PID-Werte und ihr eingeschränkter Anwendungsbereich

[rf1k_mjh11]

Kürzlich, in einem Beitrag, habe ich vorgebracht, dass ermittelte PID-Werte nur für einen eingeschränkten Temperaturbereich (besonders gut) gelten. Außerhalb eines Bereichs, der ungefähr plus/minus 30° bis 40° von der Temperatur abweicht, unter der die PID-Werte ermittelt wurden, sind die PID-Werte nur eingeschränkt nutzbar.

Ich hätte erwartet, dass wenigstens einige "Ach so!, Sehr interessant." kommen würden, oder so ähnlich. Auch ein oder zwei, "Aber das weiß doch jeder!", hätten mich nicht verwundert. Überrascht hat mich das 'Schweigen im Walde'.

Wie im Beitrag geschrieben, verwende ich eigene PID-Werte um recht niedrige Temperaturen anzupeilen. Diese Temperaturen, so zwischen 95° und 125°, verwende ich, um im Anschluss eines Druckauftrags gleich einen 'Cold-Pull' durchführen zu lassen.

Hier einige Bilder des Heizverhaltens unter Zuhilfenahme zweier unterschiedlicher PID-Werte.
Hier 100° mit den PID-Werten für niedrige Temperaturen:
ACHTUNG: Maßstäbe können variieren!

100_Deg_PID_values_A.jpg

Hier sieht man ein einmaliges Überschwingen um ca. 3-4°, und danach ein langsames herantasten auf die Zieltemperatur. Man beachte auch die untere Grafik, wo die Heizleistung dargestellt ist. Die Heizleistung nähert sich ebenfalls recht bald einem relativ konstanten Wert.

Die hier verwendeten PID-Werte unterscheiden sich deutlich von den Werten, die ich sonst beim Drucken einsetze (und die im EEPROM gespeichert sind).

Andererseits, hier das Aufheizen auf 100° mit den 'normalen PID-Werten', die beim Drucken verwendet werden:

100_Deg_PID_values_B.jpg

Nochmals: ACHTUNG! Maßstäbe können variieren.
Hier sieht man eine deutliche Überschwingung von fast 10°, gefolgt von einem Unterschwingen von beinahe 4°. Danach pendelt sich die Temperatur nach mehrfachen Über- und Unterschwingen auf die Zieltemperatur ein. Die Heizleistung variiert auch sehr deutlich und stabilisiert sich sehr spät, wenn überhaupt.
Offensichtlich waren die PID-Werte im ersten Bild besser für die geforderte Temperatur (100°) geeignet.

Wenn aber mit diesen Werten auf 250° geheizt wird, um PETG oder sonst was zu drucken, sieht die Aufheizkurve so aus:

250_Deg_PID_values_A.jpg

Achtung: Maßstäbe!
Hier wird die Zieltemperatur gar nicht erreicht. Die Temperatur nähert sich (schön gleichmäßig, zwar) auf einen Wert, der an die 6° unter dem Zielwert liegt. Da würde der Druck unter Umständen gar nicht anfangen, falls auf das Erreichen der Zieltemperatur gewartet wird!
Die Heizleistung schwankt nicht zu sehr, was ebenso bedeutet, dass der Wert, der erreicht wurde, auch so bleiben wird.

Als Letztes noch die Aufheizkurve, auf 250°, mit den PID-Werten, die bei mir beim Drucken verwendet werden:

250_Deg_PID_values_B.jpg

Maßstäbe!
Auch hier wird die Zieltemperatur von 250° nicht erreicht (um ca. 2° zu niedrig). Das schreibe ich der Tatsache zu, dass ich die PID-Werte für 225° ermittelt habe, was ich für PLA oft verwende. Jedenfalls lässt es sich mit den PID-Werten drucken (auch bis zu 263°).
Bei der Heizleistung gibt es auch keine großen Schwankungen, diese hat sich eingependelt.

