Áramlás matematika

Forrás : https://manual.slic3r.org/advanced/flow-math

Ez az oldal elmagyarázza a SuperSlicer-ben az áramlás mennyiségének meghatározásához használt matematikát. Dokumentálása referenciaként szolgál, és megjegyzéseket kér, mivel jobb modelleket érdemes lenne kipróbálni.

Az extrudálás szélességének megértése

A SuperSlicer munkáját két fő probléma befolyásolja:

1. Milyen távolságra kell elhelyezni az extrudálási utakat ahhoz, hogy jó, folyamatos felületet kapjunk?

2. Mennyi anyagot kell extrudálni az ilyen utak mentén?

Ha két szomszédos pálya túl közel van egymáshoz (vagy túl sok anyagot extrudál), akkor átfedik egymást. Ha két szomszédos pálya túl messze van egymástól (vagy túl kevés anyagot extrudáltak), akkor hézagok lesznek láthatóak és/vagy az extrudálások a nem elégséges kötés miatt leválnak.

Azzal, hogy mozgatás közben többet vagy kevesebbet extrudálunk (azaz megváltoztatjuk az áramlási sebesség/fejsebesség arányát), vastagabbá vagy vékonyabbá tehetjük a pályákat:

A vastagabb utak jobban kötődnek az alsó réteghez, így mechanikus alkatrészekhez jók. Ugyanakkor kevésbé lesznek képesek megközelíteni a tárgy alakját és kitölteni az apró réseket vagy szűk íveket (gondoljon egy fúrófejre: egy nagyobb fúrófej nem fog tudni behatolni a szűk helyekre). Ezzel szemben a vékonyabb pályák kevesebb tapadást, de jobb alakpontosságot biztosítanak.

Azonban vegye figyelembe, hogy az extrudálás szélessége csak akkor szabályozható, ha egy meglévő felület (például egy korábbi réteg vagy nyomtatóágy) fölött extrudál. Ha szabad levegőben extrudálunk (azaz áthidaláskor), a kapott alakzat mindig kerek lesz, és megegyezik a fúvóka átmérőjével:

Valójában, ha csökkenti az anyagáramlást, akkor bizonyos mértékig kisebb köröket kap, amíg a műanyag viszkozitása úgy nem dönt, hogy a túl nagy feszültség miatt ideje eltörni a hidat. Ha ezzel szemben túl sok anyagot extrudál, akkor az extrudált szál alakja nem változik (még mindig egyenlő a fúvóka átmérőjével), de laza hidat fog kapni.

Kezdjük tehát a meghatározással:

Az extrudálási szélesség a levegőben vagy egy felület felett extrudált egyetlen szál vastagsága. Ez nem két szomszédos útvonal távolsága, mivel a jobb kötés érdekében általában némi átfedést alkalmaznak

Hidak: az egyszerű eset

Ahogy fentebb említettük, csak egy helyes áramlási sebesség létezik a hídépítéshez: az, amelyik nem okoz megereszkedést vagy törést a hídnak. Az extrúziók kerekek, és átmérőjük megegyezik a fúvóka átmérőjével. A párhuzamos pályák úgy helyezkednek el, hogy érintőlegesek legyenek, így az egyik pálya és a szomszédja közötti távolság is egyenlő a fúvóka átmérőjével. (A hidak esetében nem akarunk átfedést, mert az bizonyítottan elhúzza) a meglévő pályákat.

Az egységnyi hosszúságú útvonalhoz szükséges anyagmennyiséget a hengeres alaknak megfelelően, tehát kör keresztmetszetű felülettel számítják ki:

E = (nozzle_diameter/2)^2 * PI

Extrudálás egy felület tetején

Ebben az esetben a probléma a következő: milyen alakot kapjon az extrudálásunk? Tudjuk, hogy vízszintesen összenyomódik, de vajon téglalap vagy ovális alakja lesz? Mekkora a maximális extrudálási szélesség, amit egy adott fúvókaátmérővel elérhetünk, mielőtt a műanyag elkezd görbülni az oldalán?

