Как установить термистор в 3д принтер

Обновлено: 17.05.2024

Когда-то хроники происшествий пугали нас возгораниями ламповых телевизоров, теперь эстафету переняли 3D-принтеры. У большинства из них имеется защита от неконтролируемого перегрева стола, и если температура превышает заданную, происходит отключение нагревателя. Никогда не деактивируйте эту функцию.

Но МОП-транзисторы и твердотельные реле, управляющие нагревателем, иногда «вылетают», после чего стол разогревается до максимально достижимой температуры, и отключить его программно становится невозможно. Особенно опасны нагреватели с сетевым питанием.

Предлагаемый прибор измеряет термистором температуру стола, после доработки он может дополнительно мониторить нагрев других точек, например, сопла и драйверов ШД. При перегреве он отключает сетевое питание принтера.

При всём многообразии датчиков для измерения температуры, выбор автора пал на 100-килоомный термистор типа 3950 с отрицательным температурным коэффициентом. Он используется и в самих 3D-принтерах, поэтому прибором можно испытывать такие термисторы.

Arduino Uno или Nano (автор использовал Nano с модулем расширения)
ЖКИ на 2 строки по 16 символов с последовательным интерфейсом и адаптером для шины I 2 C

Энкодер KY040
Релейный модуль для Arduino с опторазвязкой и пятивольтовым управлением (переводчик добавил бы после него контактор с мостиковыми контактами)
Пятивольтовый звукоизлучатель со встроенным генератором
100-килоомный термистор типа 3950 с отрицательным температурным коэффициентом. Дополнительные такие же термисторы, если собираетесь делать прибор с многоточечным измерением
Вводной 3-контактный разъём для стандартного компьютерного шнура питания
Розетка с заземляющим контактом для подключения вашего 3D-принтера
12-вольтовый блок питания, например, от роутера.
Проводники, метизы, паяльник, 3D-принтер для печати корпуса прибора, и т.д.

При сборке руководствуйтесь схемой и комментариями в скетче. Можно применять перемычки Дюпон или припаивать провода к штырькам на плате. Используйте провода такой длины, чтобы всё поместилось в корпус, а при снятии передней панели ничего не натягивалось. Линия Vref подключена к источнику 3,3В для повышения точности.

Вводной разъём и розетку можно разместить на корпусе, а можно сделать конструкцию несъёмной, включив её в разрыв шнура питания принтера. Будьте осторожны при работе с сетевым напряжением.

Применение нормально разомкнутых контактов обеспечивает подачу напряжения на принтер лишь при одновременном соблюдении двух условий: «сторож» запитан, а перегрева нет. После обнаружения перегрева принтер остаётся отключённым даже при пропадании и восстановлении сетевого напряжения, пока устройство не сбросят вручную.

Перед заливкой скетча необходимо добавить в Arduino IDE библиотеки LiquidCrystal_I2C и EEPROM.

После включения ЖКИ покажет текущую температуру и максимальную температуру за всё время наблюдений.

Затем ЖКИ покажет целевую температуру.

Чтобы сбросить максимальную температуру, нажмите на ручку энкодера.

Задайте целевую температуру вращением ручки, затем нажатием сохраните изменение.

При обнаружении перегрева «сторож» отключит принтер и подаст звуковой сигнал длительностью в одну минуту. Устройство не возобновит подачу питания до ручного сброса.

Для сброса и возобновления подачи питания на принтер нажмите ручку энкодера.

Максимальная и целевая температуры, а также состояние перегрева хранятся в энергонезависимой памяти во избежание самопроизвольного включения принтера при пропадании и восстановлении сетевого напряжения.