Lehrsatz:
Bei deutlichen Änderungen am Heizverhalten/Heizsystem:

• neue Heizkartusche
• neuer Heizblock
• Silikonsocke
• deutlich abweichende Temperatur
• Bauteillüfter, der die Düse anbläst
• usw.

sollten neue PID-Werte ermittelt werden.

mjh11

[AtlonXP]

Ich hätte erwartet, dass wenigstens einige "Ach so!, Sehr interessant." kommen würden, oder so ähnlich. Auch ein oder zwei, "Aber das weiß doch jeder!", hätten mich nicht verwundert. Überrascht hat mich das 'Schweigen im Walde'.

Hier meine Antwort:
Es ist ganz einfach, da wir schreibfaul geworden sind…

Zu meinen 315 zu 320 C°.
Da die 320 C° für den Thermistor das Ende der Spezifikation bedeutet, habe ich mir darüber kaum Gedanken gemacht.
Bei 315 C° funzt alles noch tadellos.

Vom Prinzip sind alle meine Hot Ends E3D V6.
Manche mit Kupfer- oder auch Messing- Heizblock.
Meine Heizungen haben eine technische Streuung von etwa 3 Watt.
Egal welches Hot End, welche Temperatur auf einen neuen PID verzichte ich.
Jedes E3D V6 wird bei mir mit dem gleichen PID betrieben!
Mein PID starte ich aus dem Druckermenü heraus, so wie Nibbels ihn anbietet.
Ich glaube er funzt mit einer Zieltemperatur von 200 C°.

Schauen wir nochmal nach deinem zweiten Bild, wo es zum ersten Mal um fast 10 C° überschwingt.
Was wäre wenn hier die Heizleistung in der PWM Konfiguration (Vollgas) um 25% gesenkt wäre.
Es gebe danach zwei Möglichkeiten:
- Das Überschwingen wird geringer.
- Oder die Heizleistung reicht nicht mehr aus um die Zieltemperatur zu erreichen.

So im Allgemeinen:
Ich sehe eine Temperaturschwankung beim ersten Mal mit +/- 2C° nicht so kritisch.
Den ersten Layer drucke ich in der Regel sogar etwas kälter, wie die nachfolgenden.
Somit sind meine PTFE Inliner auch nicht gefährdet, wenn ich ABS verdrucke.
Im laufenden Betrieb habe ich auch noch Schwankungen so um +/- 0,5 C°.
Darum predige ich hier immer,
mit PTFE Inliner sollte spätestens bei 258 C° oder 2C° schon vorher Schluss sein!
Mein E3D V6 für Polykarbonat, ist natürlich ein voll Metall Hot End.

Frage:
In der Zeit wo deine Heizung auf Vollgas heizt, sehe ich ein paar knicke im Diagramm.
Das sollte normalerweise so aussehen.

Entweder Linear, oder mit einer leichten Parabel nach oben hin.
Ist in deiner Thermistor Tabelle gebastelt worden?
Nur so kann ich mir die Knicke erklären.
Oder ist es bei dem Skalieren und Kopieren entstanden?

LG AtlonXP

[Eddy]

Hallo

Da bin ich aber froh , das ich die (ach so schlechten ) V2-Hotends noch nutzen kann !

Heizen.PNG

Mfg Eddy

[rf1k_mjh11]

Na endlich gibt es was zu diskutieren.

Hallo AtlonXP,

Frage:
In der Zeit wo deine Heizung auf Vollgas heizt, sehe ich ein paar knicke im Diagramm.
...
Ist in deiner Thermistor Tabelle gebastelt worden?
Nur so kann ich mir die Knicke erklären.

Gut beobachtet. Wie schon vor längerer Zeit hier geschrieben, habe ich tatsächlich an meiner Thermistortabelle gebastelt. Diese wurde sogar von Grund auf neu erstellt.
Da das mit einigem an Aufwand verbunden ist, habe ich seinerzeit eine relativ niedrige Zahl an Messpunkten erarbeitet. Und auch diese wurden nicht perfekt ermittelt. Es ist halt schwierig, sich wie Münchhausen selbst an den Haaren aus dem Sumpf zu ziehen. Die Methode, die ich anwandte, benutzt die Ist-Werte vom ADC und die gemessene Ist-Temperatur. Hat man aber noch keine brauchbare Thermistortabelle, wird es mit der Einhaltung der Temperatur schwierig (daher wird die Messung etwas ungenau). Es waren mehrere Iterationen nötig, bis die Tabelle Werte lieferte, mit dem man vernünftig drucken konnte. Dabei blieb es bisher (Don't f..k with a running system.).
Beim Abkühlen kommen natürlich ebenfalls Knicke vor. (Bei meinem Bett sieht es ähnlich aus. Ich hatte damals den Originalthermistor geschrottet und musste mit einem unbekannten Ersatz arbeiten.)

