Мосфет мне в принтер или как я делал pid-регулировку для стола

Подписаться на 3Dtoday
iSnail
Идет загрузка
Загрузка
18.03.19
3913
35
Техничка
36
Доброго времени суток, обитатели и гости сего портала. Опять я к вам со своими экспериментами. На этот раз я предлагаю к рассмотрению небольшой опять долгий и нудный фотоотчёт по сборке своего внешнего мосфетного модуля для нагревательного стола 3D-принтера. Аж с двумя транзисторами, оптической развязкой, красиво мигающим светодиодом активности и несколькими местами для подключения нагрузки.

В общем, для начала небольшой экскурс в ситуацию, для которой всё это я затеял. Есть у меня ¾ от 3D-принтера. Я его делаю уже очень давно, но неторопливо и старательно. Столь же старательно я пытаюсь наступить на все возможные и невозможные грабли принтеростроения, так как больше меня в жизни уже ничего не радует, да и только так можно чему-то научиться. У этого принтера с недавних пор есть нагревательный стол. Он самодельный, и об этом я даже писал отдельную статейку, срач в которой в течение 4 дней загаживал мне почтовый ящик уведомлениями о комментариях и заставлял меня нервно хихикать. Данный стол после написания статьи довольно благополучно был имплантирован в принтер в том же виде, в котором и был описан в статье, включая то же самое реле от Тойоты. Я даже смоделировал и распечатал просто прекрасное крепление-защёлку для этого реле и был готов мочиться кипятком от счастья, когда это всё завелось.
3e5543c1da28b26379c15f5e5d8db038.jpg
Распечатанное крепление реле я не сфотографировал, оно провисело на раме два дня, и вместе с самими реле было удалено.

Когда я запустил первую печать на принтере, вылез целый скоп проблем:
Первая с нынешней статьёй не связана напрямую, но имеет большое влияние. Вентилятор блока питания снизу дует прямо на стол, и последний от этого с большим удивлением едва держит градусов 90, да и то под настроение уходя в «температуру убегания». Сверху на стол дует постоянный обдув хотэнда (в целях экономии места у меня один вентилятор и на обдув радиатора и на обдув модели — как результат постоянный поток холодного воздуха вниз). С этой проблемой я ещё разберусь, хотя что делать с переохлаждением печатаемой модели, это вопрос открытый.
Вторая же проблема — как раз более по теме. Это скачки температуры. Причём, благодаря сильному обдуву модели, она очень быстро остывает, когда выключается стол, и как результат — по Z идут явные волны и модель трескается (блин, я раньше об этом только читал в ФАКах по решению проблем печати, а тут 1-3 трещины на распечатку).
Третья проблема — не такая уж и страшная проблема, конечно, но реле, зараза, грелось. Нет, конечно, не обжигающе, а так — просто тёпленькое на ощупь, да и оно исправно щёлкало и прекрасно работало, но мне всё равно было его жалко.

Всё это вместе даёт ужасную вертикальную волну по всем стенкам, что для меня вообще неприемлемо. Так как Z-вобблинг конструктивно исключён (ну, ладно, это на 100% невозможно, но принтер маленький, а Z-консоль большая и жёсткость выходит такая, что он максимум мог бы быть едва заметен, а не бросаться в глаза), остаётся только нагрев стола. Об этом я тоже читал на 3D today пару раз, хотя сам и не сталкивался ни разу до сего момента. Для проверки я в середине печати просто выключил нагрев и чудо таки случилось — стенки стали ровнее, только всё загнулось по углам. Значит, будем из «банг-банг» делать «пид»!

Реализация.

Итак, учитывая, что почта России уже месяца 2 или 3 не может мне доставить заказы с Али, то заказывать там твердотельное реле или модуль мосфета я точно не решусь. В магазинах (да ещё и в воскресенье) я ничего не нашёл через интернет, а уж вылезать из дома на рынок за такой, казалось бы, элементарной вещью, я тоже счёл нецелесообразным сжиганием бензина и своего драгоценнейшего времени.

