Шаговые моторы для 3д принтера

С появлением 3D-принтеров жизнь людей стала значительно проще. Устройства успешно используют во многих сферах — стоматологии, промышленности, ювелирном деле и медицине. Сейчас 3D-принтер — не предмет роскоши, а вполне доступная по стоимости конструкция. Но все же есть те, кто решается на самостоятельное изготовление печатающих станков. Далее поговорим о том, как выбрать шаговый двигатель для будущего 3D-принтера и какие особенности при этом стоит учесть.

Видео:Как выбрать шаговый двигатель? Принцип работы, разновидности.Скачать

Двигатель на 3D-принтере

В конструкции 3D-принтера основную функцию за движение экструдера по осям выполняют шаговые двигатели. Они имеют незначительный вес и большой крутящий момент.

Шаговый электродвигатель — это двигатель, не имеющий коллектора, у которого вращение производится не плавно, а дискретно (шагами). Задавая скорость и длительность импульсов, можно заставить устройство вращаться в определенном направлении. При этом есть возможность регулировать направление вращения и количество оборотов ротора.

Если говорить о конструкции подобных устройств, то выделяют три основных вида:

• Двигатели с переменным магнитным сопротивлением — имеют несколько полюсов на статоре и ротор, изготовленный из мягкого материала, и 3 независимые друг от друга обмотки. Этот вид практически не используется.
• Двигатели с постоянным магнитным сопротивлением — в комплектацию входит статор и намагниченный ротор. Такие двигатели имеют от 24 до 48 шагов на один оборот.
• Устройства, сочетающие переменное и постоянное магнитное сопротивление (гибриды) — сочетание лучших свойств переменного и постоянного вращающего двигателя. Число шагов составляет от 100 до 400.

Гибридный двигатель — наиболее часто встречающаяся конструкция, которая, в свою очередь, делится на униполярный и биполярный тип.

Видео:Nema 17. Шаговые моторы для 3д принтера.Скачать

Какие шаговые двигатели выбрать для 3D-принтера: лучшие варианты

При покупке вращающего устройства для 3D-принтера стоит обратить внимание на следующие параметры:

• размер вращающей конструкции;
• момент удержания — от 2,5–4 кг/см;
• номинальный ток — оптимальная версия на 1,7 А;
• вал — диаметр должен соответствовать конструктивным параметрам принтера.

Самые распространенные двигатели, которые устанавливают на конструкцию печатного устройства — биполярный с четырьмя выводами. Такие конструкции в случае поломки легко найти и заменить.

В 3D-принтерах устанавливаются вращающие моторы с маркировкой NEMA.

NEMA — Национальная ассоциация производителей электрооборудования, которая стандартизировала вращающие устройства по таким параметрам, как размер фланца и посадочные параметры. Такой стандарт позволяет разным производителям выпускать двигатели по определенным параметрам в зависимости от маркировки.

Самые востребованные модели в серии NEMA:

• NEMA 17 с фланцем 42 * 42 мм;
• NEMA 23 с фланцем 57 * 57 мм;
• NEMA 34 размером 86 * 86 мм.

Видео:Тихие Шаговые Двигатели для 3Д Принтера | Установка и ТестыСкачать

Драйверы шаговых двигателей для 3D-принтера

Для управления двигателями в 3D-устройствах были разработаны драйверы, устанавливаемые в гнездо платы.

Драйверы бывают несколько типов:

• Постоянного напряжения — такие драйверы неэффективны и используются в изделии с малыми скоростями.
• Двухуровневые — подобные контроллеры поддерживают шаговые и полушаговые режимы. Они снижают нагрев двигателя и эффективны в работе.
• Драйверы с ШИМ — самые популярные, которые можно встретить на рынке. Они высокоинтеллектуальные и имеют множество дополнительных функций.

Также при выборе драйвера стоит обращать на следующие параметры:

• сила тока;
• напряжение питания;
• наличие опторазвязанных входов;
• наличие механизмов подавления резонанса;
• наличие протоколов, необходимых для работы двигателя;
• защита от скачков напряжения;
• микрошаговый режим;
• качество драйвера.

