Чем стоит заняться этим летом. Идея №1'Температура Хотэнда'

Первые вопросы, которые у меня появились при знакомстве с 3D-печатью были о недостатках, которые мне вполне показались решаемыми. Это и траектория движения сопла, четко следующая форме модели, и температура плавления пластика, и много еще вопросов, которые просто не терпится решить...

И вот настал момент прозрения: один из вопросов нашел ответ.

Вот стандартная схема управления температурой хотэнда:Какие проблемы в ней есть:

- значительная инертность обратной связи;

- необходимость установки температуры вручную;

- неточность измерений температуры;

- отсутствие контроля 'от дурака';

- отсутствие обратной связи с движением прутка...

Для любого пластика должна существовать идеальная температура плавления (обозначим X), при которой:

- пластик легко выдавливается через экструдер;

- хорошо склеивается с предыдущими слоями;

- не растекается;

- не горит и т.п...

В первую очередь проблема с температурой плавления пластика ниже X. На что это влияет? Все варианты с качеством получаемой модели отбросим. Меня интересует проблема выдавливания пластика из сопла экструдера. Нагрузка (M) на экструдер растет. Если температура выше X - нагрузка на экструдер уменьшается, пока пластик не начнет гореть и заклинит в канале хотэнда.И вот почему бы не поддерживать температуру, дополнительно контролируя нагрузку на приводе экструдера?

Учитывая небольшую разницу в вязкости расплава пластика одного типа, при которой происходит оптимальная экструзия, можно экспериментально найти этот узкий диапазон для каждого типа пластика.

Вобщем, нужен датчик, снимающий показания с привода экструдера. Можно использовать различные схемы.

Например, установить планетарный редуктор (кои часто используются в экструдерах) и внешнее колесо закрепить не жестко, а дать возможность поворачиваться на небольшой угол, подпружинив его.И показания угла поворота этого колеса снимать обычным потенциометром.

Для того чтобы не переписывать всю Мэрлинскую прошивку лучше воспользоваться дополнительной платой Arduino.

Вот такая схема получилась у меня:Эта плата берет на себя функцию нагрева хотэнда и отслеживания крутящего момента на внешнем колесе планетарной передачи. Конечно потенциометр можно подключить иначе, но суть останется такой же.

Два цифровых канала, связывающие обе платы служат для подстраховки. Один для подачи сигнала на дополнительную плату предварительного нагрева хотэнда, когда пруток не подается экструдером. Второй для сигнализации зафиксированного застревания прутка, по возникновении которого должен включиться ретракт филамента.

Первый из них в процессе печати может быть не задействован, т.к. по показаниям потенциометра можно вычислить когда происходит экструзия и когда следует отключить нагрев (остановка, ретракт).Собственно, показания датчика температуры можно использовать для проверки полученных значений нагрузки привода филамента.

Какие возникают препятствия при использовании такой схемы?

1. Для всех типов пластика значения могут отличаться. Но если использовать определенные типы пластика, с предсказуемыми значениями, то все не так уж плохо.

2. Инертность нагревательного элемента. Его конструкцию надо менять. Есть статья на хабре, в которой автор установил нагревательный элемент прямо на сопло экструдера - вполне подходящий вариант. Но есть и другие способы более точного и быстрого плавления филамента.

3. Многие мэйкеры не согласятся отказаться от экстремально низких и высоких температур. Но если вы догадались - речь идет о принтере для домашнего использования. И простому потребителю глубоко наплевать на то что он получит не самую быструю печать, если речь зайдет о ковырянии в тонкостях технологии.

4. Застревание прутка перед экструдером. Данный процесс может происходить в течении любого интервала времени. Для того чтобы его не спутать с усилием, прикладываемом в канале хотэнда можно установить еще один датчик, контролирующий натяжение нити перед экструдером.

5. Застревание прутка по причине увеличенного диаметра. Такое событие можно фиксировать резким увеличением нагрузки на приводе филамента. Соответственно, поставить печать на паузу, включить ретракт и попросить пользователя заменить пруток надписью на дисплее.

Сразу всех проблем не увидеть - пишите дополнения или критику в коментах.

P.S.: График построен не по экспериментальным данным. ;)