Поискав немного информацию во Всемирной Паутине, нашёл схему выносного мосфета, которую я после примерно 2 или 4 секунд раздумий счёл простой к повторению и уже начал нервно ходить по кухне, проклиная себя, что выкинул нужную плату от старого блока питания от японского факса (я не помню, зачем я это сделал, но сам факт отлично помню), и размышлял, откуда же мне теперь выдёргивать транзисторы.
В итоге разобрал на запчасти старый бесперебойник (всё равно надо аккумулятор от него в переработку сдавать), откуда выпаял себе несколько оптронов и полевых транзисторов вместе с радиаторами и парой других деталек на другие цели.
1d5b5cfef2bfd545cc3c9fc77f1ea677.jpg
Любой более-мене мощный источник питания — хороший источник мосфетов и оптронов.

Уже прикидывая, подойдёт мне мой улов на реализацию задумки или нет, я обратил внимание на многообещающий комментарий автора о том, что эту схему лучше не собирать, так как он её не тестировал, да и вообще всё это проделки шпионов. Однако, в комментариях ниже была приведена другая схема, которую я уже счёл адекватной, перерисовал на листочек как курица лапой и начал сопоставлять то, что есть у меня и то, что нужно иметь по-хорошему. Схему я решил взять в неизменном виде, несмотря на то, что можно было бы прекрасно обойтись без интегрального стабилизатора (заменив, например, гасящим резистором, да и вообще я не до конца понимаю его цель здесь) и даже без оптической развязки (у меня всё равно один блок питания, и нет смысла его развязывать от него же самого). Тем не менее, мне было интересно спаять что-нибудь посложнее, чем 4 провода, которые подключали реле к столу, да и магию оптической развязки надо было ощутить самому. По сути, отличий между схемами-то и не оказалось, но я всё равно взялся за вторую.
43a6a718eb275f1fe80228466ac13b25.png
В таком виде схема была представлена в комментарии. В принципе, её можно сразу собирать и всё работает.

В использованной мной плате было три хороших транзистора IRF2807 с просто прекрасными радиаторами (сдвоенными и строенными с винтовым креплением на плату), а также россыпь оптронов Cosmo 1010 (817). Транзисторы N-канальные, вполне подходящие по току даже по штуке, но на всякий случай я взял два разом впараллель (а чего на радиаторе место терять), хотя боялся, будут ли они нормально в паре работать (например, стабилизаторы это дело не любят и один перетягивает одеяло на себя), но вроде всё ок, да и в бесперебойнике они параллельны были. В остальных характеристиках я не разбираюсь (ну, не понимаю я электронику), но всё похоже на те, что должны быть в схеме. А вот оптопары по характеристикам практически идентичны желанным. С той же платы я взял один обычный выпрямительный диод (ума не хватает понять, зачем он, но пусть будет) и «торчащие» вверх клеммы, выудил из запасов три резистора по 1 кОм, светодиод, стабилизатор 7805 и пару клеммников.
b44fe2e3e2a12261ada13e62f09d172e.jpg
Выносной мосфет: стартовый комплект.
17777de79c6359a7d3660dafc39825ec.jpg
Нарезка крепления вывода на стол.

Сборку я производил на обычной китайской макетке, просверлив два отверстия под крепление радиатора. В самом радиаторе я просверлил отверстие 3,8 мм (это было ближайшее к резьбовому сверло) и нарезал резьбу М4. Затем расставил клеммники, клеммы и начал «от балды» по-старинке собирать без какой-то разводки, доверяясь своей (сомнительной) интуиции. Силовые линии проводились куском какой-то медной проволоки, скрученной с ферритового трансформатора и ободранной от лака. Собственно, фото сборки делать смысла никакого я не увидел, так что таймлапса, как деталька за деталькой появляются на плате, не будет, увы.
351fc94f15ada486dfc901d8f35c00e8.jpg
После быстрой проверки, что диод смотрит в нужную сторону, и отмывания от канифоли, плата готова к первой проверке. «Презерватив» на стабилизаторе для защиты от кривых рук — ибо, если его случайно загнуть и прислонить к радиатору, то может случиться что-то нехорошее. А может, и не случиться, но лучше перестраховаться. Чёрные следы - размазанный от спирта маркер, где я помечал себе минус.

