеплителя черного цвета.

image

Установка утеплителя:

image

Тест нагрева стола

При проведении тестов вплоть до 50 градусов время нагрева стола без изолятора было чуть меньше, чем с изолятором, что не логично. У меня приходит пару идей по которым это могло произойти:

  1. Для первоначального нагрева утеплителя требуется больше энергии == времени. (Хотя тоже звучит странно);
  2. Погрешность при проводимых измерениях.

Для того, чтобы избавиться от этой ошибки, а также от того, что первоначальная температура стола была разной (22°C – без изолятора и 24°C – с изолятором) возьмем за стартовую температуру значение в 50°C. До этой температуры стол в обоих тестах нагревался за 40 секунд.

Я нагревал стол до 140°C, тк не вижу необходимости нагревать его ещё больше, а также потому, что для этого мне пришлось бы пересобирать прошивку и перепрошивать контроллер принтера.

t, °C без изолятора, с с изолятором, с ∆ времени, с эффективность, %
50 40 40 0 -
60 68 65 3 4.4
70 105 97 8 7.6
80 149 135 14 9.4
90 200 178 22 11
100 257 225 32 12.5
110 321 277 44 13.7
120 395 333 62 15.7
130 472 391 81 17.2
140 537 453 84 15.6

Тк при тесте охлаждения, я рассматривал температуру до 80°C, для схожести графиков я ограничу значения температуры с 80 до 140 градусов.

image

Как видно из графика выигрыш во времени при нагреве до 80°C всего 14 секунд, при 100°C доходит до 32 секунд. А средняя эффективность на участке от 80 до 140 градусов составляет 13.6%, что немного. Из чего можно сделать вывод, что ставить утеплитель с целью сократить время первоначального нагрева стола, если и стоит от температур в 90°C.

Максимальное потребление принтера при нагреве стола (без экструдера) вплоть до 130 градусов составляет 260Вт. Затем как видно из графика включается ПИД регулятор и снижает потребляемую мощность.

Тест охлаждения стола

t, °C без изолятора, с с изолятором, с ∆ времени, с эффективность, %
140 0 0 0 -
130 15 26 11 73.3
120 38 63 25 65.8
110 84 133 49 58.3
100 167 248 81 48.5
90 292 397 105 36
80 445 564 119 26.7

После анализа полученных графиков, я допустил изменение значения с 80 до 84 при 110°C для измерения без изолятора. На графике это особенно бросалось в глаза, тк был острый выпирающий пик на линии эффективности. Полагаю, что произошла ошибка при проведении теста. Это также потвердила проведенная апроксимая по скриншоту из Octoprint.

image

Как видно из графика наибольшая эффективность в самом начале в районе высокой температуры: охлаждение со 140°C до 130°C происходило на 73% медленнее чем, без утеплителя. При снижении температуры вплоть до 80°C эффективность снижается до 27%, однако и это неплохой показатель (учитываю абсолютную разницу в 14 секунд при охлаждении с 90°C до 80°C). Это очень интересный момент, тк большую часть времени принтер поддерживает температуру стола, а то, что он медленнее охлаждается, то есть отдает тепло в среду, означает, что потребуется меньше энергии на поддержание заданной температуры. К сожалению я не задумался о проведении такого теста до наклейки коврика. Так что тут можно только предполагать. Однако средняя потребляемая мощность принтера при поддержании температуры в 140°C – 170Вт.


Впервые делаю подобного рода (наполненную статистической информацией) статью, уверен, что мог допустить ошибки, поэтому если заметили – буду рад конструктивной критике.

Спасибо, что дочитали.