Ramps 1.4 - один из самых распространнеых шилдов для Arduino Mega. Как он обрел такую популярность? Все дело в том, что он является неотъемлемой частью в домашнем 3d принтере. Именно эта плата расширения позволяет подсоединить к универсальной платформе Arduino Mega 2560 все необходимые комплектующие вашего устройства прототипирования. Это бюджетный вариант для сборки 3d принтера и в настоящий момент именно такая категория принтеров наиболее популярная, так как в основном им пользуются для домашних нужд и печати в сфере робототехники. Цена Ramps 1.4 очень мала, что делает его незаменимым. Но у таких вещей есть свои нюансы и об основных этих аспектах мы поговорим в этой статье.

Как же подключать шилд Ramps и какова его распиновка? Сперва стоит соединить его с Вашей ардуинкой. Это очень просто и там нельзя ошибиться, просто втыкаем пины в штекеры разом, чтобы та полностью вошла в пазы. А вот далее начнутся манипуляции посложнее. В первую очередь нужно обратить внимание на то, что написано на плате расширения в ее центре: X, Y и Z. Под каждой из букв можно видеть 2 параллельные дорожки штекеров "мама". Именно туда вставляются драйверы управления шаговыми моторами. О их видах и характеристиках мы расскажем в другой статье, а пока будем вещать на примере самых надежных и дешевых А4988. Вставлять нужно именно так, как показано на картинке. Могут возникать трудности с их установкой, так как место для них весьма мало. Отдельно ставится драйвер (или два, в случае двух экструдеров) для управления шаговиком экструдера, проталкивающего филамент. Также, перед тем, как втыкать А4988, под ними есть 6 пинов, которые надо попарно соединить джамперами, которые идут в комплекте. Не забудьте это сделать, это очень важно.

Далее, соединяем провода питания обмоток с выходами около соответствующих драйверов на шилде. Стоит отметить, что их порядок весьма важен, нужно смотреть схему шагового мотора, который установлен на Ваш 3d принтер. С другой стороны, установить их весьма нетрудно, так как все равно в прошивке нужно будет указывать их последовательность. Существует много сборок, где все понятно написано, какие провода куда втыкать в зависимости от версии прошивки. Поэтому здесь нужна внимательность и не более.

Далее идет подключение концевых выключателей. Концевиков у нас 3, на каждую ось. Как и куда их ставить на Зd принтере мы уже писали здесь и тут. Они подсоединяются в слоты в верхнем правом углу шилда.

Следующим шагом идет подключение проводом термодатчиков стола и сопла. Они подключаются к контактам Т0, Т1 и Т2, в любые из них - все зависит от настроек прошивки. Если хотя бы с одного не будет идти информация по какой либо причине, и на экране будет не определена температура или стоять 0 - в этом случае принтер не даст зайти в меню и работать не будет. Поэтому проверьте на исправность термопар, правильность установки.

Следующим и завершающим элементом статьи будет рассказ о силовой части ramp 1.4 и о ее нюансах. Начнем с того, что у нас есть 2 входа на плату с блока питания через 4 коннектора в виде зеленого четырех канального терминала. Сразу скажем, что это крайне ненадежный элемент и очень часто он плавится или даже воспламеняется. Это очень опасно, если Вы оставляете печатать принтер на ночь и не следите за ним. Поэтому от блока питания тянем 4 достаточно толстых провода. Выпаиваем зеленый терминал из платы расширения большим паяльником (одновременно все контакты нужно прогреть) или феном и подсоединяем напрямую питание в шилд. Каждый из двух каналов питания подает ток на свою часть синего терминала, имеющего по 3 слота. Одна его часть служит для обдува сопла, другая - для нагрева экструдера, третья - разогревает стол. Опять же, нужно смотреть настройку прошивки. Поэтому в один канал подсоединяем провода от экструдера, в другой - от вентилятора обдува (см. рисунок ниже), а в третий - провода от нагревателя стола.

В качестве совета можно предложить выпаять один из двух желтых плавких предохранителей - самый большой. Его нужно заменить на еще больший, так как тесты показывают, что по своим характеристикам предыдущий сильно проигрывает. На старых моделях стоял правильный предохранитель, но потом по неизвестным причинам его заменили. Ну и последним и весьма важным советом будет предложение поставить вентилятор на ramp и блоки питания. Дело в том, что в процесс длительной печати плата нагревается, а особенно этому эффекту поддаются драйверы шаговых моторов, которые могут выйти из строя из-за этого или начнут сбивать положение экструдера в процессе печати на каком нибудь слое и часть модели съедет. Поэтому не ленитесь и поставьте такое охлаждение напрямую через блок питания.

Когда дело доходит до материнских плат для 3D-принтеров, нужно учитывать множество факторов, решая, какая из них вам подходит. Вот четыре главных факторов, которые существенно влияют на производительность материнской платы:

Процессор

Вы должны учитывать скорость процессора каждой материнской платы, так как с низкоскоростной платой может быть сложно работать. Архитектура процессора также важна. 32-разрядные процессоры обычно имеют больше памяти (флеш-памяти) для запуска более крупных пакетов микропрограмм, которые могут предоставить больше функций для упрощения работы и повышения качества печати.

Драйверы шагового двигателя

Некоторые платы имеют встроенные драйверы шагового двигателя, в то время как другие имеют порты драйверов шагового двигателя, так что вы можете добавить свои собственные. Чем больше на плате полнофункциональных драйверов шагового двигателя, тем тише она позволяет вашему принтеру печатать. Важно отметить, что не каждый драйвер шагового двигателя может снизить уровень шума вашего принтера; существуют определенные типы, такие как TMC2208, которые подходят для 3D-принтеров.

Порты

Связь

Соединения материнской платы и параметры интерфейса также являются важными факторами, поскольку именно они взаимодействуют с материнской платой. Они часто существуют в виде слотов для карт SD (или microSD), портов Mini- или Micro-USB, портов Ethernet или модулей Wi-Fi.

Материнские платы для апгрейда

Creality V4.2.7

Помимо 3D-принтеров, Creality производит собственные материнские платы для принтеров. Creality V4.2.7 с 32-битным процессором является значительным обновлением более ранних версий и стандартной платы Melzi.

V4.2.7 оснащен драйверами шагового двигателя TMC2225, что способствует более тихой работе принтера. Он имеет все необходимые порты для стандартного Ender 3, а также порты для выравнивания стола (BLTouch) и датчиков биения филамента. В качестве меры безопасности также есть предохранитель, чтобы предотвратить повреждение платы, но пользователи сообщают, что независимо от предохранителя плата иногда выходит из строя и начинает дымиться.

Плата совместима с Marlin 2.0, а прошивку можно обновить с помощью слота для карт памяти microSD. Вы также можете связываться с принтером, отправляя команды G-кода через порт Micro-USB на плате.

MKS Gen L V2.0

К сожалению нет встроенных драйверов шагового двигателя, но есть порты для подключения драйверов. Дополнительный двигатель, нагреватель и порт термистора позволяют выполнять двойную экструзию, можете использовать дополнительный порт двигателя для второго двигателя оси Z.

Шесть портов позволяют иметь по два концевика для каждой оси (X, Y и Z), и есть даже порт сервопривода, который можно использовать для датчика автоматического выравнивания станины. В то время как эта плата имеет только два порта, предназначенных для вентилятора, MKS Gen L также имеет выходной порт 12/24 В, который вы можете использовать для дополнительного вентилятора.

Новую прошивку можно загрузить с помощью USB-порта и загрузчика устройства. Поскольку на этой плате нет других портов подключения, порт USB Type-B является единственным способом печати элементов, отправки команд G-кода и выполнения других действий.

SKR 1.4 Turbo

SKR 1.4 Turbo имеет шесть портов для шаговых двигателей, а также позволяет добавлять внешние драйверы шаговых двигателей. Есть несколько функций, которые повышают безопасность платы, включая два предохранителя и улучшенные порты термистора для более надежных показаний температуры.

Чтобы обновить прошивку этой платы, используйте слот для карты microSD. Для другой связи с платой вы можете использовать онлайн-интерфейс, совместимый с модулем Wi-Fi платы или портом USB Type-B.

SKR E3 Turbo

E3 Turbo оснащен драйверами шагового двигателя TMC2209, которые очень тихие и способны к линейному продвижению. На материнской плате также есть множество полезных портов, в том числе для шести шаговых двигателей, двух нагревателей сопел, трех термисторов, RGB-подсветки, Z-зонда, ЖК-дисплея на тонкопленочных транзисторах, трех концевых ограничителей и многого другого. В общем, предложение портов E3 Turbo позволяет одновременно использовать двойные шаговые двигатели по оси Z и двойную экструзию.

Наконец, SKR E3 Turbo поставляется с монтажными отверстиями для стандартного металлического корпуса Ender 3 и предустановленной совместимой прошивкой на карте microSD. По мнению некоторых обозревателей , эти функции на материнской плате упрощают процесс установки.

MKS Robin E3D

Плата имеет пять портов шагового двигателя, а также пять соответствующих внешних портов драйвера шагового двигателя, поэтому вы можете добавить любые совместимые драйверы, которые захотите. Обилие портов для двигателей специально предназначено для использования двигателей с двумя осями Z. Помимо двух назначенных портов для вентиляторов, E3D имеет еще два выходных порта 12/24 В, которые также могут работать с вентиляторами.

Что касается возможных обновлений, на плате есть не один, а два порта датчика биения нити, порт автоматического выравнивания станины BLTouch и даже порт для RGB. Вы можете обновить прошивку этой платы, используя слот для карты microSD.

MKS Robin E3D немного больше стандартной материнской платы Ender 3, поэтому вам, вероятно, придется установить ее где-нибудь еще. Чтобы узнать, как установить эту плату на свой Ender 3, можно посмотреть обучающее видео Makerbase.

SKR Mini E3 V2.0

SKR Mini E3 V2.0 другой тип правления от того, что мы видели до сих пор, а также от Biqu. Этот 32-разрядный «мини» вариант меньше, чем некоторые из их других плат которые имеет только пять портов для двигателей. Тем не менее, несмотря на отсутствие поддержки двойной экструзии, возможны двигатели с двумя осями Z.

Плата включает драйверы шагового двигателя TMC2209, также можно добавить радиаторы (уже включенные в некоторые версии) для охлаждения драйверов шагового двигателя. Он также имеет порты для датчика Z, датчика биения филамента и ЖК-экрана. Последний порт способен работать с дисплеем TFT.

Вы можете обновить прошивку платы, используя только карту microSD, и вы также можете подключиться к этой плате через порт Micro-USB.

SKR Pro V1.2

Интегрированные драйверы шагового двигателя в комплект не входят, но на плате есть порты для внешних драйверов шагового двигателя, поэтому вы можете легко установить новые и изменить их. Pro V1.2 имеет шесть портов для двигателей, которые можно использовать для дополнительных функций, таких как сдвоенные двигатели по оси Z и двойное выдавливание, или и то, и другое. Поскольку имеется четыре термистора и четыре порта нагревателя, технически вы можете даже использовать его для тройной экструзии!

Прошивку Pro V1.2 можно обновить с помощью слота для карты microSD. На плате также есть модуль Wi-Fi, который обеспечивает онлайн-соединение с совместимыми платформами. Вы также можете подключиться к нему с помощью любого из USB-портов (Type-A и Type-B), которые можно использовать для отправки команд G-кода.

Эта плата выходит за рамки микросхем и портов. Если вы не хотите серьезно обновиться, вы можете предпочесть некоторые из более простых плат с меньшим количеством функций.

Duet 2 Maestro

У вас есть несколько вариантов дисплеев: либо обычный ЖК-экран (12864 LCD), либо собственный экран Duet3D PanelDue, который представляет собой полноцветный TFT-дисплей. Обновление прошивки возможно через порт Micro-USB.

Перед тем как приступить к калибровке необходимо подготовить и загрузить прошивку. От программы, по которой работает принтер, зависит качество и надежность печати.

Как я писал ранее, в качестве внутреннего ПО был выбран проект Marlin. Рассмотрим все необходимые действия для получения работоспособной прошивки для описанной выше конфигурации.

СРЕДА РАЗРАБОТКИ

ИСХОДНИК ПРОШИВКИ

Текущая версия Marlin для работы над прошивкой Marlin-1.1.0-RC8. Для скачивания прошивки в первоисточнике перейдите по ссылке.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРА

НАСТРОЙКА ПРОШИВКИ

ВКЛАДКА Configuration.h

Устанавливаем скорость обмена порта

Я установил достаточно большую скорость обмена. Здесь нужно осознавать, что работоспособность на выбранной скорости определяется не только платой контроллера, но и программой управления. Я использую Repetier Host. Она прекрасно справляется с такой скоростью :).

Выбираем плату контроллера

Этой строкой указываем, что будем использовать силовую плату RAMPS 1.4 с одним экструдером, вентилятором и обогреваемым столом. В комментариях тип платы описан следующим образом:

// RAMPS 1.4 (Power outputs: Hotend, Fan, Bed)

Описание плат управляющего контроллера, поддерживаемые прошивкой, находятся во вкладке Boards.h.

Определяем какой экструдер будем использовать:

В случае, если используется блок питания с программным отключением, прошивка поддерживают возможность управлять таким БП. Для этого необходимо описать тип БП. Поскольку в моем случае управление БП не поддерживается, то:

Так как корпус принтера является открытым, то различные внешние возбудители (сквозняки и пр.) могут сильно влиять на температуру нагревателей. Для более точного поддержания температуры нагревателей я рекомендую использовать PID регулировку. В этом случае потребуется калибровка нагревателей! Она проходит в автоматическом режиме и опишу этот процесс ниже по тексту статьи. На данном этапе достаточно только включить PID регуляторы хотэнда и стола с коэффициентами регулировки по умолчанию.

Более свежие прошивки имеют в своем составе большое количество настроек, повышающих безопасность работы принтера. В частности контроль скорости нарастания температуры, минимальное и максимальное значение температуры на нагревателях и даже длину непрерывной экструзии. Мне кажется, использование данных фишек совсем не повредит. Посему настраиваем минимальную и максимальную температуру нагревателей:

Запрещаем холодную экструзию проволоки. При температуре ниже 170 гр. С подача осуществляться не будет:

Запрещаем непрерывную подачу пластика более 200 мм:

Включаем температурную защиту нагревателей:

Далее переходим к настройке механики. Концевые датчики положения в моей конструкции предполагают начало отсчета координат из минимального значения по всем трем осям:

Для правильной работы оптических концевиков потребуются подтягивающие резисторы:

При использовании оптических концевиков инвертируем значение логического сигнала:

Поскольку выводы, снимающие сигналы с концевых датчиков, поддерживают прерывания включаем обработку событий от концевиков по прерыванию, что существенно сэкономит машинное время:

По концевикам осталось только обозначить направление движения к начальной точке:

Для повышения точности печати, с целью исключения люфта при начале движения и во время остановки двигателей лучше включить захват положения двигателей всех осей и экструдера даже без движения:

Следующие строки определяют направление вращения приводов для движение в нужном направлении. Напоминаю, что значения приведены для конфигурации Mendel Prusa I3.

При использовании экструдера, содержащего редуктор потребуется установить:

Использованные мной драйверы немного слабоваты. По этой причине на большой скорости движения в Z направлении заметны существенные глюки. Значит сразу лучше ограничить скорость при возврате каретки в начальное положение:

Для программного контроля перемещения в рабочем пространстве установим границы перемещения после установки принтером начальной точки:

Для точного перемещения по осям прошивка должна знать на сколько шагов требуется прокрутить двигатель при перемещении на 1мм:

В этой строке прописаны значения осей X, Y, Z, E (экструдера). Все значения, кроме E вполне совпадают с расчетными величинами (по крайней мере у меня). К значению Е вернемся позже. Теорию можно прочесть на форуме RepRap.