Я, хоть и делал плату под конкретную задачу, и немного не разбираясь в ней, но всё же в неё была заложена пара интересных вещей. Про оптическую развязку я уже писал — этот модуль можно будет потом использовать для коммутации не только 12 вольт, но и, к примеру, 24 (управляющее напряжение должно быть 12, но это решаемо довольно быстро). А вот про то, что у меня предусмотрено три варианта подключения нагрузки, я напишу. Если точнее, то слабую нагрузку можно вешать на клеммник справа (у светодиода), умеренную нагрузку можно вешать на правые две торчащие из платы клеммы — туда уже подведена толстая проволока, и ток выдержит в разы больший. А для совсем хороших токов предусмотрено крепление выходного провода (минус) напрямую на радиатор (а плюс — уже логично кидать на блок питания), так как у используемых транзисторов корпус соединён с истоком. Думаю, не стоит и говорить, что я для себя использовал именно последний вариант, хотя и проверил остальные на всякий случай.
560e71142c92dd418410e37884b99f6d.jpg
Проверял я вначале работу на малой нагрузке от слабого блока питания. От греха подальше.

Первый запуск начался с фальстарта. Я забыл к маломощному клеммнику припаять проводник, и ничего не работало. Я даже успел загрустить, пока не увидел свою ошибку, и оживившись припаял кусочек проволоки, и повторил запуск.

Запуск версии 1.1 был абсолютно успешен — подача 12 вольт на вход заставляла загораться светодиод индикации и успешно включать нагрузку в виде половины бобины светодиодной ленты.

После я хирургически извлёк реле из принтера, на весу подключил свою новую самоделку и с дрожащими руками нажал в Repetier’е кнопку включения нагрева стола. На удивление ничего не щёлкнуло, не хрустнуло, не задымилось, только сильнее завыл блок питания от возросшей нагрузки, а стол пошёл бодро (но всё ещё борясь с обдувом) набирать температуру. Это был успех, да. Через пару минут тестов я потрогал радиатор — тёплый, но не более. Когда стол догрелся до заданной температуры, он включался и выключался (видно по светодиоду) в режиме bang-bang как обычно, только без щелчков реле.

Настал черёд включения PID-режима для стола. Раскомментируем #define PIDTEMPBED, заливаем прошивку, и вбиваем в терминал команду «M303 E-1 C8 S95».
ebc429696e208be55839083e9386faeb.jpg
Такие значения мне выдал принтер через минут 8 самонастройки

Сразу после я включил нагрев для проверки — температура стоит ровно.
5cd9011321818cb932ff3dd60f6dd9b0.jpg
Стабильность.

Собственно, сразу же отправился в печать тестовый кубик. После печати (минут 15) радиатор тёплый, но руку держать очень даже комфортно. На ощупь температура такая же, как и при холостом прогреве в первый раз.
9c8e49db9711fd16c15cfedd4786876e.jpg
Всю дорогу, пока печатался кубик, всё окей. Стабильность, да! Стол держится даже стабильнее экструдера, судя по графику.

Ну, собственно, температура держится как вкопанная, колеблясь там себе на какие-то доли градуса. Моя цель главная цель достигнута!
06d3ac33d5239eb674de40dc7246829a.jpg
Разница в печати кубика очень заметна. Слева До, справа После (настройки одинаковые).

Куда же без демонстрации? Да, кубик «после» тоже неидеален (но принтер-то ещё не закончен), но он уже лишён напрочь этой дурацкой равномерной полосатости, которая подобно годовым кольцам деревьев, отражала в себе все переключения реле питания стола.
cbead7fa707d0ef3ef7b5a902a48e347.jpg
Тестирование при подключении к принтеру на весу.
1a1176ef6347046979a58ab3741bcdb3.gif
Если я правильно вставил изображение, оно должно мигать PID-ом.

