Практически каждый 3D-принтер имеет два или более термисторов. Узнайте, что нужно знать о термисторах 3D-принтера и почему это должно вас волновать!
Это звучит как оружие из научно-фантастического комикса, но на самом деле термистор является самым распространенным устройством для измерения температуры в 3D-принтерах. Контроль температуры сопла принтера и печатной пластины имеет решающее значение для успешной печати. Эти данные можно получить с помощью нескольких типов датчиков, среди которых термопары и резистивные датчики температуры (RTD). Однако термисторы — сокращение от термочувствительных резисторов — стали доминировать на рынке 3D-печати, поскольку они просты, недороги и легко интегрируются в платы контроллеров.
Термисторы можно найти в нескольких местах принтера FDM. На типичной печатающей головке или хотенде, сопло принтера ввинчивается в металлический блок (часто обернутый силиконовым носком), который нагревается и расплавляет филамент. К этому блоку подключены две пары проводов. Первый питает элемент, который нагревает блок, а второй подключается к термистору, встроенному в пространство внутри блока, чтобы можно было точно измерить его температуру.
Расположение термистора на столе менее очевидно. Обычно он располагается на виду, под билд-пластиной. В принтерах с подогреваемым корпусом можно найти термистор, измеряющий температуру пространства внутри принтера.
Во всех случаях пары проводов, идущие к каждому термистору, возвращаются на плату контроллера. По мере нагрева их электрическое сопротивление меняется и эти изменения обнаруживаются и сопоставляются микропрограммой принтера с данными калибровки для расчета температуры.
Термисторы часто упускают из виду, поэтому в этой статье мы расскажем, что нужно знать о них, о проблемах с которыми вы можете столкнуться и о соображениях, если вы хотите заменить, модифицировать или модернизировать их.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Типы
Есть два типа термисторов. Которые встречаются в 3D-принтерах, известны как устройства с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) означает, что их сопротивление уменьшается при нагревании. Напротив термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) увеличивают сопротивление при повышении температуры и часто используются в качестве перестраиваемых электрических предохранителей.
Классический термистор для 3D-принтера — это тип «NTC 3950 100k». Число после «NTC» относится к коэффициентам, используемым для описания формы кривой температуры/сопротивления термистора. Характерная форма была установлена исследователями Стейнхартом и Хартом в 1960-х годах и три коэффициента (a, b и c) до сих пор носят их имя. Их часто упрощают до одного значения B или β, обычно от 3500 до 4500.
Калибровка
Типичный термистор NTC работает от -50 до 250 ° C; однако изменение сопротивления в этом диапазоне не является линейным. Это более выражено при более низких температурах и сглаживается по мере повышения температуры.
Таким образом, каждый тип термистора поставляется с данными калибровки, предварительно настроенными в прошивке новых принтеров, чтобы помочь определить правильную температуру. Обычно данные калибровки можно игнорировать. Тем не менее, есть случаи, когда необходимо внести изменения, поэтому стоит понять, как работает калибровка.
Отправной точкой является сопротивление термистора при комнатной температуре. В 3D-принтерах обычно используются термисторы с сопротивлением 100 кОм (килоом). Производитель также предоставляет таблицу данных, чтобы показать, как это сопротивление изменяется при изменении температуры во всем рабочем диапазоне. Эти данные могут храниться и использоваться непосредственно микропрограммой принтера.
Последний пункт калибровки относится к тому, как термисторы подключаются к печатной плате принтера. Это почти всегда достигается за счет использования подтягивающего резистора 4,7 кОм, и это значение используется в калибровочных расчетах.
Защита
Нам также необходимо учитывать, как термистор защищен и физически установлен. Фактический датчик меньше миллиметра в ширину, поэтому обычно он заключен в крошечный стеклянный шарик или пластиковый диск. Они также могут быть встроены в картриджи датчиков, совместимые с E3D или с винтовыми креплениями в зависимости от типа установки 3D-принтера.
Выявление и устранение проблем
Учитывая все данные и расчеты, относящиеся к термисторам, мы ожидаем, что наш термистор имеет точность в пределах 1%. Однако это не всегда так. На форумах по 3D-печати нередко можно найти сообщения об ошибках измерения до 15 °C, а в некоторых случаях могут возникнуть проблемы, которые могут привести к ошибкам, значительно превышающим 15 °C.
Вот несколько факторов, которые могут привести к таким ошибкам:
- Изменяется со временем: все термисторы со временем изменяются, особенно при длительном воздействии высоких температур. Это вызывает увеличение сопротивления, в результате чего регистрируемая или отображаемая температура оказывается ниже, чем она есть на самом деле. Для самого термистора производители заявляют, что изменение температуры составляет менее 0,2 °C в год. Однако многие анекдотические истории указывают на больший дрейф, чем заявляют производители, хотя это может быть связано с деградацией других компонентов.
- Допуск: термисторы, как правило, достаточно стабильны по своим характеристикам, но их допуски ухудшаются с повышением температуры. Термисторы, используемые в некоторых горячих концах 3D-принтеров, могут иметь точность +/- 3% при более высоких температурах, что соответствует +/- 5 ° C при печати на таких материалах, как ABS.
- Неправильные данные калибровки: может случиться так, что примененные данные калибровки неверны для установленного термистора. Это может вызвать самые большие расхождения, иногда настолько большие, что они сразу становятся очевидными!
