После нескольких месяцев печати на моем Prusa Mk3 (с планами получить второй в ближайшее время), я задумался о том, чтобы сделать мой третий принтер домашнего изготовления, который был бы более крупной печатной кроватью, чем Mk3. Одна вещь, которая меня интересует, прекрасно выражена в заглавном вопросе.
Есть ли практические причины не использовать шаговый двигатель с ходовым винтом для осей X и Y?
Я, конечно, доволен ремнями GT2, которые используются в моем текущем принтере, но мне интересно, может ли конструкция быть проще с ходовыми винтами на всех трех осях.
diy-3d-printer
lead-screw
Микель Ф
источник
источник
Ответы:
Я собираюсь ответить на это как кто-то, кто на самом деле переделал свой клон Prusa i3 fleabay, чтобы использовать ходовые винты для всех осей. Прежде чем углубляться в эту тему, проблему люфта можно легко решить с помощью подпружиненных латунных гаек, например, как работают шариковые винты. Это самая простая проблема для решения, так как есть много других проблем.
Короткая версия / tl; dr
Аппаратные средства не могут справиться с таким количеством микрошагов.
Перекрестные помехи и индуктивность двигателя ограничивают скорость и ускорение.
Качество печати страдает очень странными способами из-за (2).
Ходовые винты не предназначены для быстрого перемещения в течение продолжительных периодов времени и будут изнашиваться даже со смазкой.
Вам понадобятся дополнительные опорные поверхности, чтобы предотвратить сминание ваших двигателей и устранить люфт из-за гибких муфт.
Система становится намного более склонной к очень разрушительным режимам отказа.
Длинные объяснения
Первый
Вы заметите, что вы ограничены ужасно, ужасно медленным движением и ускорением. Мои винты 8 мм, с шагом 8 мм. Это означает, что для перемещения 8 мм требуется 200 шагов. Умножьте на 1/16-й микрошаг, и это 3200 микрошагов на 8 миллиметров пути. Умножьте на любую скорость, с которой вы пытаетесь печатать, затем на количество осей, которые вы используете, и вы обнаружите, что ваша плата RAMPS начинает заикаться при сложных движениях, если вы печатаете достаточно быстро.
второй
Вы быстро достигнете пределов индуктивности ваших двигателей. При «стандартных» уровнях мощности (таких, которые не поджаривают мои моторы NEMA17), даже после переключения на 24 В для всей установки самые быстрые, которые я мог вращать, составляли около 5 оборотов в секунду, что равняется 16 000 микроступенам в минуту. второй с винтами с шагом 8 мм. Для справки это означает, что при нулевой нагрузке самый быстрый мой шаг N17 с 8 мм составляет около 40 мм / с.
Вы в основном используете моторные катушки на несколько килогерц, что означает, что вы должны быть очень осторожны, чтобы ваши провода были разделены и экранированы для предотвращения перекрестных помех, в дополнение к тому факту, что при увеличении частоты вашего шага ваш шаговый крутящий момент резко снижается , Это не только ограничивает вес станины, которую двигатель способен толкать с заданной скоростью, но вам даже нужно больше беспокоиться об инерции мотора и станины, чем при использовании системы с ременным приводом. Таким образом, вместо рывка 30 мм / с с ускорением 200 мм / с 2 внезапно вы ограничиваетесь, скажем, рывком 5 мм / с и ускорением 40 мм / с 2 .
Как уже упоминалось, для достижения наилучших результатов вся система должна быть преобразована в 24 В, и не все платы настроены так, чтобы это было легко сделать. Моему дешевому клону RAMPS требовался только один удаленный диод, а все остальное было в порядке, но YMMV на этот счет.
Вы можете решить эту конкретную проблему, включив двигатели вниз, но в этот момент вы ввели новый источник люфта между зубьями зубчатого колеса или в системе ременного привода, и в некотором роде победили.
В третьих
Из-за этого эффекта вы сталкиваетесь с артефактами давления экструзии. По сути, пластик в сопле представляет собой жидкость, очень вязкую, которая проталкивается через небольшое отверстие. Давление жидкости будет несколько отставать от того, что, по мнению двигателя экструдера , происходит.