И чего я достиг? Ну, собственно, затратив абсолютно ноль рублей (ну, затраты на питание паяльника, расход припоя и прочее я бы приравнял к стоимости бензина на поездку в магазин или к тратам времени на поход на почту за заказами с Китая, так что это неизбежные сопутствующие траты), я получил универсальный мощный мосфетный модуль для стола, да ещё и немного экспы в категории «электроника». Не знаю, конечно, сколько моя поделка проживёт в режиме суровой повседневной эксплуатации и полностью ли открываются транзисторы, но пока я доволен аки слон. К сожалению (или надо говорить «к счастью»?) ничего не задымилось и не взорвалось, как у меня обычно случается. Это всё-таки добавляет ложку дёгтя к моей радости — у меня уже много лет ничего сложнее пайки двух проводов не работало с первого раза, порой дымясь, сгорая или даже взрываясь.
PREVIEW
Плата после обрезания
e7f2fa954cebe5a7cb83633835d0482f.jpg
Не очень красиво, но работает пока нормально.

Пока стол не грелся ещё на полную катушку (только до 90-95°), но у меня нет оснований полагать, что 110-120° вызовут какие-то проблемы, но время покажет.

А вот чего мне ещё только предстоит сделать, так это корпус для этого безобразия, ибо торчащий наружу мощный минус на радиаторе и питания на клеммах есть опасно. Чем реле было хорошо, так это изоляцией всего и вся, — сделал «клипсу», привинтил на профиль и забыл. С сегодняшней игрушкой нужно делать полноценный корпус из двух частей, крепежом, вентиляционными отверстиями и местами для ввода и вывода проводки. Думаю, что-нибудь да придумаю. Утеплю стол и буду дальше тестить.

Ну, на этом (к счастью читателя) наконец-то всё. Время откланяться и пойти обратно к себе в нору – экспериментировать. До новых встреч в записках сумасшедшего и всего хорошего всем осилившим!

P.S.: Я не знаю, понравится ли кому мои труды по нажиманию букв на клавиатуре и то, насколько завален горизонт на фотографиях, или же это вызовет внутреннее негодование у профессионалов, я всё же попрошу не обсуждать то, насколько я прав или не прав. Мне полторы сотни уведомлений о непонятных комментариях с темы про самодельный стол ещё долго в кошмарах сниться будут. Достаточно проговорить всё мысленно про себя и, если будет желание, нажать палец, смотрящий вверх или вниз.
Подписаться на 3Dtoday
36
Комментарии к статье

