Многосторонняя система обдува: постановка задачи, прототип

После покупки и сборки принтера стали терзать смутные сомнения на тему качества работы системы обдува модели. Как мне кажется обдув - это одна из тем, с которой сталкиваются все, кто начинает работать с 3D печатью.

В процессе изучения вопроса ещё и наткнулся на великолепную статью https://3dtoday.ru/blogs/maniak26/learning-how-to-blow-in-solidworks-flow-simulation/ , что позволило вывести мои теоретико-практические изыскания на совершенно иной уровень. Не совсем уверен в корректности полученных данных и с удовольствием готов услышать критику использованной методологии.

Были исследованы несколько типовых конструкций обдува, подходящих под стандартный вентилятор (турбина 40x40x10mm). Не смог найти именно эту модель вентилятора, использовал вентилятор Papst DC-Axial 405. Буду благодарен за ссылки где почитать как правильно проводить симуляцию.

Собственно на первом рисунке изображена модель стандартного обдува, который и решено было улучшить.

Теоретико-практическое изучение вопроса

На thingiverse.com были скачаны несколько моделей обдува, но по факту не была использована ни одна, т.к. практически во всех столкнулся с требованием печати поддержек, а они не очень легко отделяются при использовании PETG пластика. Ну и мысленные эксперименты не сулили ничего хорошего от предложенных конструкций: было ощущение, что они будут работать не так, как ожидается. Причина: иное поведение газа, в отличие от несжимаемой жидкости, поток газа имеет свойство сжиматься и вести себя "непредсказуемо".

Глядя на представленные модели я пришёл к умозаключению, что представленные на сайте модели для обдува будут, в лучшем случае, работать в паре с каким-то мощным вентилятором, который создаёт избыточное давление (а то и потребует использование компрессора), но никак не со стандартным. Хотя и стандартного должно хватать, в определённой мере. Ну или уж, если улучшать обдув, то вентилятор менять уже тогда, когда форма воздуховодов отточена. Либо же прибегать к грубой силе там, где уже нет шанса улучшить геометрию и аэродинамику.

Первым был осмотрен двусторонний обдув. Теоретические подозрения позже оправдались моделированием, что можно видеть на следующем рисунке.

Ситуация с ним откровенно удручающая. Судя по всему дует он непонятно куда, ещё и ослабленным потоком.

Следующим осмотру, а в последствие и моделированию, подвергся "трёхсторонний" обдув.

Лично на мой взгляд - данная форма обдува практически не отличается от одностороннего стандартного обдува, за исключением несколько искривлённого, в горизонтальной плоскости, потока по краям.

Затем под прицел попал круговой обдув (аж целых два варианта: со сплошным отверстием и множественными). Мысленный эксперимент упрямо говорил, что система не будет работать так, как ожидается. Последующее моделирование показало, что и тут ждало разочарование: поток направлен мягко говоря не в центр, плюс ещё заметно значительное замедление потока воздуха (синие стрелки), что говорит о том, что тепло будет отводиться недостаточно эффективно.

Ещё одна схема кругового обдува показала себя также не лучшим образом, представляя собой систему одностороннего обдува, только хуже, чем стандартная.

Также у всех систем есть ещё одна неприятная проблема: поток воздуха центробежного вентилятора не равномерен в выходном сечении. Т.е. в одной части его больше, в другой меньше. Как это отразить при моделировании - я не разобрался, пока. Также буду благодарен за ссылки на литературу по данному вопросу.

Собственная система обдува

Завершив мысленные эксперименты приступил к разработке собственной системы обдува. Для тестирования решил использовать гидроиспытания и аэродинамическую индикацию с точечной подсветкой рабочего объёма. Проще говоря: использовал воду из-под крана и ароматические палочки для создания дыма и фонарик ойфона для подсветки дыма.

Результат, лично меня, очень порадовал. Сейчас ведутся боевые испытания. К сожалению, пришлось пожертвовать размером: система охлаждения получилась достаточно крупная, в сравнении с существующими, плюс мешает установке датчика. И, к великому сожалению, не обошлось без поддержек, но их количество удалось значительно сократить и остатки легко дорабатываются напильником.

В финале также смоделировал систему обдува собственного проектирования, которую до этого уже прошла и гидроиспытания и окуривание ароматическим палочками (на что только не пойдешь в отсутствие системы моделирования).

Обдув получился равномерный с нескольких сторон, огибая сопло хотэнда, т.е. не охлаждает сопло. Естественно, это не снимает проблему охлаждения хотэнда, когда печатаются первые слои. Дует реально так, как показано в анимации: красивым столбом вниз, пока не придумал как заснять на видео (окуривание палочками видно только в темноте, с подсветкой дыма), но постараюсь решить этот вопрос.

Также, на мой взгляд, в пользу спроектированной системы обдува говорит то, что если ранее ароматические палочки лишь начинали светиться ярче под струёй воздуха в районе хотэнда, то с модифицированным обдувом они воспламеняются.

С более продуктивным вентилятором обдув должен вести себя ещё лучше. Опять же, как это проверить в симуляции - я не понял, пробовал менять вентиляторы, но какой-то разницы после расчёта не увидел.

Вопросы? Предложения?

Готов выслушать конструктивную критику, предложения и пожелания. А может быть у кого-то ещё есть совместимый принтер и может помочь протестировать систему? У меня пока что модель только для Anycubic Chiron есть. Ну или посоветуйте под какую ещё голову можно сделать? Вроде бы на Эндерах используется такой же стандартный вентилятор. Либо же делать под кастомную 50-60мм улитку.

Пока, честно говоря, не определился, стоит ли выкладывать модель или нет. Интересно ли вообще это кому-нибудь?

Если придумаю как это всё заопенсорсить - будет вообще великолепно. Моделировал во FreeCAD. Есть у кого опыт как это выложить на какой-нибудь гитхаб? Хотелось бы какого-то внятного контроля версий, а выход из редактора - бинарный.