Aber vielleicht motiviert mich deine Beobachtung zu einer genaueren Erstellung einer Thermistortabelle für den Thermistor in meinem Hot End.

Schauen wir nochmal nach deinem zweiten Bild, wo es zum ersten Mal um fast 10 C° überschwingt.
Was wäre wenn hier die Heizleistung in der PWM Konfiguration (Vollgas) um 25% gesenkt wäre.
Es gebe danach zwei Möglichkeiten:
- Das Überschwingen wird geringer.
- Oder die Heizleistung reicht nicht mehr aus um die Zieltemperatur zu erreichen.

Drei Möglichkeiten gibt es:
- Die PID-Werte sind etwas daneben und müssten getunt werden.
Siehe hier (vereinfacht gesagt, wenn es zu stark überschwingt und pendelt, dann entweder 'I' erhöhen oder 'P', 'I', und 'D' reduzieren).

Ausschnit des entsprechenden Bereichs

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For manual adjustments:
if it overshoots a lot and oscillates, either the integral gain needs to be increased or all gains should be reduced
Too much overshoot? Increase D, decrease P.
Response too damped? Increase P.
Ramps up quickly to a value below target temperature (0-160 fast) and then slows down as it approaches target (160-170 slow, 170-180 really slow, etc) temperature? Try increasing the I constant.

Eigentlich sollte die PID-Regelung (bzw. korrekte PID-Werte) ein künstliches 'kastrieren' der Heizleistung unnötig machen (mittels PWM Konfiguration). (Abgesehen davon, drucke ich dann einmal mit einer 0.8mm Düse, recht flott, stöße ich möglicherweise an die künstlich reduzierte Heizleistungsgrenze.)

Auch können nicht-optimale PID-Werte dazu führen, dass die Zieltemperatur nicht erreicht wird - unabhängig von der Heizleistung (siehe das 3. Bild in meinem ersten Beitrag). In so einem Fall muss man die PID-Werte leicht anpassen.

Den ersten Layer drucke ich in der Regel sogar etwas kälter, wie die nachfolgenden.
Somit sind meine PTFE Inliner auch nicht gefährdet, wenn ich ABS verdrucke.

Interessant. Für die (verhältnismäßig) kurze Zeit, die der erste Layer dauert, schraubst du die Temperatur zurück, um das Teflon zu schonen. Aber die 8 oder 12 Stunden, was der restliche Druck dauert, gehst du mit der Temperatur wieder hoch - ohne Rücksicht auf das Teflon. (Ich mache nur Spaß! Natürlich stellst du dir selbst die Temperaturgrenze so ein, dass das Teflon geschont wird).
Interessant ist es trotzdem. Fast alle raten zu einer etwas höheren Temperatur im ersten Layer (der besseren Haftung zuliebe). Keinesfalls eine niedrigere.

Hallo Eddy,

Sehen schön aus, deine Heizkurven - auch die Heizleistungskurven. Da sieht man, dass bei 270° nicht einmal 50% Leistung benötigt wird.
Auch schön, dass ich noch 2 V2 Hot Ends hier habe, und sogar noch einen V0.
Dass die Kurve gar so schön ist, könnte der Tatsache geschuldet sein, dass Conrad, als Vertreter des Elektronik-Fachs, die Aufgabe der Erstellung einer Thermistortabelle ordentlich ernst nahm.

mjh11

[AtlonXP]

@ rf1k_mjh11, vielleicht wäre es einfacher für dich, einfach den Standard Thermistor NTC 9550 zu verwenden.
Den kann man sowohl im Heizbett wie auch im Hot End verwenden.
Diesen gibt es in der 3 mm Kartusche sowie altdeutsch nur als Glasperle.