- Схема подключения: компоненты материнской платы принтера не соответствующие спецификации или чрезмерно высокое сопротивление в соединительных кабелях также могут иметь подшипник. Они тоже могут меняться и дрейфовать со временем.
- Плохая настройка PID-регулятора: это может привести к колебаниям температуры сопла или стола принтера и в некоторых случаях, не соответствовать заявленным. На большинстве принтеров поможет быстрая автонастройка PID. Ознакомьтесь с нашей исчерпывающей статьей о настройке PID-регулятора.
- Полный или частичный отказ термистора: существенное занижение фактических значений температуры может быть результатом проблемного термистора. На старых принтерах (или на принтерах без включенной термозащиты) это может привести к неуправляемому перегреву и возможно, даже к возгоранию. Сам датчик может выйти из строя, но скорее всего, проблема в обрыве или ослаблении провода. Провода термистора относительно хрупкие, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить их, например при замене сопла.
Все эти эффекты являются кумулятивными и могут привести к заметным различиям между фактическими и измеренными температурами. Самый простой способ обойти эту проблему — напечатать градусы калибровки температуры и скорректировать любой будущий G-код для компенсации. Однако этот подход зависит от конкретного принтера, что может быть неудобно для тех, у кого больше одного.
В качестве альтернативы, отклик термистора можно откалибровать на месте, в результате чего получится настраиваемая калибровочная кривая, которую затем можно использовать для обновления прошивки принтера.
Замена термистора
Нередко можно увидеть онлайн-рекламу призывающую пользователей «обновить» термисторы своего 3D-принтера. Если нет известной проблемы с типом установленного термистора, на самом деле нет никаких вариантов обновления, поскольку все известные бренды работают примерно так же.
Основная причина замены термистора — вышел из строя. Вторичной причиной может быть часть модификации для печати материалов при более высокой температуре, чем изначально был разработан принтер.
Замена на аналогичный
Если вы заменяете неисправный термистор, лучший совет — заменить подобное на подобный, купленного у надежного источника и установленного точно так же как и оригинал без значительных изменений. Как всегда, старайтесь не перетягивать соединительные кабели или, если они используются резьбовые винты удерживающие термистор на месте. Этот подход прост и не требует изменений микропрограммы принтера.
Замена на другой тип или марку
Если точного эквивалента нет в наличии, обратитесь за заменой к известному бренду. К ним относятся такие бренды, как Semitec, TDK Electronics (ранее EPCOS), Honeywell и Hisense. Также разумно выбрать тот, который явно подходит для 3D-печати. Как правило, они включают что-то вроде «совместимого с прошивкой Marlin» (за которым следует номер существующих данных калибровки прошивки Marlin) или упоминание других настроек прошивки.
Если выбранный вами термистор имеет значение β, отличное от исходного, необходимо изменить микропрограмму принтера, чтобы в нем использовались правильные данные калибровки. Точный процесс зависит от типа прошивки, и для каждой можно найти рабочие примеры. В большинстве пакетов прошивки уже есть предварительно настроенные параметры для наиболее распространенных типов термисторов.
Также обычно лучше придерживаться одного и того же типа упаковки. Горячие концы, в которых используются термисторы со стеклянными шариками, также могут иметь резьбовые соединители для приема термисторов, упакованных таким образом, но нет единого мнения, что это улучшение.
Модернизация для высокотемпературной печати
Нередко принтеры модифицируются для печати материалов при более высоких температурах, чем предусмотрено исходной конструкцией. В этих случаях потребуется множество доработок принтера, и термистор не является исключением.
Сейчас доступно множество термисторов с эффективным температурным диапазоном более 300 °C. Однако помните, что многие продаваемые в Интернете не обязательно используют оболочку для проводов (или других материалов), которые могут долго выдерживать такие температуры.
Опять же, разумно покупать в надежных источниках. Такие поставщики, как Slice Engineering, имеют термисторы, которые стабильно работают при температуре до 450 °C. Как и ожидалось, они предоставляют полные данные калибровки для различных типов прошивок.
Также стоит отметить, что с некоторыми платами контроллеров высокотемпературные термисторы не всегда хорошо работают при более низких температурах, и могут потребоваться дополнительные изменения прошивки, чтобы избежать ошибок «Min Temp». См. Этот пример Марлина .
Последнее замечание о высокотемпературных термисторах заключается в том, что их точность может быть улучшена за счет использования высокотемпературной термопасты, такой как нитрид бора .
Альтернативы для высоких температур
Часто при модернизации принтера для более высоких температур устройства PT100 и PT1000 упоминаются в том же предложении, что и термисторы. Однако это RTD, а не термисторы. Они используют небольшую полоску платины с сопротивлением 100 или 1000 Ом при 0 °C, отсюда и названия.
RTD точны, стабильны и их легче калибровать. PT100 традиционно использовались с 3D-принтерами, но для работы с большинством контроллеров 3D-принтеров им требуются дополнительные схемы: обычно это интерфейсная плата, известная как MAX31865.
До относительно недавнего времени было трудно найти PT1000 в форматах, подходящих для 3D-принтеров, что может объяснить, почему немногие о них слышали. Несмотря на относительную неизвестность, они работают с большинством плат контроллеров и теоретически лучше подходят для 3D-печати. Посмотрите это сравнение от Omega.
Независимо от того, какое устройство PT вы выберете, потребуется внести изменения в прошивку. Как и термисторы, они просты и поддерживаются большинством вариантов прошивки.
Проверить цену термистора на:
