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Heat bed Study for Scalar XL – Test 2

In this solution we are changing the insulator under both heat beds.
Before the insulator was a 2mm thick aluminum like sheet covered by kapton tape.
Here we are using the same material without the kapton tape.

The Setup

Setup details:

  • Heat beds: 2
  • Bed 1: MK1a (with the thermistor) powered by PSU N°1 (360W)
  • Bed 2: MK2B powered by PSU N°2 (300W)
  • Initial Temperature: 21°C
  • Target temperature: 110°C
  • Print surface: 2 x 3mm thick mirrors 20x20cm
  • Insulator: Thermal aluminum like insulator 2mm thick

The temperature profiles:

The red curve is the heating profile, when we apply the 110°C target.
The blue curve is the cooling profile, when the target temperature is set to 0°C.Here the power supplies are OFF.

At the bottom of each graph you have the time in seconds

On the left of the graphs you have the temperature in °C

Conclusion

While heating we have:

  • 60°C in 2min 30 (150 sec)
  • 110°C in 14 min 54s (894 sec)

We must wait 8 min 21sec (501 sec) to cool down from 110°C to 60°C

Compared to test 1, it’s  50 seconds faster to reach 60°C 4 minutes 29 faster (269 sec) to reach 110°C.

We also reduce by 25% the heating time compared from Test 1

We reduce by 4% (20 seconds) the time needed to cool down the heat bed.

We can see that the heat bed inertia is smaller before we need less time to heat and less time to cool down.

Heat bed Study for Scalar XL – Test 1

Into this initial solution, we are using existing solutions with 2 standard 12V heat beds and 1 power supply for each heat bed.

The heat beds are driven using DC static relays.

The setup

Setup details:

  • Heat beds: 2
  • Bed 1: MK1a (the thermistor is under this one) powered by PSU N°1 (360W)
  • Bed 2: MK2B powered by PSU N°2 (300W)
  • Initial Temperature: 19°C
  • Target Temperature: 110°C
  • Bed print surface: 2 x 3mm thick mirrors 20x20cm
  • Insulation: silver 2mm thick insulator covered by Kapton tape

Temperature curves:

The red curve is the heating profile, when we apply the 110°C target.
The blue curve is the cooling profile, when the target temperature is set to 0°C.Here the power supplies are OFF.

At the bottom of each graph you have the time in seconds

On the left of the graphs you have the temperature in °C

Conclusion

While heating we have:

  • 60°C in 3min 20 (200 sec)
  • 110°C in 19 min 50s (1190 sec)

We must wait 8 min 41sec to cool down from 110°C to 60°C

Even if it’s seems a long time before we reach the 110°C (about 20 minutes), the time we need to reach 60°C is more reasonable.

This test is the reference test that we will use to compare the results of the others tests later on.

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 9

Maintenant que nous en savons un peu plus avec nos tests précédents sur l’impact de l’isolation sur les performances globales, nous allons nous intéresser à atteindre une température de plateau de 110°C.

Pour cela nous testons ici un élément chauffant en silicone de 700W 220V de dimension 400x300mm.

Update : Ce modèle est actuellement présent sur nos Scalar XL!

Le montage

Très similaire aux montage précédent, On conserve la plaque en aluminium qui permet d’obtenir une température homogène sur touts la surface.

On rajoute le feuillard d’isolation précédemment testé.

De haut en bas nous avons:

  • Plaque aluminium
  • 1 élément chauffant silicone 700W
  • Feuillard d’isolation
  • Plaque de bois

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 1
  • Élément chauffant: 1x700W 300x400mm
  • Température de départ: 22°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 1 plaque d’aluminium de 3mm d’épaisseur et de dimension 435x320mm
  • Isolant: Feuillard d’isolation

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 1 min 07 (67 sec)
  • 110°C en 3 min 06s (186 sec)

Le système monte à 110°C sans forcer! La courbe de température est quasiment linéaire et on sent qu’on peut monter beaucoup plus!

Et il faut attendre 8 min 12 sec (492 sec) pour refroidir de 110°C à 60°C

Comparaison par rapport au test précédent:

Ici les résultats sont très peu comparable étant donné qu’on passe de moins de 400W à 700W. Malgré cela on peut quand même noter les observations suivantes:

  • On atteint facilement 110°C en quasiment 3 minutes
  • La tenue en température l’élément éteint est aussi augmenté!