Oder wie wäre es mit diesem Exoten für dein Pico Hot End?
https://www.amazon.de/Lord-Tools-Schrau ... 87&sr=8-11

In der Thermistor Tabelle ist es die Nummer 13, in der Community FW.

Die Aufschmelzleistung hat mit der Leistung der Heizung wenig zu tun.
Wenn die Solltemperatur erreicht wird, hat die Heizung ihre Schuldigkeit getan.
Der Kunststoff benötigt eine gewisse Zeit um die Umgebungstemperatur in der Schmelzkammer anzunehmen.
Ist die Verweilzeit in der Schmelzkammer zu gering, benötigt man ein größeres Schmelzkammer- Volumen um die Verweilzeit zu erhöhen.
Man kann hierzu auch noch die Zieltemperatur erhöhen um diese Problem etwas zu entschärfen, es funzt leider nur in engen Grenzen und ist Murks.
Im Prinzip geht jeder Kunststoff in die Zersetzung, wenn bei Verarbeitungstemperatur die Verweilzeit extrem hoch ist.
Der Kunststoff kocht hier einfach ein!

Zum V2 Hot End:
Das V2 Hot End hat nagelneu unbenutzt eine theoretische Heizleistung von genau 28 W.
Nach dem ersten Anheizen geht die Ohm Zahl schon etwa um ein Ohm hoch.
Des Weiteren, funzt dieses Hot End im Isolations Prinzip.
Das bedeutet, fast keine Wärmeverschwendung.

@ Eddy, ich sage dir auf den Kopf zu, du hast bereits dein PTFE Inliner verheizt.
Ich sehe auf deinem Diagramm 270 C°!
Das ist Vollgas was normalerweise die FW zulässt!
Da leider keine Ersatzteile mehr für das V2 erhältlich sind, empfehle ich dir auch auf das E3D V6 umzusteigen.
Du wirst bei der Druckqualität eine beachtliche Verbesserung feststellen.

LG AtlonXP

[rf1k_mjh11]

Hallo AtlonXP,

@ rf1k_mjh11, vielleicht wäre es einfacher für dich, einfach den Standard Thermistor NTC 9550 zu verwenden.

Ich nehme an, du meinst einen NTC 3950. Unter 9550 ist im Netz nichts zu finden.
Aber das habe ich alles schon hinter mir. Einer der Probleme ist, dass mein Thermistor inzwischen nicht 'Standard' ist. Ich habe, glaube ich, schon an die 20 Stück diverser 'Standard Thermistoren' bei mir liegen. Diese sind alle zu klein (im Durchmesser). Die Methode der Befestigung sieht bei mir so aus (Schnittbild):

Thermistor_X_Section.jpg

Da sieht man eine Feder (etwas konisch zulaufend). Die Feder hält die Glasperle des Thermistors in Position (das hellblaue ei-förmige Dings). Die Feder/Thermistor-Kombination wird in das Gewinde geschraubt. (Meine CAD Daten entsprechen nicht unbedingt der Wirklichkeit!)
Fast alle derzeit erhältlichen Thermistoren haben einen zu kleinen Durchmesser, wodurch die Feder diese nicht mehr in Position halten kann. Die Glasperle wandert also in die Feder hinein, weg vom vorhergesehenen Messpunkt. Die Glasperle muss mindestens 2.4mm, maximal 3.0mm im Durchmesser haben. Die meisten derzeit vertriebenen Dinger haben max. 2.0mm im Durchmesser.
Mehrere Jahre gab es diesen Thermistor nicht mehr als Ersatzteil. In der Zeit habe ich mir ein unnötiges Lager an nicht-brauchbaren Thermistoren angelegt.
Eine andere Firma ist Jahre später in die Fußstapfen der Herstellerfirma gestiegen und hat eine Zeitlang wieder die Thermistoren vertrieben. Das habe ich zufällig geschnallt und da habe ich mir mehrere als Ersatzteile geschnappt. Nebenbei auch die 500°-Version dazu. Inzwischen gibt es die Dinger auch wieder nicht mehr, glaube ich.

Erst wenn der derzeit eingesetzte Thermistor über den Jordan wandert, werde ich ihn ersetzen (Leitsatz: Don't f..k with a running system!).