Собрать качественный 3D-принтер вполне реально, если следовать рекомендациям и внимательно изучить конструктивные устройства. Вполне возможно, что такой печатный станок обойдется его владельцу дешевле. Но новичкам мы рекомендуем заказывать готовые 3D-устройства в специализированных магазинах. Так вы сможете освоить азы 3D-печати и ознакомиться с устройством принтера. Желаем удачи!

Видео:Работают ли низкоиндуктивные шаговики? Тест 10 моторов на устранение ряби от ремнейСкачать

О шаговых двигателях и том, как их есть

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Шаговый двигатель в первую очередь спроектирован не для того, что бы он просто вращался и передавал свой вращающий момент исполнительному механизму. Он должен обеспечивать высокую точность позиционирования и достаточный момент удержания.

Удерживающий момент — это то, с какой силой двигатель, если на него подан номинальный ток, будет сопротивляться попыткам его провернуть. Если подать на двигатель ток равный номинальном, это обеспечивает максимальный момент удержания.

Угол поворота — это угол поворота, на который двигатель поворачивается за один шаг (кто бы мог подумать?). Потому, иногда, его просто называют шагом и не парятся. А погрешность шага — это максимальное отклонение от заданного угла поворота в процентах.

Выходит, что чем мельче шаг, тем круче и точнее? Нет! Шаг в 1.8 градуса это всё, что вам нужно. Не буду сейчас приводить таблицы и примеры расчёта перемещений исполнительных механизмов на разных моделях принтеров и разных кинематиках. Поверьте мне на слово, лучше смотрите на погрешность шага, пользы будет больше. 5% — очень и очень хороший показатель.

И тут можно задаться вопросом, — ‘а как же напряжение?’. Напряжение особой роли не играет, т.к. его регулирует драйвер шагового двигателя, что бы поддерживать необходимый ток. Но знайте меру. 3V — 5V вполне достаточно, 3.4V, наверное, в самый раз.

Есть ещё такой параметр, как количество фаз. Ну, если совсем просто, то это сколько контактов/проводов торчит из двигателя. По хорошему, нам для принтера нужны биполярные двигатели с 4-мя фазами (проводами). Но существуют и с 6-тью и, даже, с 8-мью. Последние — экзотика в наших краях (ну я по крайней мере вообще их в руках не держал). А вот те, что с 6-тью проводами — те встречаются. Если просто, то это тоже самое, что и с 4-мя, но на обеих обмотках есть центральный отвод. Более наглядно можно посмотреть на иллюстрации, которую я честно где-то стырил.

Но я так и не сказал, что брать? Если есть 4-выводной, берём его, если нет, не расстраиваемся и берём 6-выводной. Но лучше берите 4-выводной (мороки меньше). Кстати, на картинке 8-выводной двигатель показан в режиме, когда у него пары обмоток подключены параллельно.

О чём ещё не сказал? О размерах? Ну разве ими кого-то удивишь? Наш типоразмер это Nema17, тут ничего нового. Можно и другие, но это уже снова экзотика.

Ну и последнее. Вот я купил двигатель, а дальше что? Как на нём правильно настроит ток? А всё очень просто, я уже поверхностно описывал этот процесс в одном из своих постов. Нам понадобится мультиметр, отвёртка и немного математики. Настройка тока производится методом кручения подсроечника на драйвере и снятия контрольного напряжения. Напряжение можно снимать — как на картинке.

А дальше считаем по формуле, какое контрольное напряжение (Vr) нам надо выставить. Формула различается для разных драйверов.

Для двигателя с номинальным током 1.7А: Vr = 1.7A / 2 .5 = 0.68V

Для двигателя с номинальным током 1.7А: Vr = 1.7A / 2 = 0,85V

Видео:Как выбрать Шаговый Двигатель и НЕ ПЕРЕПЛАТИТЬ | Рекомендации DarxtonСкачать

3D печать для самых новеньких. От А до Я. Шаговики, драйверы и немного магнитного поля.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

В продолжение предыдущего поста для начинающих пользователей 3D принтеров.

