Silniki krokowe są podstawowym elementem wchodzącym w skład drukarki 3D, mającym kluczowy wpływ na jej działanie. Niewłaściwy dobór silników skutkuje obniżeniem jakości drukowania lub problemami z działaniem drukarki 3D. Wybierając odpowiedni dla naszej konstrukcji silnik należy zwrócić uwagę na jego wymiary, właściwości mechaniczne oraz elektryczne.
Podstawowe parametry silnika krokowego określają:
- Nominalne natężenie prądu.
- Rezystancja uzwojenia.
- Moment bezwładności rotora.
- Moment trzymający – moment nieruchomego silnika przy zasilaniu znamionowym prądem,
- Charakterystyka momentu silnika w funkcji liczby impulsów na s (pps).
- Maksymalna prędkość pracy (bez obciążenia).
- Prędkość start-stopowa.
Rysunek 1. Widok silnika krokowego zamontowanego w drukarce 3D
Przykładowe informacje techniczne dotyczące silnika krokowego o symbolu FL57STH56-1006A zawiera poniższe zestawienie.
Rysunek 2. Wymiary silnika
Tabela 1. Parametry techniczne
Rysunek 3. Charakterystyka momentu silnika w funkcji liczby impulsów na s (PPS).
Silnik krokowe występują w wersji z czterema lub sześcioma przewodami. Sposoby zasilania poszczególnych typów silników przedstawia zamieszczony poniżej rysunek. Należy zwrócić również uwagę na to że dysponując sterownikiem przystosowanym do sterowania silnikiem z czterema przewodami możemy do niego podłączyć silnik z sześcioma przewodami .
Rysunek 4. Wyprowadzenia zasilania silników krokowych
W codziennej pracy do budowy urządzeń wykorzystujemy różnego rodzaju silniki. Oprócz nowych silników posiadających pełną specyfikację parametrów można również stosować w urządzeniach używane silniki. Duża dostępność używanych silników krokowych sprawia, ze są one chętnie wykorzystywane w konstrukcjach amatorskich. Powodem zainteresowania używanymi silnikami jest ich niska cena. Pojawiającą się czasem wadą w przypadku silników używanych jest brak możliwości zidentyfikowania ich parametrów na podstawie oznaczenia. W przypadkach gdy silnik został wyprodukowany na specjalne zamówienie, pomimo posiadania informacji o kodzie silnika, odszukanie parametrów będzie niemożliwe z tego powodu, że zostały one utajnione przez zamawiającego daną partię silników.
Warto zwrócić jednak uwagę na to, że porównując parametry gabarytowe poszczególnych silników możemy oszacować ich parametry na podstawie gabarytów. Rozmiar silnika jest powiązany z momentem obrotowym jaki możemy uzyskać.
Tabela 2. Przykładowe parametry silników krokowych
W celach diagnostycznych warto również przygotować prosty zestaw eksperymentalny umożliwiający dynamiczne sprawdzenie działania silnika. Zamieszczone w dalszej części fotografie przedstawiają zestaw składający się z zasilacza, sterownika oraz silnika krokowego umieszczonego na wózku.
Rysunek 5. Sterownik silnika krokowego
Zastosowany w poniższym rozwiązaniu prosty sterownik unipolarnego silnika krokowego AVT1814 umożliwia:
- zasilanie napięciem od 5-15 V
- obciążenie prądem do 1A
- sterowanie prędkością obrotów silnika
- sterowanie kierunkiem obrotów silnika
- włączenie i wyłączenie silnika przyciskiem Start / Sstop
- Stabilizator napięcia pozwala na regulację parametrów zasilania silnika krokowego
- napięcie wejściowe DC 4,5V-35V
- napięcie wyjściowe DC 2V-35V (regulowane potencjometrem)
- maksymalny prąd 2A z radiatorem 3A
- sprawność 92%
- częstotliwość pracy 150kHz
- maksymalne obciążenie 10W z radiatorem 15W
- poziom tętnień max 30mV
- temperatura pracy -40*C do 85*C
- wymiary 43 * 20 * 14mm (L*W*H)
Wykorzystany zasilacz z komputera PC jest źródłem zasilania dla wszystkich elementów układu. Wykorzystane zostały napięcia 5V oraz 12V
Rysunek 6. Schemat układu
Zaletą powyższego rozwiązania jest brak konieczności programowania sterownika w celu osiągnięcia wymaganych parametrów pracy. W sterownikach mikroprocesorowych np. Sanguinololu uruchomienie sterownika wymaga jego zaprogramowania w celu uruchomienia.
Stosowane w drukarkach 3D silniki krokowe oprócz wielu zalet mają również wady które zostały przedstawione w poniższym zestawieniu.
Tabela 3. Zalety i wady silników krokowych.
W celu pełnego wykorzystania możliwości silników krokowych oprócz zapewnienia odpowiednich parametrów elektrycznych należy również odpowiednio zaprogramować elektronikę sterującą. Przykładowo liczbę kroków dla extrudera obliczamy przy pomocy wzoru:
E = s * sm* i / pi * d
E – liczba kroków, s – ilość kroków silnika na pełen obrót, sm – ustawienie mikrokroku wynoszące zazwyczaj 8 lub 16, ustawiane przez zworki na sterowniku silnika krokowego, i – przełożenie przekładni podajnika (jeśli jej nie ma i = 1) oraz d – średnica czynna radełka/śruby radełkowanej do którego dociskany jest drut.
Do połączenia sinika z elementem napędzanym można wykorzystać paski zębate lub śruby trapezowe. Przydatnym narzędziem do wykonania niezbędnych obliczem może być kalkulator do którego link zamieszczono poniżej.
Kalkulator do obliczania długości pasków zębatych http://www.akcesoria.cnc.info.pl/kalkulator.php
Klaster 3D 