Si on compare par rapport au test 2 qui est le meilleur résultat obtenue sur les 8 tests précédents, on obtient:

  • On diminue de 123% le temps de chauffe pour aller à 60°C
  • On diminue de 80% le temps de chauffe pour aller à 110°C!

 

Heat bed Study for Scalar XL – Test 8

In this test we are going to study how the system behaves when removing all insulators such as many reprap machines.

The goal here is to show if the insulation has a real impact on the heat bed performances.

The setup

Very similar to the previous setup, we remove the 2 insulating layers

From top to bottom:

  • Aluminum sheet
  • 2 heating plates
  • Wood plate

Setup details:

  • Heat beds: 2
  • Bed 1: MK1a (with the thermistor) powered by PSU N°1 (360W)
  • Bed 2: MK2B powered by PSU N°2 (300W)
  • Initial Temperature: 21°C
  • Target Temperature: 110°C
  • Print Surface: 1x 3mm aluminum plate (435x320mm)
  • Insulator: none

Temperature profiles:

The red curve is the heating profile, when we apply the 110°C target.
The blue curve is the cooling profile, when the target temperature is set to 0°C.Here the power supplies are OFF.

At the bottom of each graph you have the time in seconds

On the left of the graphs you have the temperature in °C

Conclusion

While heating we have:

  • 60°C in 5 min 07 (307 sec)
  • 94°C in 30 min 45s (1845 sec)

The whole system can barely reach 94°C max!

And we must wait 6 min 10 sec (370 sec) to cool down from 94°C to 60°C

Comparison with previous test:

Compared with test 7 the differences are very different:

  • the max temperature we can reach is 94°C! so 6°C less for a total duration of 30 minutes max
  • The heating time increases by 23% to reach 60°C
  • The heating time increases by 47% to reach 94°C MAX!
  1. This test shows how important the insulation is for a heatbed. Insulation allows to get extra 6°C on max temperature for the same heating period.
  2. Also, as we could have guessed, we have a performance decrase by 23% to 47% related to the lack of insulation below the heat element.

 

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 7

Dans ce cas on se propose d’étudier l’impacte du changement de position de la plaque de liège par rapport au montage du test 6.

Le montage

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Très similaire au montage précédent, le liège se trouve juste en dessous des éléments chauffant cette fois ci. Le feuillard isolant se trouvant dessous.

De haut en bas nous avons:

  • Plaque aluminium
  • 2 Plateaux chauffant
  • Liège
  • Feuillard isolant
  • Plaque de bois

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 2
  • Plateau 1: MK1a (sous lequel se trouve le thermistor) avec alimentation N°1 (360W)
  • Plateau 2: MK2B avec alimentation N°2 (300W)
  • Température de départ: 24°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 1 plaque d’aluminium de 3mm d’épaisseur et de dimension 435x320mm
  • Isolant: 2mm de feuillard isolant + 2mm de liège

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 4 min 09 (249 sec)
  • 100°C en 30 min 54s (1854 sec)

Le système à aussi beaucoup de mal à atteindre 100°C !

Et il faut attendre 6 min 40 sec (400 sec) pour refroidir de 100°C à 60°C

Comparaison par rapport au test précédent:

Comparé au test 6 les performances sont légèrement meilleurs à 100°C et légèrement moins bonnes vers 60°C

  • On augmente de  4% le temps de chauffe pour aller à 60°C
  • On diminue de 0.5% le temps de chauffe pour aller à 100°C MAX!

En fin de compte ce test met en avant que le feuillard d’isolation est plus efficace placé contre l’élément chauffant, ce qui lui permet de renvoyer un maximum d’infrarouge vers le haut du plateau.

Aussi il apparait que le liège possède une certaine capacité thermique qui diminue de manière notable les performances en chauffe de la plaque.

Cependant il permet de conserver l’énergie thermique au niveau du plateau plus longtemps.

 

 

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 6

Dans cette solution, on étudie l’ajout d’une plaque de liège sous le feuillard d’isolation. On ajoute donc une plaque de liège de 2mm au système du test 5.

Le feuillard d’isolation étant performant avec les infra rouge, il est donc à sa meilleur place déjà contre l’élément chauffant.

L’ajout de la plaque de liège permet de voir si on arrive à récupérer une partie supplémentaire de l’énergie qui se dissipe sous le plateau.

Le montage

Très similaire au montage précédent, le liège se trouve contre la plaque de bois en MDF.

De haut en bas nous avons:

  • Plaque aluminium
  • 2 Plateaux chauffant
  • Feuillard isolant
  • Liège
  • Plaque de bois

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 2
  • Plateau 1: MK1a (sous lequel se trouve le thermistor) avec alimentation N°1 (360W)
  • Plateau 2: MK2B avec alimentation N°2 (300W)
  • Température de départ: 24°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 1 plaque d’aluminium de 3mm d’épaisseur et de dimension 435x320mm
  • Isolant: 2mm de feuillard isolant + 2mm de liège

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 3 min 59 (239 sec)
  • 100°C en 31 min 03s (1863 sec)

Le système à beaucoup de mal à atteindre 100°C !

Et il faut attendre 6 min 22 sec (382 sec) pour refroidir de 100°C à 60°C

Comparaison par rapport au test précédent:

Comparé au test 5 ça semble étrangement moins bien malgré l’ajout d’une couche d’isolant supplémentaire:

  • On augmente de  28% le temps de chauffe pour aller à 60°C
  • On augmente de 35% le temps de chauffe pour aller à 100°C MAX!
  • Le plateau refroidi 3% plus vite

Globalement assez étonné de voir que l’ajout du liège en dessous du feuillard est bien moins performant que sans ce dernier!

 

 

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 5

Dans cette solution, on étudie l’utilisation d’un plateau unique en aluminium de 435x320mm de dimensions et de 3mm d’épaisseur avec l’utilisation du feuillard isolant, utilisé dans le test 2 qui avait l’air d’améliorer les performances globale du système.

Le montage

On peut voir le feuillard en dessous de la plaque d’aluminium

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 2
  • Plateau 1: MK1a (sous lequel se trouve le thermistor) avec alimentation N°1 (360W)
  • Plateau 2: MK2B avec alimentation N°2 (300W)
  • Température de départ: 24°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 1 plaque d’aluminium de 3mm d’épaisseur et de dimension 435x320mm
  • Isolant: 2mm de feuillard isolant

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 3 min 07 (187 sec)
  • 100°C en 23 min 01s (1381 sec)

Le système à du mal à atteindre 100°C et 102°C semble le maximum!

Et il faut attendre 6 min 35 sec (395 sec) pour refroidir de 100°C à 60°C

Comparaison par rapport au test précédent:

Comparé au test 4 ça semble un peu mieux :

  • On diminue de  42% le temps de chauffe pour aller à 60°C
  • On diminue de 30% le temps de chauffe pour aller à 100°C MAX!

On gagne donc entre 30% et 40% de temps en remplaçant simplement le type d’isolant sous le plateau chauffant. Le feuillard d’isolation est donc beaucoup plus performant pour ce type d’application que le liège considéré par beaucoup comme l’isolant par excellence.

Concernant les temps de refroidissement on obtiens les même temps que le test précédent.

On voit bien ici que le feuillard isolant renvoie une grosse partie des infra rouge vers la surface d’impression, permettant ainsi le gain de 30% à 40% sur les temps de chauffe.

Comparaison par rapport au test initial:

  • On diminue de 7% le temps de chauffe pour aller à 60°C
  • On augmente de 41% le temps de chauffe pour aller à 100°C
  • La surface d’impression à augmenté de 74%.
  • Dans la globalité le système reste limité à 100°C en température Max!
  • Cependant malgré l’augmentation de 74% de la surface d’impression, le delta de temps pour arriver à 100°C n’est que de 41%

 

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 4

Dans cette solution, on étudie l’utilisation d’un plateau unique en aluminium de 435x320mm de dimensions, comparé à 2 miroirs de 20x20cm.

Le montage

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 2
  • Plateau 1: MK1a (sous lequel se trouve le thermistor) avec alimentation N°1 (360W)
  • Plateau 2: MK2B avec alimentation N°2 (300W)
  • Température de départ: 24°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 1 plaque d’aluminium de 3mm d’épaisseur et de dimension 435x320mm
  • Isolant: 2mm de liège

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 5 min 22 (322 sec)
  • 100°C en 32 min 45s (1965 sec)

Le système à du mal à atteindre 100°C et 102°C semble le maximum!

Et il faut attendre 6 min 36 sec (396 sec) pour refroidir de 100°C à 60°C

Comparaison par rapport au test précédent:

Comparé au test 3 ça semble beaucoup moins bien globalement mais voyons les différences avec des chiffres:

  1. Il faut noter cependant que la surface d’impression à sensiblement augmenté. On passe de 800cm² à 1392cm² soit une augmentation de 74% de la surface globale à chauffer.

Il est donc normal que les temps de chauffe soient moins bon!

  • On augmente de 68% le temps de chauffe pour monter à 60°C
  • On augmente de 172% le temps de chauffe pour monter à 100°C MAX!

Le système semble dimensionné pour atteindre en des temps raisonnable les 60°C, cependant il est impossible de dépasser les 102°C dans un environnement ouvert.

Concernant les temps de refroidissement, la plaque d’aluminium dissipant très bien la chaleur, la température passe de 100°C à 60°C en 3 min 36 sec( 396 sec)

C’est donc une diminution du temps de refroidissement de 29% par rapport au système du test 3.

Comparaison par rapport au test initial:

  • On augmente de 61% le temps de chauffe pour aller à 60°C
  • On augmente de 100% le temps de chauffe pour aller à 100°C
  • La surface d’impression à augmenté de 74%.
  • Le système dans sa globalité semble moins efficace que le test de référence à tous les points de vue.
  • La propagation de la température dans l’aluminium reste beaucoup plus homogène que dans les miroirs!

 

 

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 3

Dans cette solution, on étudie l’utilisation d’isolant de type liège avec une feuille de 2mm placé sous les éléments chauffant.

Le montage

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 2
  • Plateau 1: MK1a (sous lequel se trouve le thermistor) avec alimentation N°1 (360W)
  • Plateau 2: MK2B avec alimentation N°2 (300W)
  • Température de départ: 24°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 2 miroirs de 3mm d’épaisseur de 20x20cm
  • Isolant: 2mm de liège

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 3 min 12 (192 sec)
  • 110°C en 17 min 29s (1049 sec)

Et il faut attendre 9 min 11 sec (551 sec) pour refroidir de 110°C à 60°C

Comparaison par rapport au test précédent:

Comparé au test 2 c’est moins bien globalement, on attend 42 secondes de plus pour atteindre 60°C et 2 minutes 35 (155 sec) de plus pour atteindre 110°C.

Comparaison par rapport au test initial:

C’est légèrement mieux:
On a donc réduit seulement de 4% le temps de chauffe par rapport au test 1
On diminue de 12% (141 secondes) le temps de refroidissement du plateau
On constate aussi que l’inertie du plateau est très proche du cas initial et que la performance globale du plateau est moins bonne que le test 2.
Il semble qu’il faut faire chauffer l’isolant en liège avant que la surface chauffant commence à monter en température.
Cependant le liège conserve un peu mieux la chaleur dans la phase de refroidissement

 

 

Etude du lit chauffant sur Scalar XL – Test 2

Dans cette solution nous changeons l’isolant sous les 2 éléments chauffant.
Précédemment l’isolant était un feuillard de 2mm d’épaisseur recouvert d’adhésif polyamide.
Ici on réutilise le même feuillard mais sans le polyamide par dessus.

Le montage

Détail du montage:

  • Nombre de plateaux chauffant: 2
  • Plateau 1: MK1a (sous lequel se trouve le thermistor) avec alimentation N°1 (360W)
  • Plateau 2: MK2B avec alimentation N°2 (300W)
  • Température de départ: 21°C
  • Température de consigne: 110°C
  • Surface d’impression: 2 miroirs de 3mm d’épaisseur de 20x20cm
  • Isolant: Feuillard isolant argenté de 2mm d’épaisseur

Les courbes de température:

La courbe rouge correspond au profil de chauffe, lorsqu’on applique la consigne de 110°C.

La courbe bleu correspond au profile de température pendant que la surface d’impression refroidie. Ici l’alimentation des plateau est complètement coupée.

Conclusion

En chauffe, on atteint:

  • 60°C en 2min 30 (150 sec)
  • 110°C en 14 min 54s (894 sec)

Et il faut attendre 8 min 21sec (501 sec) pour refroidir de 110°C à 60°C

Comparé au test 1, on gagne 50 secondes pour atteindre 60°C et on gagne 4 minutes 29 (269 sec) pour atteindre 110°C.

On a donc réduit de 25% le temps de chauffe par rapport au test 1

On diminue de 4% (20 secondes) le temps de refroidissement du plateau

On constate aussi que l’inertie du plateau est plus petite car dans les 2 cas il nous faut moins de temps pour chauffer le plateau et moins de temps pour refroidir.