Конечный результат заключается в том, что во время ускорения линии, которые вы прокладываете, тоньше, чем они должны быть, и будут толще, чем они должны быть при замедлении, и вы будете получать странные «шарики» на каждом углу, когда вы приходите до остановки. Для меня с соплом 0,4 мм, шириной линии 0,8 мм и высотой слоя 0,2 мм эти артефакты фактически полностью нивелировали дополнительную точность, которую я получал с помощью плотно соединенного ходового винта с подпружиненными двойными гайками на нем. Детали оказались еще менее точными, чем раньше, с очень странными деформациями.
Есть настройки ARE, которые вы можете использовать в прошивке, чтобы попытаться бороться с этим конкретным эффектом, но процесс утомителен и требует много проб и ошибок, и перекомпиляция прошивки каждые 30 секунд раздражает, не говоря уже о том, что переменные зависят настройки ширины линии, скорости и ускорения, а также высоты слоя, поэтому вам придется перекомпилировать прошивку в любое время, когда вы захотите изменить качество печати. Супер, супер раздражает.
четвертый
Винты на самом деле не предназначены для этого. Постоянное движение вперед и назад изнашивает латунные гайки и даже стальную резьбу винтов с течением времени. Вы получите черный порошкообразный остаток на всем, что находится под винтом, что по оси X также обычно означает ваш отпечаток. Никто не хочет, чтобы стальной порошок испортил их адгезию.
В моем случае я использовал Superlube, силиконовую / PTFE смазку, чтобы предотвратить эту проблему, но это работает только тогда, когда у вас есть подпружиненные латунные гайки. В конце концов они выталкивают большую часть смазки. Кроме того, смазка имеет тенденцию захватывать и удерживать любой образующийся металлический порошок, ускоряя износ в областях, которые все еще смазываются.
пятый
Подшипники. Оказывается, двигатели имеют внутренние подшипники, которые обычно всасывают и не предназначены для тяжелых нагрузок в любом направлении. Я обнаружил это, когда мой двигатель N17 оси Y вышел из строя из-за неисправности подшипника, и распространил порошок по всем катушкам, некоторые из которых проталкивались через эмаль и замыкали провода.
Кроме того, из-за небольшого количества несоосности наспех двигатели превращаются в осколки, вы почти наверняка будете использовать гибкие муфты. Гибкие муфты обладают определенным пределом текучести к ним в осевом направлении и в первую очередь рассчитаны на сжатие и имеют тенденцию разрушаться при многократном растяжении.
Для оси Z это обычно не проблема, потому что вся система удерживается под действием силы тяжести, но по осям X и Y вы получите странные смещения даже на миллиметр или два каждый раз, когда каретка или кровать переключают направления. Таким образом, вы захотите убедиться, что двигатели не несут нагрузку сами по себе, а винт остается заблокированным относительно рамы, но все еще может вращаться.
Этого можно добиться, прикрепив кольцо к каждому концу ходового винта, который либо надавливает на упорный подшипник, либо ездит на обычном шариковом подшипнике. В идеале вы можете сделать и то и другое, но это превращается в дорогое предприятие с множеством скобок в нечетных местах, для которых у вас может не хватить места. В итоге я потерял около 20 мм пути в постели и решил эту проблему.
шестой
Вам нужно подумать о том, что происходит, когда компонент выходит из строя. Для меня это были мои концы. Первая ошибка была связана с проблемой перекрестных помех, о которой я упоминал выше. Сработали Y-образные упоры, со временем кровать начала перемещаться к передней части принтера, и в итоге принтер начал пытаться переместить кровать через переднюю часть рамы принтера.
Это было успешно.
Во второй раз это был просто механический сбой концевого выключателя. Перемещение ремня останавливается на шкиве. Ведущие винты доходят до конца винта, и, поскольку они имеют намного меньшую длину, чем ремни, возникает гораздо больший крутящий момент. Из-за этой проблемы я трижды разрушал каркас принтера и еще раз, когда изгибалась гибкая муфта оси Y. Это позволило двигателю легко вращать винт в одном направлении, но не в другом, что на этот раз заставило печатную платформу двигаться назад, а не вперед, снова дергая Y-двигатель через кронштейн и раму.
