Spuitmond grootte en de impact bij afdrukken

1. Introductie

Nozzle breedte is een veelbesproken probleem op 3D FDM-printers.

De meeste 3D-printers worden standaard geleverd met een 0,4mm nozzle. Dit betekent dat de uitlaat van de bedrukte plastic strip een diameter van 0,4 mm heeft.

De diameter van de spuitmond is vooral belangrijk wanneer we de maximale laaghoogte willen beïnvloeden en de kwaliteit van details op de bovenste lagen willen definiëren.

2. Laaghoogte

Minimale laaghoogte

De minimale laaghoogte die we voor onze printer kunnen definiëren, wordt NOOIT bepaald door de diameter van het mondstuk, maar alleen door de minimale beweging van onze Z-as van onze printer.

In de volksmond wordt dit ‘het magische getal’ genoemd.
Als we kijken naar de meeste verkochte FDM-printers, gebruiken ze allemaal een stappenmotor en schroefas om de Z-as te definiëren.

De minimale beweging van de Z-as wordt dan ook bepaald door het aantal stappen dat de motor binnen 1 rotatie kan zetten en de stap van de schroef (schroefspit).

De meest gebruikte stappenmotoren voor de Z-asaandrijving hebben een stap van 1,8 °, wat betekent dat de minimale inschakelactie 1 commando voor de stappenmotor 1,8 graden is, of dat de motor 200 stappen nodig heeft om 1 volledige rotatie uit te voeren.

Kijkend naar de schroefdraadstang die op de Z-as wordt gebruikt, is dit meestal (op de meest voorkomende printers zoals Creality) een 8 mm pitch-schroef. Dit betekent dat wanneer we een moer op die schroef zouden zetten en de schroef een volle rotatie zouden draaien, de moer 8 mm langs de draadschroef zou zijn bewogen.

De minimale beweging van onze printer Z-as is dus 8 mm / rotatie gedeeld door 200 stappen / rotatie = 0,04 mm / stap

3D-printers met geavanceerde stappenmotordrivers (zoals TMS2208, TMS2209,…) kunnen micro-stepping doen, wat betekent dat ze ergens tussen twee stappen kunnen positioneren door een differentieel signaal te sturen om de motor ergens tussen twee stappen te positioneren, maar het moet gezegd worden, de nauwkeurigheid is nooit zo hoog als bij het gebruik van volledige stappen.

Maximale laaghoogte

De maximale laaghoogte daarentegen wordt wel degelijk bepaald door de diameter van ons mondstuk:

Als we laaghoogtes boven 70% van de nozzlediameter zouden definiëren, zouden de lagen niet meer zo veel hechten, vanwege de afronding op het geprinte filament.

Daarom wordt geadviseerd om bij een afdruk met een 0,4 mm nooit laaghoogtes boven de 0,28 mm te printen.

3. Totale impact van spuitmond diameter op het printen

Zoals we in het vorige hoofdstuk hebben gezien, zal de diameter van het mondstuk de maximale laaghoogte bepalen die kan worden gekozen om nog steeds een goede laagbevestiging te hebben.

Omdat de laaghoogte direct kan worden gerelateerd aan de snelheid waarmee een afdruk wordt afgewerkt (hoe dikker de lagen, hoe minder lagen er voor hetzelfde item moeten worden afgedrukt), zal de diameter van het mondstuk zelfs een grotere impact hebben, omdat de wanddikte ook zal veranderen met de diameter van het mondstuk:

Voor dezelfde wanddikte (laten we uitgaan van 2,4 mm wanden) zou het aantal wanden voor verschillende nozzlediameters zijn:

Diameter van het mondstuk	Wanddikte	Aantal wanden
0,2 mm	2,4 mm	12
0,4 mm	2,4 mm	6
0,6 mm	2,4 mm	4
0,8 mm	2,4 mm	3

Zoals we in de bovenstaande tabel kunnen zien, hoe dikker de diameter van het mondstuk, hoe minder wanden we nodig hebben om dezelfde wanddikte te bereiken en dus die items veel sneller te printen.

Voorbeelden van slicen met verschillende nozzlediameters en laaghoogtes:

In de onderstaande tabel doen we een oefening waarbij we hetzelfde deel slicen, met dezelfde basisinstellingen met betrekking tot printsnelheid, invulpercentage en wanddikte in mm. Boven- en onderkant worden altijd bedrukt met 4 lagen (zal ook in dikte variëren vanwege laaghoogte)

We zullen alleen de diameter van het mondstuk en de laaghoogte wijzigen en kijken welke impact t zijn heeft op de totale afdruktijd.

ONTHOUD: dikkere nozzlediameter zal ook een impact hebben op de geprinte infill, omdat de infill-lijnen de breedte van de nozzlediameter hebben en dus dikker zijn bij gebruik van een grotere nozzlediameter.

De laaghoogte zal altijd een vermenigvuldiging van 0,04 zijn (het magische getal voor Z)

Bij gebruik van dezelfde laagdikte, maar veranderende nozzlebreedte, zal de printtijd veranderen omdat we minder wanden nodig hebben naarmate de nozzlediameter dikker wordt.