Переход на 32 бита, но не только

Подписаться на 3Dtoday
Anidal
Идет загрузка
Загрузка
17.05.19
4847
32
Техничка
25
Роман в пяти томах

Как я дошёл до жизни такой

Всё начиналось достаточно невинно — исчерпал ресурс ремень GT2.
Замена уже была, поставил и забыл?
Не, зуд улучшения проснулся и потребовал еды!

План:
1. Облегчить каретку
2. Упростить фиксацию ремней
3. Переделать обдув на менее громоздкий
4. Проложить провода к каретке более рационально
5. Сделать быстросъёмные HotEnd и обдув
6. Установить Volcano
7. Перевести ШД на 24В
8. Перейти на 32-х битную электронику
9. Защитить электронику от КЗ
10. Добавить аварийное отключение силовой части при сбоях
11. Облагородить кучу проводов
12. Разделить питание по типам и мощностям
13. Разделить электронику на 4 части:
  • Питание
  • Коммутация/индикация
  • Контроллер с экраном
  • Провода к каретке

Управляющая электроника
Ардуины стало не хватать. Экструдеры на x16 слишком грубы, на скоростях больше 120мм/с ардуина уже не успевает обрабатывать все шаговики и переходит в удвоенный режим, что означает снижение точности.
Добавим необходимость обрабатывать нелинейную экструзию и другие фишки, желание не перетыкать каждый раз SD для распечатки очередной модели и т.п.

Критерии были достаточно объёмными:
  • 32 бита с плавающей точкой
  • Озу не менее 64 кБайт, желательно больше
  • Ethernet/WiFi
  • Открытое, поддерживаемое и развиваемое ПО
  • драйвера ШД с поддержкой SPI/UART/I2С для тонкой настройки и с хорошим микрошагом (128 или 256)
  • Хорошая расширяемость (не менее 6 ШД, 4 нагревателей, 4 управляемых вентиляторов), лучше больше
Прошерстив интернеты выяснилось, что альтернативы, по сути, нет.

Reprap Firmware и Duet Ethernet/Duet Wifi.
766eb561e523cee3947ef335c69705a6.jpg
5 драйверов TMS до 2,4А на основной и плата расширения ещё на 5 + 2 внешних.
7 нагревателей, 8+2 вентилятора, 10 ендстопов, можно подключать расширение по I2C.

Выбор дисплеев 4,5,7 дюймов с тачскрином.
Хорошая вебморда (я бы сказал лучшая), неплохой интерфейс на экране.
Быстрая работа с SD и быстрая закачка через вебморду.
Печать с отдельного компа по usb/ethernet слишком ненадёжная, только SD. Для сложных случаев есть возможность подключить 2-ю SD
Поддержка разнообразных вариантов автолевелинга
Поддержка эндстопов филамента, в т.ч. и с определением проскальзывания.

Есть как фирменные платы, так и фирменный же китай, в 2 раза дешевле.

Напрягали запаянные драйвера, но отказов мизерное количество, драйвера хорошо охлаждаются.

Цена комплекта 2 платы и экран 7 дюймов ну совсем не как у ардуино, однако только 10 драйверов это 6-7 т.р.

Силовая часть
08d97e6a797fc76b73bc6c48ad883c29.JPG

Блок питания 12В 20А уже был, докупил 25Вт-ные 5В и 12В и 250Вт 24В.
Почему так много?

Нагреватели 12В, переходить на 24В вроде смысла нет.
А вот сделать их гальванически развязанными надо, т. к. пробой термодатчика с последующим попаданием +12 прямо в процессор неприятно.
Управление нагревателями вывел на дискретные силовые ключи с опторазвязкой.
+ порочная практика удешевления за счёт распайки мощных мосфетов на основной плате приводит к их перегреву, толстым, длинным проводам и выгорающим разъёмам.

ШД на больших скоростях при 12В питании начинают просаживать момент где-то с 150-160 мм/с. С 24В просадка начинается с 300+ мм/с.
Вентиляторы на 12В, питаются отдельным БП, т. к. силовой на 12 развязан, а развязывать ещё и вентиляторы избыточно.

Кроватка уже была на 220В, работает хорошо, добавил 2-й SSR для отключения всей силовой части по сигналу PS-ON.
Электроника запитывается 5В, потом включаем PS-ON и включаем остальную часть.
Если происходит сбой и нагреватели не реагируют на программное выключение питания — выключается все питание силовой части.

Коммутация
Попечатав ( и помучившись с подключением и переподключением) год, понял, что тянуть провода сразу к управляющей плате неудобно. Нужна промежуточная точка коммутации.
Опять же, дети растут, особенно младшая всё стремится потыкать пальчиком, поэтому провода должны быть закрыты от случайного прикосновения.

Разместил все соединения в 3-х коробочках спереди, выведя на них и индикацию напряжения на линиях питания и отображение управляющих сигналов.
3c755b431699d74ec30d8c6d4f6413e8.jpg
346287d9751ed344d11ee29f0790a734.jpg
aba59dc90bed135889a6df577694d9cf.jpg
43a532eb8369fc58414c64dfc0be42fe.jpg
65fd1ed9b8a3a4e555bf8c3db2a754fe.jpg
В первой коробочке коммутация 220В (2 твёрдотельных реле общего включения (SSR1) и управления нагревателем стола (SSR2), а также индикация работы БП 5В, 12В силовое, 12В вентиляторы и 24В.

Во второй коробочке коммутация первичных управляющих сигналов от мозгов:
  • Нагреватель обдува
  • 2+2расширение нагреватели сопел
  • 3 вентилятора (Хотэнд, экструдеры и обдув модели)
На отдельной плате расположены 3 силовых твёрдотельных реле постоянного тока (самодельных). С возможностью расширения до 6-ти.

В третьей коробочке осуществляется коммутация силовых и и сигнальных линий со шлейфами на каретку и другие компоненты принтера.

Индикация и защита

Каждый сигнал управления снабжён светодиодным индикатором и системой защиты от КЗ.

Система защиты от КЗ сделана следующим образом:
Между управляющей платой (по линии -) и нагрузкой (вентилятор или силовое твёрдотельное реле) установлен резистор 10Ом 0.5Вт.
При штатной работе ток до силовых реле 20-30 мА, до вентиляторов до 100мА.
В случае КЗ ток через резистор не превышает 1.2-х ампер при максимальном постоянном токе MOSFET на плате от 4 до 60А.
Т.о. при КЗ MOSFET остаётся целым, а резистор быстро сгорает как предохранитель.
Использовать предохранители нельзя, т. к. импульсный ток разрушит MOSFET до срабатывания предохранителя.
cb130447b93a9f7bd1461801b4fce611.jpg
eb6a6202e40e16e5fd0d30f234c117bd.jpg
Каретка
d561e089ac615f48c98145eb8137a750.jpg


Т.к. все снимать, то решил сделать облегченную и уменьшенную площадку для крепления хотэнда с интегрированными держателями ремней.

Для быстрозаменяемых элементов каретки (блок обдува, хотэнд) использовал цилиндрические военные разъёмы. Они надёжны, не раскручиваются от вибраций, легки и имеют до 3 ампер на

контакт при +60).
504c8cf34472a087175b053721d4384d.jpg
61dd48d7ffb86f631d7e16581f6a118d.jpg
Для связи между кареткой и блоком коммутации использовал плоский кабель 0.127х10.
Потребовалось 3 кабеля (обдув, нагрев сопел, датчики) и 1 4-х жильный плоский телефонный кабель для 2-х дополнительных термодатчиков.
Таким образом на каретку идут следующие сигналы:
1. Термистор обдува
2. Вентилятор обдува
3. Нагреватель обдува
4. 4 датчика PT1000 на сопла+1 резерв
5. 4 нагревателя сопел
6. Вентилятор хотэнда
7. Термистор Тхотэнда
8. Термистор Ткаретки (резерв)

Кабель с сигналами датчиков температуры дополнительно заэкранировал фольгой. Заводские экранированные плоские кабели существуют, но стоят как чугунный мост и под заказ.
8e64b52be7ec0251cf8a7d1448ee62db.jpg
Для силовых сигналов (нагреватели) используется парные провода. Общий -12 силовой счетверён.

Для плоского кабеля распечатал плоский канал и смоделировал дополнительные крепления к каретке и промежуточным точкам (ось Y). Всего потребовалось 34 сегмента.
85466926fc380fe0240b22b4916f2d83.jpg
c1803ab49e1db6afb4359ef1ba5cb470.jpg
81e9f522ad35386097e712579e13b3bf.jpg
687dd547c8e8a5ae04d7bbdaec3422b2.jpg
Кабель не греется и за счёт кабель-канала не перегибается.

Также усилил стол, добавив 2-ю пару линейных подшипников и раскосы от них к дальнему концу стола.
c9232563ef6b5535e7bd6e399c0b3b1a.jpg
6e8eb21a5e77dd32802330ab78498783.jpg
Стол стал очень жёстким, исчезла раскачка конца при быстрых Z-перемещениях и дребезг сопла по стеклу при 0-й высоте и перемещении по XY.

В очередной раз модифицировал обдув, силиконовые носки на Volcano это прекрасно, но сильно затрудняют обдув. Пришлось вести трубочки с разных сторон прям к соплу.
59147b4750d53a7b2efef77609b29343.jpg
343a4675b9a6c0a48b5c5fe5d032b724.jpg
a70f2a3d90574dc905080f1888c693ca.jpg
P.S. Силиконовые носки оказались не очень надёжными. На сопле с SBS, где температура 250-260, он за 3 месяца деградировал и разползся.
На сопле с АБС (230) — пока держится.


Монтаж


Для DuetWifi распечатал корпус. https://www.thingiverse.com/thing:2825560
Из всех вариантов этот, ИМХО, наиболее продуманный и удобный.
Обдув организован между плат, именно туда отводится всё тепло от TMS.
В собранном виде корпус достаточно компактен, но позволяет без инструментов его раскрыть и получить доступ к обоим платам.

Электронику расположил на дне и передней панели.
Получилась «стена», предотвращающая попадание посторонних рук куда не надо.
3461d71cf795c0cb264dfff51a0d98b2.jpg
fffb55b844e7225f3337986588697f6b.jpg
f40f431db375d8ab1a0ef13b99063bca.jpg
Результаты
Работа проведена большая, переход с 8 на 32 бита вылился в 1,5 месяца работ и около 18 т.р. допзатрат.
Что получилось в итоге:
  • Удобная в использовании система. Вебморда юзабельна даже с телефона, когда последний раз вынимал SD — уже забыл
  • Файлы быстро можно закачать на принтер, скорость около 2 Мбайт/сек.
  • ПО DuetWifi активно развивается, много возможностей, все настройки через G-code, что невероятно удобно (после Repetiera с изменением параметров через перепрошивку)
  • За счёт возможностей ПО удалось победить недоэкстрзию на высоких скоростях, что позволяет печатать внутреннее заполнение до 180мм/с без ухудшения качества.
  • Используя Pressure Advance, удалось сделать переходы линий при изменении скорости/направления гладкими, без пере/недоэкструзии из-за бодена.
  • Последние 2 пункта есть и в 8-ми битных прошивках, но с их включением скорость становится ну совсем маленькой.
  • TMS драйверы с регулировкой тока и кучей режимов сделали принтер очень тихим, позволили выжать ещё 25-30% момента с двигателей без их перегрева.
  • Драйвера работают хорошо, не перегреваются. Встроенная функция контроля пропусков позволила настроить ток так, чтобы пропусков на реальных моделях не было.
  • Перевод экструдеров на микрошаг 128 (1080 шагом/мм) сильно повысил точность дозирования пластика (рекомендуется не мене 800 шагов на мм, иначе экструдеры не отрабатывают с заданной точностью подачу пластика)
  • Система имеет много ресурсов для доработки, уже внедрил ещё 1 ось для усовершенствованной вытиралки сопел с самоочисткой. Об этом отдельно расскажу.
  • Имеется большой, живой форум с активными разработчиками и пользователями. Это большой плюс для тех, кто хочет выжать 100% от железа или реализовать новую фичу.
Подписаться на 3Dtoday
25
Комментарии к статье

Комментарии

17.05.19 в 10:56
1
кашу маслом не испортишь
Использовать предохранители нельзя, т. к. импульсный ток разрушит MOSFET до срабатывания предохранителя

уже давно придумали быстродействующие предохранители для электроники, а также самовостанавливающиеся предохранители


Нагреватели 12В, переходить на 24В вроде смысла нет.
А вот сделать их гальванически развязанными надо, т. к. пробой термодатчика с последующим попаданием +12 прямо в процессор неприятно
-если смотреть на вашу схему то все GND соединены и соответственно гальванической развязки нет и в помине, к тому же при гальванической развязке вылазят другие проблемы в виде наведенных потенциалов
-слабо представляю откуда на термодатчике возьмется 12 вольт , это нужно как минимум чтобы в одно и и тоже время пробыло нагреватель и сам термодатчик, что уже маловероятно.
17.05.19 в 11:22
0
Быстродействующие недостаточно быстродейстуют для защиты MOSFET.

Вот тут декларируют 30мкс. http://nauchebe.net/2013/07/elektronnye-predoxraniteli-v-silovyx-preobrazovatelyax/
Предохранитель тут не успевает и поэтому придумывают такие непростые и дорогие штуки.

А схему Вы смотрели недостаточно внимательно. +12 силовое развязано.

И такие пробои нередкость, по форумам то и дело пробило термистор, сгорел вход. Керамика (особенно в noname китайских нагревателях - т.е. наш случай) при повышенных температурах имеет тенденцию становится проводимой.
17.05.19 в 18:58
0
Гальваническая развязка и отдельный мост на +12 с общей на всех землей это две очень большие разницы. Во втором случае если что-то пробивает, то пофиг из какого бп возьмется +12 или +24, ток все равно потечет, т.к земля одна и та же. В первом же случае ничего никуда не потечет - общей земли нет, значит цепь не замкнется. Почитайте хотя бы вики, что ли.

Что бы сделать ваши грелки гальванически развязанными, надо чтоб они грелись от своего, никак и ничем, даже землей, не связанным бп, и управлялись мосфетом. Мосфет же, в свою очередь, должен управляться, например, оптопарой другим концом привязанной к процу. Тогда никуда ничего не пробъет.
19.05.19 в 09:21
0
Нет там никакой общей земли
17.05.19 в 11:25
3
Винтовые клеммники я бы не стал использовать, их надо подтягивать периодически и они не любят вибрации.
Лучше использовать пружинные (те же WAGO)
17.05.19 в 11:30
0
Полностью согласен. Можно погореть
24.05.19 в 01:10
0
а нельзя было использовать lan пачкорд и rj45 коннекторы??
17.05.19 в 11:30
0
Не советую злоупотреблять винтовыми зажимами, особенно на малых напряжениях- токи там большие, со временем винтовые зажимы ослабевают и начинают нехило греться.
17.05.19 в 11:32
1
В порядке не наезда, а общего интереса. При КЗ мосфета в вашей цепи вообще может быть достигнут ток, приводящий к сгоранию быстрее, чем сработает плавкий предохранитель?
17.05.19 в 12:10
0
а как-же. КЗ на +12, сопротивление проводов и т.п. возьмем 0,5 Ом. Т.е. ток 24А. А мосфет вентилятора на 4 кратковременно. Сильноточные может и выживут, но зачем же доводить до такого. Резистор просто отгорит, без вреда для его-либо.
17.05.19 в 12:01
3
Ну и как? Сильно качество печати улучшилось от всех этих апгрейтов?
Судя по последним фоткам - нет.
Тогда ради чего всё это?
Не знала баба горя, купила баба порося.
17.05.19 в 12:16
0
Сильно качество печати улучшилось от всех этих апгрейтов?
Я бы расценивал это как отношение к инструменту. Кого-то устраивает бардак, а кому-то...
Но тут реально перебор по многим фронтам. Какие-то лишние защиты... по итогу по последним фоткам каша как была, так и осталась... зачем-то эти
коннекторы на головы... не представляю зачем.
С другой стороны как бы и целей для 3д принтера у человека больше нет... т.к. сказать возня для возни.
17.05.19 в 12:50
0
возня для возни
Да, я это и имел в виду.
17.05.19 в 12:18
0
Это каким? всё что видим сделано в режиме а давай ка ещё и вот это проверим, как настройка действует.
Если не заниматься экстремальной наладкой, на отлаженных профилях всё гладенько.

Из всех фото на Duet была напечатана только точилка для ножей.https://3dtoday.ru/upload/main/a70/a70f2a3d90574dc905080f1888c693ca.jpg
Как раз как экспериментальная модель с достаточно сложной геометрией. Всё остальное ещё печаталось на ардуине.


Задача была дать простор для расширения (хочу кракена с 4 соплами), убрать сопли/наплывы от неправильной экструзии, обеспечить удобство пользования.
В целом я удовлетворён результатом. Принтер (повторюсь на отлаженных профилях) просто печатает. Не надо задумываться о особых настройках, подборе температур, ручных поддержках - прогрел, отслайсил, запустил на печать, заглянул, что на стекле утюг не стоит и можно заниматься своими делами.
Ардуина до этого редко но глючила. И всяких защит не было.
17.05.19 в 12:10
0
вот это:
Облегчить каретку
вот с этим:

не вяжется ну ни как
17.05.19 в 12:20
0
хм. И что тут не так? По сравнению с штатной конструкцией облегчил раза в 2. А без обдува раза в 3. Печатаю с ускорениями 3000-4000.
Есть пример более лёгких конструкций с химерой, регулируемым по температуре обдувом и вулкано?
17.05.19 в 12:24
0
И что тут не так?
Гибкий кабель канал. 1. он имеет приличную массу. 2. всего его цепи имеют определенную силу трения.
17.05.19 в 12:38
0
Ну провода то сами по себе в воздухе держатся не будут? Предыдущая версия с просто проводами в спиральной обмотке (вариант от производителя) была:
1. Раза в 3 тяжелее
2. Довольно жесткая на сгиб
3. Через год не очень интенсивной печать кое-где провода были на пределе, т.к. радиус изгиба был не равномерен и плохо контролируем.

А вариант с кабель-каналом :
1. Провода легче, т.к. можно сделать меньше сечение и компенсировать некоторый нагрев большой площадью. И вес кабель-канал+плоский кабель меньше круглые отдельные провода+обмотка.

2. Плоский кабель легко гнётся в одной плоскости, сопротивление ниже.
. В таком кабель-канале на производстве/принтерах и т.п. плоский кабель работает десятилетиями без износа.
3. Вес приходится на оси неравномерно, на каретку приходится только 1/4 веса, ещё 1/2 на ось Y и 1/4 на корпус. А если напрямую - на каретку 1/2.


Разъёмы - чтобы менять легко и быстро. Раз - и вместо головы с одними соплами другая. учитывая возможности химеры по выравниванию сопел на стекле- это можно сделать даже в середине печати.


А сопротивление - ШД при 16 шпуле и моменте 4кг/см двигателя эти 20-30 грамм дополнительного сопротивления от канала и не заметят.
Вроде все серьёзные производители провода именно так и прокладывают?!
17.05.19 в 18:08
0
самые продвинутые fpc шлейф берут. :)
достоинства - легкий, не нужен кабель канал
недостатки, нужно два fpc разьема, стоимость
18.05.19 в 15:44
0
Anidal, всё сделано и показано очень здорово.

Вот только один вопрос:

быть может лучше всю электрику запихать в электрошкафчик с DIN-рейками?

Туда и ещё много чего можно запихать,
если сделать его вентилируемым,
и выбрать модель с прозрачной дверцей.

Пример(ы):

ab9245cd85d36aa4e36315d6a4cfe38f.jpg


d036c594ec881866964badcc62e29b62.jpg
19.05.19 в 09:24
0
не, кастомные элементы требуемого размера и стандартный ряд шкафов - совсем различный получается окончательный объём. Будь у меня отдельная комната под принтер. Но он ютится в отделении шкафа, пусть и большом. Тут каждый сантиметр на вес золота.
18.05.19 в 17:00
0
ПО DuetWifi активно развивается
А оно (ПО) и к фирменному китаю подходит?
Есть как фирменные платы, так и фирменный же китай, в 2 раза дешевле.
19.05.19 в 09:25
0
Да, схемотехника и разводка OpenSource, сами платы для Англии делают в Китае, только текстолит другого цвета и может доптестирование.
18.05.19 в 23:03
0
Зачем тебе братка вулкан хотенд ? У тебя всеравно все упрется в кинематику.
19.05.19 в 09:27
0
Ха, на обычном нагревателе уже на сопле 0,6 при 120 мм/сек начиналась сильная недоэкструзия. И если короткие линии, где голова не успевала разогнаться еще печатались, то длинные рвались.
А на Вулкано и 180 не предел.
У кинематики больше ограничение на ускорения вылазят, чем на скорость.
19.05.19 в 10:52
0
За 0.6 не скажу, а вот 0.4 мк8 вполне справляется с 120мм/с. Выше этой скорости можно только заполнение печатать, так как на стенках где есть допустим надпись появляется нехилое "эхо".
19.05.19 в 11:50
0
Для стен обычно наружнюю линию печатаю на пониженной скорости. Плюс можно в той же куре управление ускорением задействовать раздельно для разных типов. Но пока хватает снижения скорости.
В коротком нагревателе пластик не успевает расплавится. Попробуйте вазу соплом 1.2 сколь-нибудь быстро напечатать - сразу становится виден непроплав без вулкано.
А сейчас еще и супервулкано появился. Там еще в разы максимальный поток выше.


Ждать по 10 часов печати детали это слишком дорого.
19.05.19 в 12:36
0
Ну при печати такими соплами вопросов нет, вулкан тут вне конкуренции.
20.05.19 в 15:56
0
И за пару месяцев посыпется у Вас, батенька, эта фольга из кабель канала трухой - постоянные изгибы и трение... Она хоть и копеечная, заменить не проблема, но может попасть на печатаемую деталь...
06.06.19 в 13:28
0
Фольга как раз индикатор на перегиб. Если начнёт сыпаться - то значит и проводам некомфортно. Но пока всё пучком. следов износа нет.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Simplify3D - Скрытые возможности создания автонастроек (Auto-Configure for Material и Auto-Configure for Print Quality)

Курс лекций по 3D печати. Лекция 10. Моделирование (Окончание).

Дагестанские школы оснастят 3D-принтерами

Ремонт соковыжималки Tefal ELEA

Представляем ортопедические 3D-сканеры ScanPod3D

Обзор на ULTI by Tiger после 4 месяцев эксплуатации. . Эпизод II: IVILOL наносит ответный удар.