Вывод
Винты X / Y - не обязательно плохая идея, просто дорогой и утомительный в 3D-печати. Они намного лучше подходят для применений с низкой подачей, таких как станки с ЧПУ, механические граверы и тому подобное. Вы можете заметить, что даже в высокоточных приложениях, таких как лазерные принтеры, обычно используются каретки с ременной передачей, а не с винтовым приводом. Винты намного лучше подходят для высоконагруженных и низкоскоростных приложений, а принтеры, как правило, противоположны этому.
Если вы пытаетесь устранить люфт из-за того, что ремни недостаточно натянуты, как я, ответ - сделать принтер лучше. Я не мог затянуть ремни настолько, чтобы получить точные отпечатки до того, как двигатели начали выходить из строя, потому что у меня не было шкива со стороны двигателя, опирающегося на подшипник. Начните отсюда, буквально просто поддерживая с обеих сторон шкива на валу двигателя небольшой подшипник, прикрепленный к раме, чтобы снять радиальную нагрузку с двигателя. Если ваши ремни слишком сильно растягиваются, используйте стальной ремень GT2. Если ваша система в целом не работает, создайте более надежную систему. Мой текущий проект - Hypercube Evo, и я нашел поставщика, который производит стальной ремень GT2. Я собираюсь использовать это, чтобы максимизировать жесткость в системе ремней CoreXY. Каркас изготовлен из прессованного Т-образного паза 30х30 мм, с 12 мм стержнями оси Z и 10 мм стержнями оси X / Y. Большие, более дорогие компоненты, которые намного надежнее и изгибаются гораздо меньше, чем 8-миллиметровые стержни длиной 400 мм на моем дешевом принтере.
Надеюсь это поможет. (отредактировано, чтобы получить мою математику прямо на микрошагах)
источник
В дополнение к стоимости, проблема могла бы стать отрицательной реакцией , которая может наблюдаться на оси Z, где обычно используются резьбовые стержни и ходовые винты. Эластичность ремней GT2 обычно позволяет избежать этой проблемы для осей X и Y.
Было бы стоит прочитать ответ Тома к Преимуществу GT2 через стойку , которая в то время как вопрос был связан с зубчатым приводом и рычажной механизмы, будет также применяться к leadscrews, в частности:
источник
Стоимость будет основной причиной. Вы можете сконструировать систему с ременным приводом, которая будет одинаково точной, более быстрой и с более длинным ходом за меньшую стоимость.
Ведущие винты сравнительно дороги. Разница в стоимости резко увеличивается с увеличением длины и скорости с эквивалентной точностью.
Ведущие винты имеют существенное преимущество, заключающееся в том, что они способны выдерживать гораздо более тяжелую нагрузку, сохраняя при этом жесткость, что важно для чего-то вроде станка с ЧПУ, но не столь актуально для 3D-печати.
Это при условии, когда вы говорите:
Вы имели в виду, что вы все еще планируете использовать шаговые двигатели, но рассматриваете ходовой винт против ремней.
источник
Можно использовать ходовые винты; в частности 4 начальных ходовых винта. Единственным недостатком является то, что вы должны быть осторожны с теплом.
Давайте разберемся с проблемами
Стоимость. Да, это стоит больше, чем ремни, и будет работать дольше на более высоких скоростях, тогда как ремень может растягиваться. Если стоимость является фактором, то придерживайтесь поясов.
Скорость. Многостартовые винты имеют меньший шаг, чем одиночные. В результате у вас меньше разворота. Это может привести их на части с помощью ремней. Драйверы, которые вы используете, определят, как быстро вы сможете вращать свой шаговый двигатель. Драйверы режима напряжения, которые используются в 3d-принтерах, хороши при высоком крутящем моменте на низкой скорости (менее 1000 об / мин). Драйверы текущего режима лучше при высоких оборотах (например, powerStep01 от STMicro)
Высокая температура. Когда ведущий винт нагревается, металл расширяется. Когда металл расширяется, ваша точность позиционирования исчезает. Лучше всего использовать металл с низким коэффициентом теплового расширения , однако он может стоить дороже.
Просто заменив драйверы, вы сможете увеличить скорость, не прибегая к более тяжелому многопусковому ходовому винту. Повышение напряжения также поможет, однако вам понадобится драйвер, который позволит вам изменять ток удержания, в противном случае двигатель нагревается и горит, когда он не двигается.
источник