Die Aufschmelzleistung hat mit der Leistung der Heizung wenig zu tun.

Ganz stimme ich dir nicht bei. Wäre mhier noch bei uns, könnte er bestätigen, dass Leistung einen Zeitfaktor bedingt (Arbeit pro Zeit). Damit spielt die Zeit schon in die Heizleistung hinein. Es nutzt mir wenig, wenn ich die geforderte Schmelztemperatur erreiche, aber nur mit 1mm pro Minute drucken kann, da die Heizung das neu hinzugekommene Material nicht schneller auf Temperatur bringen kann.

Ist die Verweilzeit in der Schmelzkammer zu gering, benötigt man ein größeres Schmelzkammer- Volumen um die Verweilzeit zu erhöhen.

Ja, ist richtig, oder man geht mit der Druckgeschwindigkeit herunter (siehe vorhergehenden Satz).

Man kann hierzu auch noch die Zieltemperatur erhöhen um diese Problem etwas zu entschärfen, es funzt leider nur in engen Grenzen...

Diese Grenzen sehe ich nicht ganz so eng, betrachte ich die empfohlenen Temperaturen des Herstellers. Hier wird häufig eine Bandbreite von bis zu 25° angegeben.

ASA Extrafill

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Ich habe hier auch eine Spule ASA Extrafill, bei dem nur eine 5° breite Spannweite angegeben ist (250°-255°).

Im Prinzip geht jeder Kunststoff in die Zersetzung, wenn bei Verarbeitungstemperatur die Verweilzeit extrem hoch ist.
Der Kunststoff kocht hier einfach ein!

Ebenfalls richtig. Manche Kunststoffe sind hier empfindlicher als andere.


Ein Problem, um das man leider nicht herumkommt ist die Layerzeit. Wenn die Layerzeit, zum Beispiel bei einem spitz zulaufenden Konus, sehr kurz wird, druckt der Drucker langsamer (das wird über die Slicer-Parameter vorgegeben). Damit steigt gleichzeitig die Verweilzeit des Kunststoffes in der Schmelzkammer.

Wie gehst du damit um?

Toll wäre es, wenn der Slicer eine Koppelung der Layerzeit mit der Temperatur zuließe. Sinkt die Layerzeit, sollte auch die Temperatur etwas sinken (innerhalb gewisser Grenzen, natürlich). Oder noch besser, eine Temperatur, die mit dem Volumenstrom gekoppelt ist (mit mm³/s).

Oder wie wäre es mit diesem Exoten für dein Pico Hot End?
https://www.amazon.de/Lord-Tools-Schrau ... 0CJHRYSRB/

Die Idee wäre nicht schlecht. Allerdings ist das Gewinde beim Pico ein Zollgewinde, wenn ich mich nicht täusche (ein 6-32 oder 6-40 Gewinde: also 3.505mm Durchmesser und 0.8mm oder 0.6mm Steigung). Auch könnte der Gewindeansatz des Thermistors etwas kurz sein und der Fühler damit etwas weiter vom gewünschten Messpunkt sein.

mjh11

Zu kleine Glasperle

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Ich habe auch eine Schachtel mit ca. 5000 kleinen Glasperlen, so wie sie für einfache Schmucksachen eingesetzt werden. Als ich die zu kleinen Thermistoren verwenden wollte, habe ich mir den 'Schmuck' besorgt. Leider waren die Glasperlen eine Spur zu groß (ca. 3.6mm) und passten gar nicht in die Gewindebohrung. Mit dem Dremel und einer Diamantscheibe habe ich mühselig, unter etlichen Fehlschlägen, den Durchmesser geringfügig so weit reduziert, dass es in die Bohrung passte. Beim Montieren zerbröselte dann die Glasperle wieder. Ich gab dann auf.

Ich wählte eine Glasperle aus demselben Grund wieso der Thermistor eine Glasperle besitzt. Die meisten Kunststoffe halten die Temperaturen nicht aus. Auch noch deshalb Glas, weil es elektrisch nichtleitend sein muss! Ein Stück Messingrohr wäre der falsche Ansatz gewesen.