Комментарии

18.03.19 в 18:21
3
С той же платы я взял один обычный выпрямительный диод (ума не хватает понять, зачем он, но пусть будет)
Провода к столу и сам стол имеют индуктивность. При размыкании ключа, на его "выходе" (сток) появляется "выброс" напряжения, которое может сильно превышать максимальное допустимое напряжение транзистора между выводами сток-исток. Диод, в данном случае, открывается, когда напряжение поднимается выше напряжения питания и превышение напряжения на стоке не происходит. Можно проверить, есть ли эти выбросы и подходит ли диод для данного применения - померить температуру диода. Если он тёплый - всё хорошо, если сильно горячий - лучше подобрать другой диод, либо дополнительно бороться с выбросами другими способами.
18.03.19 в 18:23
1
LM7805 в данном случае лишняя. Уберите ее и радиатор будет почти холодный. Но это справедливо при питании нагрузки 12 вольт.
18.03.19 в 18:44
0
я и сам не сомневаюсь в его ненужности, но жажду подробностей, почему же так.
19.03.19 в 12:53
0
Потому что по даташиту Gate-to-Source Voltage 20В, а у вас максимум 12В.
18.03.19 в 19:08
3
От пяти вольт транзистор полностью не открывается.
18.03.19 в 19:18
2
так, мы уже ближе к истине. и до этого я тоже догадался. но когда я пытался изучать принцип работы полевых транзисторов, у меня пухло содержимое черепной коробки. а вот что оставить - кусок провода или резистор (и какого номинала) - вопрос всё ещё открытый.
18.03.19 в 19:27
2
Резистор ом на двадцать.
18.03.19 в 19:31
1
вот теперь благодарю за мысль. наверное, даже попробую, как руки дойдут. собственно, резистор там будет точно уместнее.
18.03.19 в 19:10
1
На какой максимальный ток рассчитано данное изделие при питании стола 12 вольтами?
18.03.19 в 19:17
4
без понятия. принцип дурака: если сгорит, значит перебор. не сгорит, значит пойдёт
19.03.19 в 12:24
0
IRF2807 - 75A исходя из даташита. 13мОм сток исток. +потери на соединительных проводах
18.03.19 в 21:27
1
Какой версией прошивки пользуетесь? У меня на 1.1.9 запустить не получилось
18.03.19 в 21:48
1
ну... как-бы 1.1.9 у меня :)
23.03.19 в 19:42
0
Можете скинуть мне вашу прошивку?
23.03.19 в 19:51
0
думаю, в этом нет смысла. чтобы работала пид-регулировка, нужно изменит ровно два печатных знака комментария перед строкой включения в исходном коде марлина с официального гитхаба. в моей прошивке изменены шаги на мм, скорости и раскомментирована кинематика corexy, но никаких модификаций нет - всё это только настройки.
24.03.19 в 13:54
0
Желательно еще калибровку сделать
18.03.19 в 21:58
2
Обновление: по совету tipoya чуть выше (а я надеялся, что мне кто-нибудь скажет что-то похожее, и это случилось) я таки вырезал стабилизатор, заменив на резистор. Мне нужен был номинал хотя бы примерно, из похожего нашлось 24 Ома. Собственно, стол легче почему-то набрал 110° и держал их стабильно (да, ура, ура), а также радиатор стал едва-едва тёплый (но сразу при включении).

Ждём дальнейших советов. Если не будет, оставляем как есть и радуемся.

9c517de799643575a3eaa0eb3d2b11be.jpg

e16e656caf267014998753e8439ddd54.png
21.03.19 в 15:02
0
Ждём дальнейших советов.
Из дальнейших советов: я так понимаю, на вход схемы подается 12В с еще одного мосфета (который на рампсе)? Попробуй на оптрон подать 5В. Если все заработает (а я думаю, что да) - можно подключить стол на свободный пин платы (например, взять его в блоке servos или aux) и освободить тем самым встроенный мосфет для каких то более благих целей, например управлением обдувом или миганием светодиодной лентой ;) Само собой, придется настроить этот пин в прошивке как нагреватель стола.
18.03.19 в 22:44
1
Благодарю!
19.03.19 в 08:04
0
После столов 12в с питанием непосредственно от платы принтера, 24в с отдельным БП на стол и питанием через подобный мосфет, пришел к силиконовой грелке на 220в через копеечное оптореле и счастлив.
19.03.19 в 11:00
1
лепил себе подобный девайс, ну добавил мелкие транзисторы на ускорение заряда/разряды, вообщем без радиатора транзистор силовой еле тёплый. Так что или радиатор лишний или схему чуть допилить желательно
ЗЫ ну и да свё говорит о том что 220 силикон наше всё - решает сразу много проблем, и скорость прогрева и максимальгную температуру
19.03.19 в 13:42
2
Не думал, что подогрев так влияет на качество печати. Пошел искать транзисторы :)
25.03.19 в 15:51
1
По словам автора, влиял не подогрев стола,
а ток, который он на себя забирал - то ничего, то много. И просадка напряжения питания под этой нагрузкой.