A SuperSlicer feltételezi, hogy az extrudálás keresztmetszeti alakja téglalap, félköríves végekkel. Tehát a kívánt extrudálási szélesség és az extrudálandó térfogat közötti kapcsolat a következő:

Ha a cél extrudálási szélesség vékonyabb, mint a rétegmagasság, az alak kiszámíthatatlan, ezért csak ugyanazt a téglalap alakú képletet használjuk, de nem javasoljuk az ilyen vékony extrudálási értékek használatát.

A fenti képlet egy olyan függvényt biztosít, amely a cél extrudálási szélességet összhangba hozza a távolságegységenként extrudálandó anyagmennyiséggel:

E = f(extrusion_width, layer_height)

Távolságtartó útvonalak

Oké, most már tudjuk, hogy mennyit kell extrudálnunk, hogy a kívánt szélességű egyetlen pályát kapjunk. De mennyire kell átfednünk az útvonalakat, hogy tökéletes kötést kapjunk?

Feltételezve, hogy nincs átfedés, tehát érintő pályák, akkor üres tér lenne (sárga):

Az ilyen hézagok keresztmetszeti területe általában:

void_area = layer_height^2 - (layer_height/2)^2 * PI

Ideális esetben a sárga területet úgy szeretnénk kitölteni, hogy az extrudálásokat egymáshoz közel helyezzük. Azonban nagyon valószínűtlen, hogy a második extrúzió kitölti az előző alatti teret, így még mindig maradna egy kis rés.

Az ideális átfedés valami ilyesmi lenne:

0 < overlap_factor*void_area < void_area

Az overlap_factor (átfedési tényező) értéke 0 és 1 között mozog. Az overlap_factor azt jelzi, hogy mennyi üres tér marad az extrúziók között. Ezt a mennyiséget nehéz megbecsülni, mivel valószínűleg a műanyag viszkozitásától, az extrudálási sebességtől és a hőmérséklettől is függ. Korábban több értéket is kipróbáltunk az overlap_factor értékére, de egyes felhasználók még mindig túl ritkás pályákat jelentettek. Jelenleg az 1 értéket használják, hogy garantálják, hogy a hiba (ami mindig jelen van) teljes mértékben a bőséges extrudálás, és nem az anyaghiány oldalán van.

Az útvonaltávolság tehát:

spacing = extrusion_width - layer_height * (1 - PI/4)

Ajánlott alapértelmezett értékek

A SuperSlicer lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy manuálisan határozzák meg az extrudálás szélességét az egyes extrudálási típusokhoz (peremek, kitöltés, tartóanyag stb.), de ha nem adnak meg egyéni értékeket, akkor az alapértelmezett értékeket számítja ki.

A kerületek legkülső hurkához (más néven külső kerület) a Slic3r alapértelmezés szerint vékony extrudálási szélességet használ, ami egyenlő a nozzle_diameter 1,05 (fúvóka átmérő). Ezt tekintjük a legvékonyabb biztonságos extrudálási szélességnek. A vékony extrudálási szélesség *jobb pontosságot biztosít a tárgy alakjához, és minimalizálja a szabálytalan szálak okozta áramlási hibákat.

Az extrudálási szélességet más dolgok esetében úgy számítják ki, hogy megkapják a konfigurált fúvókaátmérő keresztmetszeti területét, majd kiszámítják az adott anyagmennyiség extrudálásával előállított extrudálási szélességet. Más szóval, az áramlási sebesség és a fejsebesség összehangolásával. Ennek a logikának az a célja, hogy megtalálja azt a "natív" áramlást, amely minimalizálja az extrudálás során fellépő oldalerőket. Az ilyen kiszámított extrudálást a nozzle_diameter * 1,7 (fúvóka átmérő) maximális értékre korlátozza, kivéve a belső ritkás kitöltés esetén, ahol a teljes natív áramlás kerül alkalmazásra.