В этот раз расскажу о платах управления, распространенных драйверах для шаговых двигателей и немного теории об их работе. К сожалению, у поста есть предел — 65535 символов, и я уже в них не укладываюсь, что бы описать более подробно распространенные платы управления, поэтому они будут в следующем посте, ровно как и разбор прошивок,положительных сторон и недостатков.

Существующие 3D принтеры выросли из больших станков, у которых позаимствовали кинематику и способ управления, который заключается в том, что бы последовательно передавать координаты для перемещения хотенда. Такой своеобразный метод является общепринятым стандартом для управления станков с ЧПУ (числовым программным управлением). Этот язык программирования называется G-code. Язык своеобразный, и изучать его нет необходимости, перевод модели из графического вида в машинный код для перемещения хотенда по осям и подачи пластика осуществляется в программах-слайсерах. Их я опишу чуть позже, пока же хочу вернуться к физической части принтеров и рассмотреть с помощью чего же можно правильно крутить шаговыми двигателями и получать готовую модель.

Читайте также: Как увеличить мощность четырехтактного лодочного мотора ямаха

1. Платы управления и как они управляют.

Для упрощенного понимания платы стоит разделить на 2 категории по их разрядности. Бывают 8-битные и 32-битные. Первые 3D принтеры, основанные на REPRAP (Replicating Rapid Prototyper — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов) имели в основе распространенную плату для робототехники, ориентированную на непрофессиональных пользователей — Arduino. Для создания прошивки используется собственная бесплатная среда разработки — Arduino IDE.

Которые вставляются в гнезда платы. То есть для каждого шагового двигателя, подключаемого к связке Arduino+RAMPS необходим драйвер. RAMPS поддерживает подключение до 5 шаговых двигателей.

Для управления шаговым двигателем необходимо настроить напряжение питания двигателя подстроечным резистором. Настройка производится мультиметром в режиме замера постоянного напряжения. Один щуп касается земли ( крайнего контакта на драйвере с надписью GND или же минусового провода от блока питания), другим же коснуться подстроечного резистора.

Далее нужно посчитать по формуле необходимое напряжение, исходя из тока, на который рассчитан двигатель.

Vref – пин замера напряжения для установки тока по формуле.

Current Limit – ток шагового двигателя.

Формула Vref для A4988 изменяется от номинала токочувствительных резисторов. Это два чёрных прямоугольника на плате драйвера. Обычно подписаны R050 или R100.

Vref = Current Limit * 8 * (RS)

Vref = Current Limit * 8 * 0,100 = Current Limit / 1,25

Vref = Current Limit * 8 * 0,050 = Current Limit / 2,5

Например для 17HS4401: Vref = 1,7 / 2,5 = 0,68В

И вращая резистор добиваемся данной цифры на дисплее мультиметра. Важное дополнение, для того, что бы отрегулировать напряжение необходимо выключить принтер, а для замера — включить.

Формулы для других типов драйверов приведены в этой статье.

Другие платы формата All-in-one (все на одной плате, без таких многослойных конструкций) имеют аналогичные колодки под уже ставшими столь распространенными Pololu-драйвера.

Так же, для выбора режима работы шагового двигателя между колодками для установки шаговых двигателей сделаны перемычки, замыкая которые мы выбираем тот или иной режим работы.

Режимов работы у шагового двигателя с драйверами А4988 всего 5: полный шаг, 1/2 шага, 1/4 шага, 1/8 шага и 1/16.

Перемычки всего 3: MS0, MS1, MS2. Low — перемычка отсутствует, high — установлена.

Получается, что когда нет ни одной перемычки мотор вращается без деления шага на микрошаги, а когда установлены все 3 — на 1/16.

Дробление шага на микрошаги сделано с единственной целью — увеличения точности перемещения. То есть используя дробление 1/4 шага мы не сможем остановиться посередине между 2 и 3 микрошагом. При 1/16 это возможно.

Существует множество драйверов, совместимых с платами, применяемыми в 3D принтерах. Небольшой список:

Могут быть как зеленые, так и красные.

Максимальный делитель 1/16.

