Chwilę mnie inne sprawy odciągnęły od drukarki. Ale wróciłem
Pora na opis ekstrudera. W największym skrócie, a i tak ściana tekstu :/
Od ekstrudera wszystko się zaczęło, bo to był dla mnie najmniej znany element (cała reszta występuje w CNC, a ekstruder nie).
Więc musiałem dopiero poszukać jak to wygląda. Oglądając ekstrudery od razu rzuciło mi się w oczy że jest tam spory silnik krokowy. Do tego duży wymiarowo wentylator i radiator chłodzący.
Naczytałem się też o problemach z chłodzeniem heartbreaka.
No to pomyślałem że skoro mam możliwości, to żeby pójść z grubej rury. Założenia były "proste" (to dla całej karetki):
- Ma być mały
- Ma być lekki
- Ma dzięki temu zapier***ać
- Ma być precyzyjnie wykonany i się nie klinować na prowadnicach, a więc najlepiej aby był wykonany z aluminium
- Ma nie mieć problemów z chłodzeniem heatbreaka
- Oczywiście ma być typu Direct
- Ma nie ustępować parametrami klasycznym silnym ekstruderom (siła pchająca około 5 kg, retrakcja co najmniej 50 mm/s)
Ostatni punkt jest dość istotny, bo ekstrudery o standardowej konstrukcji używając małych silników krokowych zawsze idą na jakiś kompromis pod względem wydajności napędu.
Samo się nasunęło że karetka z aluminium automatycznie załatwia chłodzenie, pod warunkiem że będzie to chłodzenie wodne.
A dla zmniejszenia masy postanowiłem też zamienić silnik krokowy na inny (serwomotor).
Zacząłem szukać gotowych rozwiązań, żeby zobaczyć czy ktoś już tego próbował.
Ciężko było cokolwiek znaleźć, więc narysowałem swoją wersję zanim cokolwiek znalazłem.
Po jakimś czasie znalazłem chłodzenie wodne hotendu (to tylko jeden przykład z tych co znalazłem):
https://www.instructables.com/Water-Coo ... ap-and-Ea/
W takich wynalazkach jest taki problem, że ludzie
dodają chłodzenie wodne do wcześniejszego powietrznego radiatora.
No i pojawiają się wnioski, że chłodzenie wodne jest mało praktyczne, bo zwiększa masę ekstrudera.
No jak zwiększa?!!
Dokładasz elementy, to masa musi wzrastać! Nie dokładaj to nie wzrośnie
Dlatego ja chcę zrobić zupełnie inaczej.
Aluminiową karetkę i tak już będę miał, i będzie ona całkiem lekka. Nie będzie radiatora, tylko gardziel będzie wkręcany wprost w karetkę. Jedynie trzeba w tej karetce zrobić kanaliki na wodę (co w sumie jeszcze bardziej obniży jej masę). I już mam chłodzenie wodne, bez dokładania masy. Oczywiście jest spora trudność w wykonaniu, ale sama idea jest ok (w sensie że to na pewno będzie lekkie).
A wracając do napędu.
Chcę użyć silnik DC (BLDC) z przekładnią, zamiast silnika krokowego.
Chyba z tydzień mi zajęło znalezienie takiego rozwiązania w czymś innym wykonaniu. Już myślałem że takiego nigdy nie było, i że będę pierwszy.
No ale ostatecznie znalazłem, i to nie byle gdzie (tylko nie spodziewałem się że tam mogę to znaleźć).
Mianowicie pierwsza (czy druga) drukarka Prusa miała ekstruder z silnikiem DC:
https://reprap.org/wiki/RepRapOneDarwin
Znalazłem też nowszy wynalazek, z napędem za pomocą przerobionego serwomechanizmu:
https://www.instructables.com/RCServo-E ... ect-Drive/
Zastanawiam się dlaczego się to nie przyjęło. Silniki krokowe już dawno praktycznie zostały wyparte przez serwonapędy w wielu dziedzinach CNC.