Далее ограничиваем ускорения для перемещений по всем осям. Я ограничил все значения, кроме ускорения вращения экструдера на половину от значений по умолчанию:

Для перехода на русский язык в меню управления принтером:

и SD карты памяти:

Основные параметры настроены, можно приступать к калибровке! Но, раз уж мы ковыряем прошивку, сразу доработаем все необходимое для реализации работы в меню контроллера без ПК.

Опишем температуру преднагрева для PLA и ABS пластика:

Если интересно знать статистику работы принтера. Для сохранения статистики в EEPROM включим:

Данная фишка позволит сохранять в энергонезависимой памяти контроллера следующую информацию:

Информацию можно получить из принтера по команде M78.

Также рекомендую включить настройки температурной безопасности:

Режимы требуется настраивать индивидуально для каждой модели принтеров. Описание параметров приведу в части статьи, описывающей вкладку Configuration_adv.h.

Если с настройками по умолчанию энкодера работать неудобно (слишком быстро перепрыгивает между разделами меню или не устраивает направление вращения), то следующие разделы помогут тонко отстроить работу энкодера:

// ЧИСЛО ИМПУЛЬСОВ ЭНКОДЕРА НА ОДИН ШАГ. ДЛЯ ЭКОДЕРОВ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ
// ТРЕБУЕТСЯ УВЕЛИЧИТЬ ЗНАЧЕНИЕ

// ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ

ВКЛАДКА Configuration_adv.h

Прошивка поддерживает большое количество дополнительных настроек, очень помогающих в работе. Хотелось бы сразу описать те, которые я активно использую. Для перехода к расширенным настройкам открываем вкладку Configuration_adv.h.

Настройки режимов защиты по температуре:

После включения параметра THERMAL_PROTECTION_HOTENDS при нагреве хотэнда по командам M140 или M190 принтер будет отслеживать прирост температуры! Если за период времени WATCH_TEMP_PERIOD температура не увеличивается на WATCH_TEMP_INCREASE ГРАДУСОВ, то принтер остановится и потребуется полная перезагрузка.

Для нагревателя стола тот же алгоритм защиты и переменные при условии включения THERMAL_PROTECTION_BED:

Если для отвода тепла от платы контроллера используется вентилятор, то разумно использовать его включение программно и подключить через дополнительную недорогую плату. В прошивке при этом требуется:

1. Определить пин контроллера, задействованный для управления вентилятором охлаждения:

Очень интересная настройка:

позволяет запускать вентилятор обдува фактически на любой рабочей скорости. Для этого на установленное в настройке время в миллисекундах задается максимальная стартовая скорость. После запуска установится рабочая скорость.

Для более детального управления вентилятором обдува радиатора задаем пин, скорость вращения и температура включения:

В предыдущих статьях я упоминал, что драйвер шагового двигателя оси Z при параллельном подключении двух двигателей, существенно перегревается. Прошивка позволяет подключить второй двигатель на драйвер неиспользуемого двигателя экструдера:

Пожалуй, это все самые необходимые настройки вкладки.

ВКЛАДКА Language_RU.h

После перехода на русский язык мне не понравился перевод параметров. Я сделал перевод под себя. Для этого во вкладке Language_RU.h изменил константы:

ОТЛАЖЕННАЯ ПРОШИВКА

Тем, кто собрал таки свою Прушу, выкладываю свою версию прошивки. Прошивка полностью отлажена и позволит сразу запустить принтеры ZDV Prusa I3 и ZDV Prusa I3 v2.

УПРАВЛЯЮЩАЯ ПРОГРАММА

Читайте также: