Après quelques mois d'impression avec ma Prusa Mk3 (avec des plans pour en obtenir une seconde bientôt), je me demandais si je devais faire de ma troisième imprimante une imprimante maison qui était un lit d'impression plus grand que le Mk3. Une chose que je me demandais est parfaitement exprimée dans la question du titre.
Y a-t-il des raisons pratiques de ne pas utiliser un moteur pas à pas avec vis mère pour les axes X et ou Y?
Je suis certainement satisfait des ceintures GT2 utilisées dans mon imprimante actuelle, mais je me demande si la conception pourrait être plus simple avec des vis sans fin sur les trois axes.
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Mikel F
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Réponses:
Je vais répondre à cette question en tant que personne qui a effectivement retravaillé son clone de puce Prusa i3 pour utiliser des vis sans fin pour tous les axes. Avant de creuser la question, le problème du jeu peut être résolu facilement avec des écrous en laiton à ressort, un peu comme le fonctionnement des vis à billes. C'est le problème le plus simple à résoudre car il y a beaucoup d'autres problèmes.
Version courte / tl; dr
Le matériel ne peut pas gérer autant de micropas.
La diaphonie et l'inductance du moteur limitent les vitesses et l'accélération.
La qualité d'impression souffre de manières vraiment étranges à cause de (2).
Les vis sans tête ne sont pas conçues pour un mouvement rapide sur de longues périodes et s'usent, même avec de la graisse.
Vous aurez besoin de surfaces d'appui supplémentaires pour empêcher vos moteurs de se moudre et pour éliminer les jeux dus aux couplages flexibles.
Le système devient beaucoup plus sujet aux modes de défaillance hautement destructifs.
De longues explications
Première
Vous allez remarquer que vous êtes contraint à des taux de mouvement et d'accélération horriblement, horriblement lents. Mes vis sont des vis de 8 mm, avec un pas de 8 mm. Cela signifie qu'il faut 200 pas pour parcourir 8 mm. Multipliez par 1/16 de micropas, et cela fait 3200 micropas par 8 millimètres de course. Multipliez par la vitesse à laquelle vous essayez d'imprimer, puis le nombre d'axes que vous utilisez, et vous constaterez que votre carte RAMPS commence à bégayer sur des mouvements complexes si vous imprimez assez rapidement.
Seconde
Vous atteindrez rapidement les limites d'inductance de vos moteurs. À des niveaux de puissance "standard" (ceux qui ne font pas frire mes moteurs NEMA17 de contrefaçon), même après être passé à 24 V pour toute la configuration, le plus rapide que j'ai pu faire tourner mes moteurs était d'environ 5 tours par seconde, ce qui se traduit par 16 000 micropas par deuxième avec vis à pas de 8 mm. Pour référence, cela signifie que sous une charge ZÉRO, le plus rapide que mon N17 avec un pas de 8 mm pourrait parcourir, est d'environ 40 mm / s.
Vous utilisez essentiellement les bobines du moteur à plusieurs kilohertz, ce qui signifie que vous devez faire très attention à garder vos fils séparés et blindés pour éviter la diaphonie, en plus du fait que lorsque votre fréquence de pas augmente, votre couple de pas diminue considérablement . Non seulement cela limite le poids du lit que le moteur est capable de pousser à une vitesse donnée, mais vous devez même vous soucier de l'inertie du moteur et du lit beaucoup plus qu'avec un système entraîné par courroie. Donc, au lieu de 30 mm / s de secousse avec une accélération de 200 mm / s 2 , tout à coup, vous êtes limité à, disons, 5 mm / s de secousse et 40 mm / s 2 d' accélération.
Comme mentionné, pour de meilleurs résultats, l'ensemble du système doit être converti en 24 V, et toutes les cartes ne sont pas configurées pour que cela se fasse facilement. Mon clone RAMPS bon marché n'avait besoin que d'une seule diode retirée et tout le reste allait bien, mais YMMV à cet égard.
Vous pouvez résoudre ce problème particulier en réduisant les moteurs, mais à ce stade, vous avez maintenant introduit une nouvelle source de jeu entre les dents de l'engrenage ou dans le système d'entraînement par courroie, et vous avez un peu vaincu le point.
Troisième
En raison de cet effet, vous rencontrez des artefacts de pression d'extrusion. Fondamentalement, le plastique dans la buse est un fluide, très visqueux, forcé à travers un petit trou. La pression du fluide "retardera" quelque peu derrière ce que le moteur de l'extrudeuse pense qu'il se passe.
Le résultat final est que pendant que vous accélérez, les lignes que vous posez sont plus minces qu'elles ne devraient l'être, et seront plus épaisses qu'elles ne devraient l'être pendant la décélération, et vous avez tendance à obtenir des "globes" étranges à chaque coin lorsque vous venez à un arrêt. Pour moi, avec une buse de 0,4 mm, une largeur de ligne de 0,8 mm et une hauteur de couche de 0,2 mm, ces artefacts compensent en fait complètement la précision supplémentaire que j'obtenais avec une vis sans fin étroitement couplée avec des écrous doubles à ressort. Les pièces ont fini par être encore moins précises qu'auparavant, avec des déformations très étranges.
Il existe des paramètres que vous pouvez utiliser dans le micrologiciel pour essayer de combattre cet effet spécifique, mais le processus est fastidieux et prend beaucoup d'essais et d'erreurs, et recompiler le micrologiciel toutes les 30 secondes est ennuyeux, sans oublier que les variables dépendent sur la largeur de ligne, les paramètres de vitesse et d'accélération et la hauteur de couche, vous devez donc recompiler votre micrologiciel chaque fois que vous souhaitez modifier la qualité d'impression. Super, super ennuyeux.
Quatrième
Les vis sans tête ne sont pas réellement conçues pour cela. Le mouvement constant de va-et-vient portera les écrous en laiton et même les filetages en acier des vis au fil du temps. Vous vous retrouvez avec un résidu de poudre noire sur tout ce qui se trouve sous la vis, ce qui, dans l'axe X, signifie généralement aussi votre impression. Personne ne veut que la poudre d'acier gâche l'adhérence de sa couche.
Dans mon cas, j'ai utilisé Superlube, qui est une graisse silicone / PTFE, pour aider à prévenir ce problème, mais cela ne fonctionne que si vous avez des écrous en laiton à ressort. Finalement, ils poussent la majeure partie du lubrifiant. De plus, le lubrifiant a tendance à saisir et à retenir toute poudre métallique qui se forme, accélérant ainsi l'usure dans les zones encore lubrifiées.
Cinquième
Roulements. Il s'avère que les moteurs ont des roulements internes, qui aspirent généralement et ne sont pas conçus pour des charges lourdes dans n'importe quelle direction. J'ai découvert cela lorsque mon moteur N17 de l'axe Y est tombé en panne à cause du roulement et a répandu de la poudre sur les bobines, dont certaines ont été poussées à travers l'émail et ont court-circuité les fils.
De plus, comme de minuscules quantités de désalignement transforment les moteurs en éclats à la hâte, vous allez presque certainement utiliser des accouplements flexibles. Les accouplements flexibles ont un certain rendement axialement et sont principalement conçus pour être soumis à des charges de compression et ont tendance à échouer lorsqu'ils sont étirés à plusieurs reprises.
Pour l'axe Z, ce n'est normalement pas un problème car tout le système est maintenu par la gravité, mais dans les axes X et Y, vous obtiendrez des décalages étranges d'un millimètre ou deux à chaque fois que le chariot ou le lit change de direction. Vous voudrez donc vous assurer que les moteurs ne supportent pas eux-mêmes la charge et que la vis reste verrouillée par rapport au châssis tout en pouvant tourner.
Vous pouvez accomplir cela en ayant un anneau fixé à chaque extrémité de la vis qui pousse sur un palier de butée ou monte dans un roulement à billes régulier. Idéalement, vous pouvez faire les deux, mais cela se transforme en une entreprise coûteuse avec beaucoup de supports dans des endroits étranges pour lesquels vous n'avez peut-être pas d'espace. J'ai fini par perdre environ 20 mm de course au lit pour résoudre ce problème.
Sixième
Vous devez penser à ce qui se passe lorsqu'un composant tombe en panne. Pour moi, c'était mes fins de course. Le premier échec provenait du problème de diaphonie que j'ai mentionné ci-dessus. Les arrêts Y se sont déclenchés, le lit a commencé à se déplacer vers l'avant de l'imprimante au fil du temps, et finalement l'imprimante a commencé à essayer de déplacer le lit par l'avant du châssis de l'imprimante.
C'était réussi.
La deuxième fois, le commutateur de fin de course a simplement échoué mécaniquement. La course de la courroie s'arrête au niveau de la poulie. Les vis sans fin vont jusqu'au bout de la vis, et parce qu'elles sont bien plus réduites que les courroies, il y a beaucoup plus de couple. J'ai détruit le cadre de mon imprimante trois fois à cause de ce problème et une fois de plus lorsque l'accouplement flexible de l'axe Y s'est cassé. Cela a permis au moteur de tourner facilement la vis dans une direction mais pas dans une autre - ce qui a cette fois forcé le lit d'impression vers l'arrière plutôt que vers l'avant, tirant à nouveau le moteur Y à travers son support et le cadre.
Conclusion
Les vis X / Y ne sont pas nécessairement une mauvaise idée, simplement une idée coûteuse et fastidieuse en impression 3D. Ils sont bien mieux adaptés aux applications à faible avance comme les fraiseuses CNC, les graveurs mécaniques, etc. Vous remarquerez peut-être que même les applications de haute précision comme les imprimantes laser ont tendance à avoir des chariots à courroie plutôt que des entraînements à vis. Les vis sont beaucoup mieux adaptées aux applications à charge élevée et à faible vitesse, et les imprimantes ont tendance à être l'opposé de cela.
Si vous essayez d'éliminer le jeu, car les courroies ne sont pas assez serrées, comme je l'ai été, la réponse est de faire une meilleure imprimante. Je n'ai pas pu serrer suffisamment les courroies pour obtenir des impressions précises avant que les moteurs ne commencent à tomber en panne, car je n'avais pas la poulie d'extrémité du moteur supportée par un roulement. Commencez par là, supportez juste littéralement de chaque côté de la poulie sur l'arbre du moteur avec un petit roulement contre le châssis pour éliminer la charge radiale du moteur. Si vos courroies s'étirent trop, utilisez une courroie GT2 à âme d'acier. Si votre système est globalement bâclé, construisez un système plus robuste. Mon projet actuel est un Hypercube Evo, et j'ai trouvé un fournisseur qui fabrique des courroies GT2 à noyau d'acier. Je vais l'utiliser pour maximiser la rigidité du système de ceinture CoreXY. Le cadre est fabriqué à partir d'extrusions de rainures en T de 30x30 mm, avec tiges d'axe Z 12 mm et tiges d'axe X / Y 10 mm. Des composants plus gros et plus chers qui sont beaucoup plus robustes et fléchiront beaucoup moins que les tiges de 400 mm de long de 8 mm de mon imprimante cheapo.
J'espère que cela t'aides. (édité pour bien faire mes calculs sur les micropas)
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En plus du coût, le jeu , qui peut se produire dans l'axe Z où les tiges filetées et les vis sans fin sont le plus souvent utilisées, pourrait / pourrait devenir un problème. L'élasticité des courroies GT2 évite généralement ce problème pour les axes X et Y.
Il serait intéressant de lire la réponse de Tom aux avantages du GT2 par rapport à un rack , qui, bien que la question soit liée aux mécanismes à crémaillère et pignon, s'appliquerait également aux vis sans fin, en particulier:
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Le coût serait la principale raison. Vous pouvez concevoir un système entraîné par courroie qui sera tout aussi précis, plus rapide et avec des déplacements plus longs à moindre coût.
Les vis mères sont relativement chères. Le différentiel de coût augmente considérablement avec la longueur du trajet et la vitesse avec une précision équivalente.
Les vis mères ont un avantage significatif de pouvoir supporter une charge beaucoup plus lourde tout en maintenant la rigidité, ce qui est important pour quelque chose comme une fraiseuse CNC mais n'est pas aussi pertinent pour l'impression 3D.
C'est sur l'hypothèse que vous dites:
vous vouliez dire que vous envisagiez toujours d'utiliser des moteurs pas à pas mais que vous envisagiez une vis sans tête par rapport aux courroies.
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Il est possible d'utiliser des vis mères; plus précisément 4 vis de démarrage. Le seul inconvénient est que vous devez vous méfier de la chaleur.
Décomposons les préoccupations
Coût. Oui, il coûte plus cher que les ceintures, et il durera plus longtemps à des vitesses plus élevées, tandis qu'une ceinture peut s'étirer. Si le coût est un facteur, respectez les ceintures.
La vitesse. Les vis à démarrage multiple offrent un pas inférieur à celles à démarrage unique. En conséquence, vous avez moins d'une réduction de tour. Cela peut les amener en partie avec des ceintures. Les pilotes que vous utilisez détermineront la vitesse à laquelle vous pouvez faire tourner votre moteur pas à pas. Les pilotes en mode tension sont tels qu'utilisés dans les imprimantes 3D sont bons à couple élevé à basse vitesse (sous 1000 tr / min). Les pilotes en mode actuel sont meilleurs à haut régime (par exemple, powerStep01 de STMicro)
Chaleur. Lorsque la vis mère chauffe, le métal se dilate. Lorsque le métal se dilate, votre précision de position disparaît. Il serait préférable d' utiliser un métal à faible coefficient de dilatation thermique , mais cela peut coûter plus cher.
Juste en changeant les pilotes, vous devriez pouvoir obtenir une augmentation de vitesse sans avoir à recourir à la vis sans fil à démarrage multiple plus lourde. L'augmentation de la tension aidera également, mais vous auriez besoin d'un pilote qui peut vous permettre de faire varier le courant de maintien, sinon le moteur chauffera et brûlera lorsqu'il ne bouge pas.
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