A tu nie. Może chodzi o trwałość silników DC (szczotki). A może o problemy z utrzymaniem stabilnej prędkości, szczególnie przy małych prędkościach obrotowych. Ja jednak wiedziałem że się da, bo już takie coś robiłem (tylko nie do drukarek).
Pierwsze testy mam już za sobą. Użyłem takiego typu silnika z przekładnią, bo akurat kupiłem kiedyś przy okazji różne wersje do późniejszego pobawienia się nimi. No i tak przeleżały nieruszane aż do teraz
https://www.pololu.com/product/3043/specs
Jak widać masa jest całkiem rokująca (ten ma 10 g, ja mam trochę większą wersję co waży 23 g).
A ujarzmić silnik da się za pomocą stabilizatora obrotów silnika DC. Dzisiaj to już zapomniany układ.
I nie chodzi tu o enkoder na wale i PIDa.
Chodzi o elektroniczny stabilizator samego silnika.
Silnik DC nie ma jednej charakterystyki. Inną ma dla zasilania stałym napięciem, inną dla zasilania stałym prądem, inną dla zasilania stałą mocą. I jeszcze inne będzie miał dla określonych charakterystyk prądowo-napięciowych źródła zasilania. Da się wygenerować elektronicznie taką charakterystykę, przy której silnik DC będzie miał charakterystykę stałoprędkościową. Czyli będzie się chciał kręcić ze stałą prędkością, jak silnik krokowy (czy z pewnym przybliżeniem indukcyjny).
Da to bardzo dobrą jednorodność ruchu.
Nie jak w PIDzie, gdzie błąd prędkości musi się skumulować aby PID zareagował.
Nie będę tu zanudzał szczegółami technicznymi. Jak ktoś chce to może poczytać tutaj:
3. Stabilizator obrotów silnika DC (czyli stabilizator napięcia BEMF silnika).
Tu oczywiście potrzeba zrobić o wiele mniejszą wersję. Na jakiejś malutkiej przetwornicy Step-Down. Prototyp zrobiłem w ogóle bez przetwornicy, tzn. z zasilaczem liniowym.
Wszystko ładnie działa, i taki silniczek z przekładnią daje podobne obroty i moment obrotowy od dużo większego silnika krokowego.
Poza tym ma o wiele mniejsze wymiary. Radełko można dać wprost na wał wyjściowy.
No ale prototyp to jedno, a wersja docelowa to drugie.
Takie silniczki występują w kilku wersjach wymiarowych, i masa wzrasta szybciej niż moc. No i pozostaje problem z trwałością szczotek.
Dlatego docelowo chcę użyć silnika BLDC (charakterystyki ma takie same jak silnik DC, więc mogę je tu zaaplikować prawie zamiennie).
Są wersje silników BLDC z przekładniami, ale masa i wymiary nie powalają. Ostatecznie więc zdecydowałem się na taki silniczek:
SB1605
Nie musi być konkretnie taki, ale SB1605 ma taką zaletę że ma bardzo niski współczynnik KV. Czyli jest niskoobrotowy.
Inny też bym sobie przewinął, ale co przewijać jak od razu można kupić odpowiedni.
Moc takiego silniczka to podobno ponad 20W, a więc porównywalnie do dużego silnika NEMA17 (i więcej niż silniczka DC jaki testowałem, on ma ze 2...3W).
Wybór silniczków modelarskich (outrunnerów) jest o wiele większy niż silniczków uniwersalnych (inrunnerów), więc jak ten się nie sprawdzi to sprawdzę inne.
Pozostaje problem przekładki. Będzie musiała dać redukcję około 1:100. Na szczęście da się to zrobić na dwóch stopniach, i w małej masie.
I właśnie to sprawia że ten ekstruder będzie inny niż wszystkie.
Dobra, na razie tyle.
Chętnie bym się dowiedział dlaczego dawno temu stosowanie silników DC w ekstruderach zostało porzucone. Może ktoś kto od lat siedzi w temacie drukarek DIY pamięta jakieś dyskusje o tym z nieistniejących już dzisiaj forów?
