Регулирование оборотов вентилятора радиатора hot end

Подписаться на 3Dtoday
chufyrin
Идет загрузка
Загрузка
05.06.18
4478
64
печатает на RepRap
Техничка
40
Статья относится к принтерам:
RepRap
Вентилятор hot end один из самых маленьких в 3D принтере, но зачастую является одним из самых шумных вентиляторов. К тому же он обычно подключается напрямую к 12 вольтовой линии блока питания и молотит без перерыва, даже тогда, когда принтер не печатает, а просто включен в розетку.
Китайские вентиляторы, работающие на полных оборотах при простое принтера, приносят нам не только неприятное жужжание, но и осаждают лишнюю пыль на радиаторе hot end.
К тому же, во многих случаях не требуется работа этого вентилятора на полных оборотах. Если запитать его от 5 вольт шум значительно уменьшается, но это заканчивается забитым расплавленным пластиком трактом в процессе печати. Охлаждения перестает хватать во время печати участков с большим количеством откатов или просто из за повышенной температуры в помещении.

Хочу поделиться своим решением регулировки оборотов с обратной связью
1) Позволяет полностью остановить вентилятор, когда радиатор остынет до комнатной температуры
2) Во время печати вентилятор преимущественно работает на низких бесшумных оборотах
3) Обороты повышаются с ростом температуры на радиаторе hot end, например, во время частых откатов или при печати в закрытой камере

Реализация максимально проста и не требует подключения к ШИМ на плате управления (RAMPS) и внесения изменения в прошивку принтера или G-код.
0dcf004a0c7cdd128d8d2071c3c227df.png
Схема

Потребуется два резистора и транзистор, но резисторы не простые:
1) Терморезистор, такой же, как и в нагревательном блоке hot end. Если в хозяйстве его нет, то советую в любом случае заказать десяток - пригодится при ремонте нагревательного блока или стола.
2) Переменный резистор номинала порядка 30КОм
3) n-p-n транзистор, например КТ315, широко распространенный на постсоветском пространстве. Можно мощнее, но слабее нельзя, КТ315 работает на пределе.

Установка
Установку рассмотрю на примере китайского e3d v6.
1) На кусочке фольгированного с одной стороны текстолита размером 10 на 8 мм или в виде "вороньего гнезда" собирается схема.
f81faefae7b5fc7b319a7dcd62f0e6c5.jpg
Монтаж на плате фото 1
fcd839a40b2a1eff8d0ab27ed0241865.jpg
Монтаж на плате фото 2
2d610cbf5b644dd593403841dd655a3e.jpg
"Воронье гнездо"

2) На ножки терморезистора надеваются изоляторы, хороший вариант использовать тефлоновые, но у меня нормально себя зарекомендовали и обычные кусочки изоляции снятые с проводников витой пары.
3) В двух нижних пластинах радиатора, прямо над нагревательным блоком, просверливается два отверстия диаметром 2.5мм. В одном из отверстий нарезается резьба под М3. Терморезистор крепится по тому же принципу что и в нагревательном блоке - выводы прижаты головкой винтика. Перед установкой терморезистора рекомендую его обильно смазать термопастой.
b0139ca55fd8cd7c1a2c96430ca0f5ef.jpg
Отверстия для терморезистора
625bdbc4e431dccf8bbceecbc4f6bee9.jpg
Терморезистор прижат винтом
4) Подключается вентилятор и питание, переменный резистор выкручивается в положение в котором вентилятор начинает вращаться.
5) Дать радиатору остыть до комнатной температуры и плавно вращая переменный резистор найти положение в котором вентилятор начнет останавливаться и в итоге остановится.
c9b7772995fdbf3be1f08afe87e3ed1e.jpg
Вид в сборе

Будьте аккуратны при сборке схемы, особенно в виде "вороньего гнезда", КТ315 легко сжечь подав на базу больше 6 вольт. Пока отлаживался, убил не один транзистор, благо он сам копеечный и ничего за собой не тянет. Лучше изолируйте цепь базы.
Видео демонстрации работы
Характеристики и надёжность
Данный регулятор трудится у меня уже довольно давно, экструдер успел пропустить через себя не один килограмм PLA и ABS. Проверено временем.

Специально для вас провел "лабораторную работу" чтобы снять зависимость тока проходящего через вентилятор и температур радиатора и нагревательного блока. Ток замерял миллиамперметром в разрыве цепи вентилятора, а температура радиатора замерялась термопарой зажатой между второй и третьей пластиной. Каждый из режимов выдерживался более 10 минут.

Т блока (град.С) Т радиатора (град.С) Ток (мА) Комментарий
27 27 10 Вентилятор не вращается
60 35 30 Вентилятор не вращается
100 35 40 Вентилятор начал вращение
150 39 44 Обороты возросли, и будут расти далее
210 44 50
260 49 55 Максимальные обороты не достигнуты (70ма по паспорту вентилятора)

В заключение хочу показать высоту плавления PLA и ABS в тракте экструдера, прутки извлечены после 10 минут простоя в экструдере на 210 и 260 градусов соответственно. Пластик не вытекал под собственным весом т.к. сопло было закрыто столом. Белый кусочек прутка это ABS, зеленый - PLA.
76aabc6cc1d2912749ee70e863d4ab57.jpg
Подписаться на 3Dtoday
40
Комментарии к статье

Комментарии

05.06.18 в 11:46
4
Параллельно вентилятору желательно поставить диод в обратном подключении, чтобы не дунуло в транзистор обратным током при пуске или заклине.
И верхнюю ногу потенциометра прицепить к средней для кошерности.

П.С.
При достаточно большом пусковом токе вентилятора любой транзистор может стать никаким :)
05.06.18 в 11:54
2
Полностью согласен, и про ногу и про диод. Нога висит в воздухе для упрощения печатной платки и навесного монтажа в принципиалке решил не отступать от собранного макета.
И диод шоттки не помешает, если смогу отредактировать пост поправлю схемку. На практике же советские транзисторы выдержали, вентиляторы 30 и 40мм, возможно потому, что старт на холодном радиаторе с минимальным током и остановка тоже плавная.
05.06.18 в 12:05
1
Просто, боюсь, народ транзисторы попалит и начнет вам предъявлять :)
05.06.18 в 13:31
1
доброго дня. А если не КТ315, то какой более "надежный" транзистор можно взять? Нет желания брать горсть или бегать в магазин в случае неудачного монтажа и настройки
05.06.18 в 13:48
2
С ходу - что-нибудь типа BCP56.
05.06.18 в 14:02
1
BCP56 - хороший вариант, с запасом, но все равно будьте осторожны "VEBO emitter-base voltage open collector - 5 V (MAX)" Это значит базу на 12 вольт лучше случайно не коротить.
05.06.18 в 14:10
1
Еще хочу добавить, что при испытаниях терморезистор лучше не греть выше 50 градусов - можно спалить транзистор =)
Ниже в комментариях есть более безопасная для транзистора схема.
05.06.18 в 14:29
1
Спасибо. Осталось добраться до радио-профи. Для моей melzu самый полезный апгрейд
06.06.18 в 12:05
1
можно вместо транзистора воткнуть LM431(можно выдернуть практически с любого блока питания).. и поменять местами переменнник и термистор... тогда будет чуть другой эффект регулировки...
1. на холодную на вентилятор уже пойдет небольшое напряжение.
2. выход на полные обороты будет немного раньше чем у автора..
ну и еще пара нудных моментов..
06.06.18 в 12:54
1
а можно схемку? "На пальцах" сложновато понять
06.06.18 в 13:29
1
3ca200ca2689dd75751db6c96ff36ea6.png

Я чуть попутал.. в изначальном виде она немного сложнее.. но как работает мне понравилось... но все же я, для схожих задач (тоже регулировка оборотов вентилятора в зависимости от температуры) остановился на следующем варианте:
можно использовать миниатюрный DC/DC (например mini360) и у него вместо одного резистора(а можно и в параллель, только номинал см. далее.) запаять термистор.. в итоге переменником и резистором, который в параллель термистору, можно настроить крутизну зависимости оборотов от температуры по своему желанию... к тому же, как тут уже писали, современное время.. импульсный, а не линейный преобразователь и размеры платы позволяют запихнуть его в жгут.
3bb9e9199926f0504993b11de7037514.png
06.06.18 в 13:39
1

Первая попавшаяся схема на 555 таймере, можно попробовать ее собрать и посмотреть как будет работать. Жаль под рукой нет 555 таймера.
06.06.18 в 13:48
1
особенность варианта с DC/DC в том, что не надо ничего собирать..только подпаять термистор и, возможно, снять/заменить 1 резистор. а DC/DC такой у дядюшки Ляо стоит 24 руб.. или 200 за 10шт..
06.06.18 в 14:21
0
Мне чем проще тем лучше... у меня нет возможности поверхностным монтажом паять. Не считаю, что нужно в жгут прятать
15.06.18 в 14:30
0
Идея отличная - совместить и импульсный регулятор оборотов и реакцию на перегрев блока подачи пластика! Сам такие использую в компе как регуляторы оборотов кулеров.
Нужна статья или заметка по совмещению - подначиваю на написание! ;-)
05.06.18 в 13:16
1
А зачем верхнюю ногу потенциометра цеплять к средней? В чем профит?
05.06.18 в 13:21
3
Потому что он - устройство механическое, и возможно кратковременное пропадание контакта между подвижным контактом и пластиной/проволокой при перемещении.
05.06.18 в 13:23
5
Если потенциометр придет в негодность и пропадет контакт то сопротивление будет стремиться к бесконечности. А если нога будет прицеплена то сопротивление просто станет равно максимальному номиналу. В данной схеме может выгореть транзистор если сломается потенциометр с повисшей ногой.
05.06.18 в 13:27
1
Понял. Причина - не подобранный под параметры транзистор )
05.06.18 в 13:32
1
транзистор подбирался по принципу использовать то что не жалко и в избытке =)

Никак не могу найти кнопку "редактировать пост" чтобы добавить подправленную схемку и таблицу отредактировать в читаемый вид...
05.06.18 в 13:36
1
транзистор подбирался по принципу использовать то что не жалко и в избытке
Тут претензий нет. Я сам не читал что за транзистор и что там. Просто увидел схему и стало интересно.
05.06.18 в 13:49
2
UPD
Схема с обезопашенным транзистором
499997736bcead1ed634a8b7dae84485.png


А по транзистору... из современной элементной базы наверное неплохо подойдет BC817 или мощнее в зависимости от вентилятора.
05.06.18 в 11:50
2
Очень полезная и нужная вещь получилась.
Пожелания автору: разработай эту плату в максимально возможно компактном исполнении, в идеале - чтобы можно было помещать её в жгут проводки, идущий к "голове". А если еще и изготовишь - я покупаю у тебя 4 шт.
05.06.18 в 11:58
2
Спасибо! Не проблема разработать платку на smd компонентной базе, получится 5 на 10 мм примерно, в жгут влезет без проблем, но желательно размещать ближе к нагревательному блоку, чтобы хватило длинны ножек терморезистора
05.06.18 в 12:22
3
Всё таки в 21 веке живём :) И параметрический линейный регулятор с выбросом тепла в воздух ну как бы не очень, шим регулятор (ну хотя бы на 555 таймере+полевик) здесь был бы более уместен ... Ну а так, да, пойдет ...
ИХО естественно, за публикацию , спасибо
05.06.18 в 12:30
3
ШИМ на 555 хороший вариант, но реализуется на коленке немного сложнее. Я преследовал вариант максимально простой для повторения схемы.
05.06.18 в 13:23
2
И параметрический линейный регулятор с выбросом тепла в воздух ну как бы не очень
не та мощность рассеивается чтобы об этом задумываться. Зато дешево, надежно и практично.
05.06.18 в 12:35
1
А в чем сложность назначить в прошивке пин на вентилятор и подключить его к MOSFETу на плате?
Когда начинается нагрев, включается вентилятор, после печати, когда остынет, выключается.
05.06.18 в 12:48
1
В принципе возможно. Не помню точно позволял ли репитер подключать термодатчик на радиатор для управления скоростью вентилятора охлаждения радиатора. Про включение вентилятора при нагреве нагревателя экструдера в курсе.
Но это не тот вариант. Радиатор не всегда одинаково разогрет. Иногда максимального обдува ему не надо (не совсем верно, но где-то рядом) а иногда надо вдуть на всю мощность.
И эта схема не нагружает проц платы управления.
05.06.18 в 12:59
1
Именно про термодатчик/регулировку оборотов не скажу, у меня просто включается при нагреве, отключается при остывании. Можно изменять коэффициент ШИМ в прошивке, что позволяет чуть снизить обороты или подключить 12В вентилятор при 24В на плате.
05.06.18 в 17:29
1
Во, блин... А мне недавно пришлось как раз 12В вентилятор на 24В блок питания ставить. DC-DC преобразователем выкрутился. О таком варианте даже не подумал... Можно по-подробнее, где и что крутить?
05.06.18 в 18:05
1
для прошивки Repetier
в файле configuration.h

#define EXT0_EXTRUDER_COOLER_PIN 10 // пин на который вешаем вентилятор
#define EXT0_EXTRUDER_COOLER_SPEED 255 // коэффициент шим

надеюсь ничего не напутал, давно уже настраивал свою прошивку
05.06.18 в 18:20
1
У меня Марлин...:)
05.06.18 в 18:30
2
Загляните как-нибудь в файл Configuration_adv.h прошивки Marlin в этот раздел, может что-то и пригодится:

/**
* Controller Fan
* To cool down the stepper drivers and MOSFETs.
*
* The fan will turn on automatically whenever any stepper is enabled
* and turn off after a set period after all steppers are turned off.
*/
//#define USE_CONTROLLER_FAN
#if ENABLED(USE_CONTROLLER_FAN)
//#define CONTROLLER_FAN_PIN -1 // Set a custom pin for the controller fan
#define CONTROLLERFAN_SECS 60 // Duration in seconds for the fan to run after all motors are disabled
#define CONTROLLERFAN_SPEED 255 // 255 == full speed
#endif

// When first starting the main fan, run it at full speed for the
// given number of milliseconds. This gets the fan spinning reliably
// before setting a PWM value. (Does not work with software PWM for fan on Sanguinololu)
//#define FAN_KICKSTART_TIME 100

/**
* PWM Fan Scaling
*
* Define the min/max speeds for PWM fans (as set with M106).
*
* With these options the M106 0-255 value range is scaled to a subset
* to ensure that the fan has enough power to spin, or to run lower
* current fans with higher current. (e.g., 5V/12V fans with 12V/24V)
* Value 0 always turns off the fan.
*
* Define one or both of these to override the default 0-255 range.
*/
//#define FAN_MIN_PWM 50
//#define FAN_MAX_PWM 128

// @section extruder

/**
* Extruder cooling fans
*
* Extruder auto fans automatically turn on when their extruders'
* temperatures go above EXTRUDER_AUTO_FAN_TEMPERATURE.
*
* Your board's pins file specifies the recommended pins. Override those here
* or set to -1 to disable completely.
*
* Multiple extruders can be assigned to the same pin in which case
* the fan will turn on when any selected extruder is above the threshold.
*/
#define E0_AUTO_FAN_PIN -1
#define E1_AUTO_FAN_PIN -1
#define E2_AUTO_FAN_PIN -1
#define E3_AUTO_FAN_PIN -1
#define E4_AUTO_FAN_PIN -1
#define CHAMBER_AUTO_FAN_PIN -1
#define EXTRUDER_AUTO_FAN_TEMPERATURE 50
#define EXTRUDER_AUTO_FAN_SPEED 255 // == full speed
05.06.18 в 18:49
1
Понял, спасибо!
05.06.18 в 13:02
2
Это один из вариантов решения. Но требует изменения в прошивке и/или G-коде. Так же стоит учитывать, что выключать вентилятор нельзя сразу после окончания печати, надо дождаться пока остынет нагревательный блок во избежании образования пробки из пластика в радиаторе.
05.06.18 в 19:10
1
Там и задержка тоже ставится, в секундах:
define CONTROLLERFAN_SECS
06.06.18 в 11:44
1
В repetier'е можно (у меня именно так) отключать вентилятор по температуре хотэнда. У меня отключается на 50 градусах. Включать, наверное, тоже, но смысла большого в этом нет - задержка включения будет всего несколько секунд.
Но регулировка скорости по температуре радиатора всяко лучше. Сделаю, если лень поборю :). Или жаба заест окончательно - было желание поставить вентилятор noktua, но они ж дороженные.
05.06.18 в 13:08
1
Круто, конечно.
Только в Marlin уже давно реализовано включение вентилятора при достижении хотендом определённой температуры. В принципе то же самое, только не надо лишних термистров
05.06.18 в 13:12
1
Круто когда на вашей плате все еще есть свободный пины.
05.06.18 в 13:39
1
Простите, а чем Вы их заняли?
05.06.18 в 13:41
2
Пиво пьют. Ну а если по честному, то просто уйма народа с обрезанными платами анета и т.д. И пинов свободных просто нет. А если у человека еще к примеру и блтач и к примеру управление БП. Пины очень и очень быстро заканчиваются. Дюня не резиновая. А вот освободить один пин подобным - легко.
05.06.18 в 13:46
1
Ну разве что так...
А ног свободных реально мало даже на полноценном RAMPS.
Я вот все фишки, что хочу не имею возможности реализовать
05.06.18 в 13:54
1
Вот уже на пин свободнее стало )
Тоже кста и с освещением. Если вдруг юзаете. Датчик движения простйший за 100 рублей и погнали. Еще -1 пин.
05.06.18 в 13:15
1
Да, но если используется RAMPS 1.4 то обычно все силовые выходы заняты (стол, нагреватель, обдув) и нужна платка расширения. К тому же если идти по пути управления через Marlin то будет только 2 состояния вентилятора вкл и выкл без включения на неполных оборотах, поскольку ни Marlin ни слайсеру неизвестны такие факторы как температура в помещение и используется ли термокамера или нет.
05.06.18 в 13:44
2
Честно, не пойму зачем включать обдув радиатора не на полную и PID-регулирование?
Задача радиатора хотенда обнспечить максимальный температурный градиент на термобарьере.
А про плату расширения я уже сказал, что то же mosfet и резистор.
05.06.18 в 13:55
1
Когда у вас БП 24В, а вентилятор на 12В.
05.06.18 в 14:13
1
Да шумные эти китайские жужжалки, когда на лопастях дисбаланс на полных оборотах эти меклие вентиляторы перекрикивают шаговики.
05.06.18 в 13:15
3
Хорошее решение. Главное подстройка без проблемная и легкая.
05.06.18 в 13:42
1
Вот возьму и соглашусь ради разнообразия. Копеечное аналоговое решение без золотых молотков.
05.06.18 в 14:39
4
Очень хорошо!
Но мое мнение, что такая ответственная задача, как обдув термобарьера, должен дуть всегда, когда принтер включен и печатает.
А когда принтер не печатает он выключен. Не нужно там ничего регулировать.
Китайский одноразовый вентилятор лучше заменить на многоразовый например такой
А для снижения шума достаточно одного L7809CV за 10руб.
05.06.18 в 15:46
1
Неистовый плюс! Премного благодарю за идею!)
В копилочку)
05.06.18 в 17:30
1
А можно такую схемку для 24В...
05.06.18 в 19:25
1
Ох, спасибо сердешное, наконец - то у кого- то руки дошли запилить простое и рабочее решение =)
05.06.18 в 19:29
1
Идеальный вариант, это что бы по температуре радиатора (не хота, как делается с прошивки), вентилятором можно было бы управлять. Но без ШИМ регуляции, а просто вкл/выкл. Соглашусь, что тут незачем регулировать обдув, лучше - когда больше, просто не всегда нужно дуть.
05.06.18 в 21:47
1
Проплюсовал всех кого увидел - тема очень понравилась и считаю её очень важной, в особенности в варианте с защищённым транзистором.

Видел нечто подобное при разборе некоторых блоков питания ATX (кулера 80мм и120 мм, температура одного из радиаторов БП), но здесь чуть меньше деталей.

Благодарю!

С Уважением,
Ski.

Разумеется надо попробовать, плюс - приложить варианты для электропитания 3VDC, 5VDC, 7VDC, 9VDC, 12VDC(уже есть), 24VDC, 36VDC, 48VDC, 60VDC.
Заодно - и связную аппу - "закроете", не говоря уже о сетевом оборудовании и копировально-множительной технике ;-)

Вентиляторы пока есть ... практически везде.
05.06.18 в 22:54
1
Я просто параллельно нагревателю подключил и все.
06.06.18 в 11:52
2
Ну и зря. Выключится вентилятор вместе с нагревателем и пластик будет в термобарьере размягчаться и разбухать - привет пробке. Понятно, что не всякий пластик и не при любых условиях внешней среды, но рано или поздно пробка будет.
06.06.18 в 13:54
0
Выключится вентилятор вместе с нагревателем и пластик будет в термобарьере размягчаться и разбухать - привет пробке. Понятно, что не всякий пластик и не при любых условиях внешней среды, но рано или поздно пробка будет.
Согласен.
Это - такое тонкое место, что я в свете всех вышеприведённых схем - уже реально подумываю про ПОЛНОСТЬЮ АВТОНОМНЫЙ блок питания вентилятора на базе Powerbank.
06.06.18 в 15:25
1
В принципе, и обычного 18650 и step-up преобразователя достаточно для обеспечения автономного питания вентилятора и управляющей схемы на время остывания радиатора хотэнда, после отключения постоянного питания от силовой цепи принтера. Непрерывного питания, как в ИБП, не нужно, так что можно самую примитивную схему включения сделать. Ну и схему зарядки аккумулятора подключить, интегрированную с защитной, у китайцев готовых решений предостаточно.

P.S. Я, к слову сказать, пробку в термобарьере так и получил. Напечатал детальку и сразу принтер обесточил, уходить нужно было. А принтер - это не тот прибор, который я без присмотра оставлю под напряжением. Автономное питание вентилятора хотэнда было бы очень в тему. Ну или надо было ещё пять минут подождать :).
06.06.18 в 15:56
0
У меня подход иной - 24/7.

Поэтому я всегда буду уверен, что у меня всё или отработает на OK, либо просто выключится на "паузе с отведением".

Всё к этому готовлю, и собираю и решения и инфу для реализации этого модульного подхода - попроще и подешевле.

Обилие котрольных лампочек со шпаргалками - потихоньку нарастает... ;-)
06.06.18 в 17:11
1
А я примерно тоже делал для вентилятора обдува драйверов в корпусе. Оказался самой громкой деталью в принтере. Только делал на чем умею - digispark attiny85 ds18b20. :)
10.06.18 в 11:55
0
На старом анете вообще убрал вентилятор охлаждения хотенда, ибо башка у него очень теплоёмкая, шаговик и алюминиевая каретка, пробок небыло.
На новом ender-4 просто снизил обороты мелким DC-DC преобразователем, до момента неслышности вентилятора. А он оочень сильно гудел из-за дисбаланса.
17.06.18 в 00:33
0
Довольно не плохие вентиляторы есть в обычных принтерах. Я себе выковырял один 40х40х10 24В, работает бесшумно.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Как прошел Вебинар компании IMPRINTA

Печать между металлом. Часть 2 "Приятная тяжесть".

Череп медведя. История одной модели

3Dtoday за 60 секунд от 19 июня

Fusion 360 - моделирование лодки и печать

Дизайн 3D-печатного ползающего робота STAR появился в открытом доступе