Просадка, кстати, никуда не делась, как я понимаю. Только стала более постоянной и равномерной.
25.03.19 в 19:29
0
Позволю себе авторское уточнение. Ток, конечно, я учитываю, но блок питания на 21 ампер и дёргать какие-то 6 ампер (это если стол 2 Ома) ему не так уж и страшно должно быть.
У меня у принтера есть конструктивная особенность - постоянный и неотключаемый обдув модели, как результат при включении нагрева модель нагревалась, а при отключении мгновенно остывала. Следствием имеем неравномерное расширение и сжатие при остывании, а также разную спекаемость (от разницы температур модели и хотэнда зависит напрямую) слоёв и прочие неприятные последствия. Однако, ток я тоже не сбрасывал со счетов, но у меня нет фактов или догадок на эту тему.
25.03.19 в 22:21
1
Автору, конечно, виднее.
Но у вас на модели слоев так 40. И разогрев стола вызывал мгновенный разогрев 30-го, а потом и 40-го (!) слоя? Какие же у вас были отклонения температуры стола, чтобы получить такую елочку?!

Печатаю с постоянным обдувом 100% со второго слоя (то есть обдув тоже можно считать постоянным и не отключаемым). А регулирование стола работает в режиме bang-bang с точностью 2 градуса (плюс-минус 1). Раньше ставил точность 4 градуса. Стенка - хоть линейки для чертежников печатай.

Я скорее поверю в то, что у Вас земли разведены жутко не по феншую, и тот ток в 6А вызывал колебания потенциала на входе измерения температуры.
Если мощность блока питания достаточная - очень советую пристально посмотреть на раздачу питания и земли.
26.03.19 в 08:47
0
ну, всё это - моё мнение. я, честно говоря, вообще изначально был в ступоре, увидев эти полосы. я даже не сразу вспомнил, что где-то когда-то читал, что кто-то сталкивался с той же проблемой, и виной тогда был стол.
другое дело, что виной всему действительно может быть блок питания. в отличие от моего прошлого (казалось бы, таких же размеров и параметров), у этого поведение явно немного другое, хотя провода разводила та же пара рук под управлением той же головы, что и при сборке прошлого принтера.
в сухом остатке - я не спорю, и даже более того, нахожусь в неведении о причинах проблемы, и возможно всё.
19.03.19 в 14:05
3
Очень хорошо написано, и грамотно - читается легко. И материал интересный. Все бы так писали )
Выражаясь терминами тытрубы - лайк + подписка ;)
19.03.19 в 16:20
0
Проверил нагрев своего стола, во время печати максимум +/- 2 градуса, стоит реле. Стоит ли ставить мосфет?
19.03.19 в 16:56
1
ИМХО: если всё устраивает - и качество печати и щелчки реле, - то едва ли стоит заморачиваться. у меня полосы по модели шли, от которых иначе не избавиться было.
23.03.19 в 13:15
0
Да, это от нагрева стола,у меня тоже самое. Бился с полосами на детали, думал воблинг. Ремни перетягивал, люфты убирал, ускорения менял, конденсатор на термистор ставил, по питанию ставил конденсатор от помех. Стоило при печати очередного кубика отключить стол , так стеночки оказались ровные. Однозначно буду ставить . Плата MKS Gen L. Благодарю!
25.03.19 в 10:45
0
Покажите как у вас устроен стол. Какие отклонения температуры? Просто у меня разброс температур +/- 2 градуса, полосы есть, сомневаюсь что подогрев виноват, у меня наверное из-за шпильки М8, хоть там и стоит антивоблинг. Кстати полосы не на всех деталях, распечатал кубик как ТС, всё ок, а на других сложным моделях полосы есть.
25.03.19 в 20:03
0
У меня стоит трапеция. Температура гуляет в пределах градуса .
a5190749fc2520164fca0e3f1eb8f4c4.jpg

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Применение полимерной глины в 3D печатных изделиях. Краткости пост.

Строим лазерный гравер 20х30 см на валах 10 мм, с лазерным модулем 2,5 ватта

3DMALL: Все для 3D-печати и 3D-сканирования

Немного в поддержку одного start-up'а. Пост не рекламы, но рекомендую обратить внимание.

Обзор оборудования: портативный 3D-сканер Scantech PRINCE 775

IVI 3D предлагает сверхточный настольный FDM 3D-принтер