Могут встречаться как фиолетовые, так и синие. Из-за отсутствия нормального режима удержания (в статичном положении, но с фиксацией ротора, обычно этот режим потребляет меньше энергии, чем вращение) сильно греется. Поэтому рекомендуется устанавливать на чип хороший радиатор.

Максимальный делитель 1/32.

Сравнение шума от А4988 и TMC2100.

Но как полагается, чем-то нужно жертвовать взамен. Он очень сильно греется, а при перегреве начинаются пропуски шагов и перемещения по осям могут быть неверными.

Как следствие — нужно хорошее охлаждение (некоторые китайцы пренебрегают метализацией для отвода тепла, поскольку чип расположен ‘на пузе’ ) и очень точная регулировка напряжения. Есть и небольшие каверзы — вроде бы точно отрегулировал, печатает который месяц мелкие детали без съездов, а ставишь деталь на сутки-двое, и где-то в конце печати получишь микросъезд на 0,5 мм.

Драйвер имеет собственный чип, который интерполирует делитель 1/16 в 1/256 без нагрузки для процессора, и обеспечивает очень тихую работу.

Чаще всего драйвер исполнения китайской компании Makerbase (MKS).

Использовать с 1/64 и 1/128 с 8-битной электроникой (на базе AtMega 2560) не рекомендуется, так как необходимо задействовать очень много ресурсов процессора. Предназначены для установки в 32-разрядные платы.

Поставляется в 2 вариантах:

1) Стандартная версия. Площадка под пины регулировки напряжения закорочена, и регулировка напряжения возможна как во всех остальных драйверах — руками, в смысле отверткой и мультиметром. Поддерживается всеми платами.

2) Цифровая регулировка. Пины в наличии и регулировка производится программно. Поддерживается только собственными контроллерами: Azteeg X3, X3 PRO и X5 mini V3.

Драйвера так же производства Panucatt Devices.

В отличие от SD6128 имеют дробление шага до 1/256. Так же, имеется защита от перегрева и большого тока. Аналогично, присутствует в 2 версиях: с ручной регулировкой напряжения, и с поддержкой программной регулировки. Программная регулировка доступна только для плат Azteeg X3, X3 PRO и X5 mini V3.

В основе драйвера лежит чип THB6128. Драйвер работает как в 3,3В (32-разрядные платы), так и 5В (8-разрядные). Установка делителя производится так же, перемычками, в соответствии с таблицей из pdf-описания.

Для установки в 8-битные платы, задействовать делители выше 1/64 не рекомендуется из-за возможной перегрузки процессора.

Собственная версия Panucatt Devices, аналогичная привычной DRV8825, с тем лишь отличием, что есть 2 пина для управления напряжением на драйвере. Регулировка доступна лишь на платах собственного производства: Azteeg X3, X3 PRO и X5 mini V3.

Свой опыт использования и покупки я уже описывал. Повторюсь, что если есть желание заморочиться с использованием SPI на плате, и попытаться настроить напряжение — пожалуйста. В распространенную прошивку для 8-битных плат Marlin уже добавлена библиотека для данного драйвера и авторегулировки его напряжения (ток прибавляется до тех пор, пока не появится ошибка о перегреве, далее оно снижается пошагово, с шагом в 50мА), но пока толковых упоминаний об установке и настройке Pololu-драйвера не видел. Единственная реализация, заслуживающая внимания — реализация Джозефа Прюши, на новой MK3. В его новой плате EINSY RAMBO данные драйвера уже впаяны в плату, а прошивка поддерживает регулировку напряжения. Одним из преимуществ данного драйвера является контроль момента на роторе двигателя, то есть в момент касания каретки стопора момент на валу ротора резко увеличивается, и плата понимает, что каретка доехала до максимума и дальше пытаться ее двигать нет смысла. Поэтому там отсутствуют концевые выключатели.

Плата, аналогично с TMC2100, имеет внутренний делитель с 1/16 до 1/256. Переключение между делителями производится программно, по SPI-интерфейсу.

Появилось достаточно много китайских клонов, в которых SPI-интрефейс запаян, и работа полностью аналогична TMC2100. Как утверждает представитель компании Watterott — разницы между TMC2100 и TMC2130 с запаяным SPI никакой.

