Скорость, температура и перевод RAMPS 1.5 на 24В

Обычно, после того, как собственноручно собрал и настроил принтер, кажется, что он работает идеально. Постепенно проходит эйфория, и начинаешь замечать недостатки и вот уже руки чешутся что-нибудь переделать.

В моем случае не устраивала всем известная "волна" на стенках детали и скорость печати.

После изучения материалов, опыта конструирования, и некоторых расчетов, стало понятно, что с волной борются либо бесконечным повышением жесткости конструкции и кинематики, либо программно, либо снижением скорсти печати. Перовое нереально в силу того, что люфты все равно никуда не денутся, ремень, каким бы жестким он ни был, все равно "играет", шаговые двигатели, каким бы хорошими они ни были, все равно резонируют и т. д. Где-то был предложен способ программной компенсации этих самых паразитных колебаний, но где брать мат. модель и как ее калибровать не ясно. Скорость снижать уже некуда. Поэтому остановился еще на одном способе: амортизация вместо жесткости. Вроде бы как до приемлемого качества эту волну можно снизить. Но об этом позже. 

На скорость печати, как стало понятным, максимальное влияние оказывают два фактора: производительность экструдера и квазистатический синхронизирующий момент шагового двигателя. Последний у ШД с повышением скорости падает.

Узкое место у экструдера это производительность подогревающего блока. Экструдер должен быть способен в широком диапазоне скоростей разогревать пластик до нужной температуры. Дело в том, что мы, как правило, измеряем температуру блока, а не температуру пластика. И если расход филамента высок, он просто не успевает разогреваться. Чтобы успевал, мы повышаем температуру хотенда. Вроде бы все ок, но при снижении скорости пластик перегревается и течет. В общем, куда ни кинь, всюду клин. Самый простой способ с этим бороться - увеличить время разогрева пластика таким образом, чтобы он в любом случае смог достичь нужной температуры к моменту выхода из сопла. По этому пути пошли разработчики volcano, и я решил применить этот тип экструдера как самый доступный и недорогой из имеющихся способов.

А вот с ШД все интересней. У электродвигателя, как у дюбой электрической машины с обмотками, в процессе работы вырабатывается противоЭДС. При увеличении скорости и нагрузки она способна достигать величин, сравнимых с напряжением питания драйверов. Последний факт делает невозможным достичь даже паспортных значений моментов при низком напряжении питания.

Расчеты показали, что для увеличения скорости перемещений в 1,5 раза ну никак не обойтись без повышения напряжения питания драйверов ШД до 24В.

Дальше начинается как обычно: RAMPS 1,5, с принципе способна обеспечить 24В. Но у Ардуины стоит стабилизатор AM1117, который работает только до 20В. Подать на Ардуину можно и 5В отдельно, но для этого нужен второй блок питания. Можно заменить у Ардуины стабилизатор. Но его нужно охлаждать, и посадочное место другое. Можно поставить промежуточный преобразователь. Можно...

Перебрав с десяток вариантов, остановился таки на промежуточном импульсном DC-DC преобразователе, который решил включить вместо защитного диода VD1. настроить DC-DC можно на любое напряжение питания от 7 до 20В. Решил оставить 12, как и было. 

Собственно, переделка. 

У платы RAMPS заменил клеммники линий D8-D10 на разъемные. В результате между контактами драйверов и клеммниками вошел радиатор шириной 16мм. Приклеил его теплопроводящим клеем.

На него же через прокладку установил стабилизатор.

Подключил. Запустил.

Типа, работает. Но при этом в процессе пробной печати выяснилось, что из-за сильных помех происходит ложное срабатывание концевика X, в результате чего вся печать съезжает.

Танцы с бубном завершились заменой драйвера A4988, который у меня стоял на приводе экструдера, на TMC2208. 

Тестовая печать показала интересные результаты. Практически исчезла волна со стенок, если печатать на прежней скорости. И появилась вновь, когда скорость увеличилась на 150%. Похоже, что волну таки в большей степени  формируют приводы, а не кинематика.

Поскольку volcano длинней E3D миллиметров на десять, пришлось перепечатать воздуховоды охлаждения детали.

Поэтому эксперименты с амортизаторами будут чуть позже.

Кстати, о volcano. Температуру печати пришлось понизить на 5-10 градусов. Видимо, сказывается эффект, о котором я упоминал в начале своего потока мысли. Мы измеряем не температуру пластика, а температуру нагревателя. И мы не знаем, успел ли филамент прогреться до этой температуры прежде, чем вышел из сопла. Возможно, помогут простые расчеты.