После конфигурирования прошивки плату можно отключить от драйвера.

Уже появились китайские клоны данной платы.

Приобрел себе такой. Могу сделать единственный вывод — китайские клоны намного капризнее и сложнее в настройке напряжения, нежели оригиналы. Были и BigtreeTech TMC2100 и Makerbase TMC2100 и вот эти blkbox TMC2208, и разумеется оригинальные TMC2100. Настроить китайцев, что б вот прям ‘ни единого разрыва’, ни одного пропуска шага за достаточно долгую печать я не смог. За то оригинальные за 5 минут и все ок.

У чипа такой же делитель с 1/16 до 1/256, как и у всех остальных TMC2100,2130.

Сложно сказать, кто кого повторил, если убрать все стереотипы. Немецкие драйвера, на базе THB6128 ( как и у Panucatt Divices SD6128 ,если верить Wiki REPRAP.org и сайту производителя. Судя по описанию на сайте магазина, где они продаются, немцы не гнушаются ставить и LV8729V, как у китайских MKS LV8729.

Драйвер имеет делитель от полного шага до 1/128. Для 8-битных плат не рекомендуется ставить делитель выше 1/32.

Небольшое лирическое отступление.

Представлю небольшую выжимку данной статьи, для понимания принципов работы шаговых двигателей и сложностей управления ими.

Шаговый двигатель. Как он работает и зачем ему спад тока?

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения.

Однако шаговые двигатели обладают множеством полезных свойств, а главное — они дешевы.

Чем же хорош шаговый двигатель?

• угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель;
• двигатель обеспечивает полный момент в режиме удержания;
• точное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу;
• возможность быстрого старта/остановки/реверсирования;
• надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников;
• однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи;
• возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора;
• может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов;

Читайте также: Мотор редуктор с высоким крутящим моментом

Но не все так хорошо.

• шаговым двигателям присуще явление резонанса;
• возможна потеря положения из-за отсутствия обратной связи;
• потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки;
• затруднена работа на высоких скоростях;
• невысокая удельная мощность;
• относительно сложная схема управления; Существуют три основных типа шаговых двигателей:
  • двигатели с переменным магнитным сопротивлением
  • двигатели с постоянными магнитами
  • гибридные двигатели
  • Свежие записи
    • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
    • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
    • Какие моторы бывают у стиральных машин
    • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
    • Как снять стопорную шайбу с вала
    • Правообладателям
    • Политика конфиденциальности

    Механика © 2023
    Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер

    
    

    источники:

    https://evakuatorinfo.ru/shagovye-motory-dlya-3d-printera

    🎬 Видео

    Драйверы шаговых двигателей для 3D принтеров, ЧПУ. Для чего нужны? Как выбрать? Принцип работы.Скачать

    

    На что способен NEMA 17. Тест работы шаговых двигателейСкачать

    

    Шаговый двигатель. Выбираем и тестируем.Скачать

    

    🔴 Шаговые двигатели NEMA 17HS4401 для 3D принтера, CNCСкачать

    

    Как подобрать шаговый двигатель для станка ЧПУ. ШД из принтера, какой подойдет для ЧПУ?Скачать

    

    Делаем 3Д Принтер Тише - Борьба с РезонансомСкачать

    

    [Устарело] Сравнение драйверов шаговых двигателей. Что купить?Скачать

    

    Регулировка тока на шаговых двигателях, 3D Принтер Ендер 3Скачать

    

    Ender 3 Pro модернизация 3d принтера | Второй шаговый двигатель на ось ZСкачать

    

    A4988 vs DRV8825 vs LV8727 Тест драйверовСкачать

    

    Шаговый двигатель, как подключить без сложностей!!!!Скачать

    

    3D принтер своими руками, дешевый шаговый двигательСкачать

    

    Обзор шаговых двигателей и серводвигателей для станковСкачать

    

    Калибровка шаговых двигателей 3Д принтераСкачать

    

    Как поменять драйвер? Делаем 3D принтер тихим!Скачать