выбор шагового мотора, какие лучше
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.
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.
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.
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;
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!
- 17 мая 2021
- 4398
Получите консультацию специалиста
Шаговые двигатели для 3D принтеров
Что такое шаговый двигатель
Шаговый двигатель – это бесколлекторный электродвигатель постоянного тока, который преобразовывает электрические импульсы в поворот вала на определенный угол.
В отличие от обычного двигателя, ротор шагового двигателя вращается дискретно (шагами). И полный оборот ротора состоит из нескольких шагов.
Соответственно изменяя форму сигнала, количество импульсов, их длительность и фазовый сдвиг, можно изменять скорость и направление вращения двигателя.
Типы шаговых двигателей
Существует много разновидностей шаговых двигателей.
По типу ротора, шаговые двигатели делятся на: двигатели с постоянными магнитами, реактивные двигатели и гибридные двигатели.
Наиболее распространенные – гибридные шаговые двигатели.
В зависимости от конфигурации обмоток униполярными и биполярными.
- Униполярные шаговые двигатели. Особенность — наличие отпайки из средней точки, что позволяет с легкостью менять полюса. Минус состоит в применении части витков, поэтому уменьшается момент вращения. Для повышения мощности средний вывод подключать не рекомендуется.
Конструктивно униполярные устройства содержат пять и шесть выводов. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 выводов, или 6 выводов в случае если выводы о1 и о2 разъединены (как на схеме). Униполярный двигатель с двумя обмотками и отводами можно использовать в биполярном режиме, если отводы оставить неподключенными.
Одним из самых распространенных примеров униполярного шагового двигателя с пятью выводами может быть шаговый двигатель RKP-28BYJ-48-5V.
Биполярные шаговые двигатели. К этой группе относится шаговый двигатель, подключаемый к контроллеру через четыре отпайки.
Обмотки могут объединятся в параллель или последовательно. Для изменения направления тока применяются так называемые чипы, обеспечивающие ручное управление. Достижение такого эффекта доступно с помощью Н-моста. Если сравнивать с униполярным видом, биполярный тип гарантирует тот же момент, но при меньших размерах.
Для работы шагового двигателя (вне зависимости от его вида) можно выбрать один из трех режимов работы:
- Полношаговый режим – ротор поворачивается на 1 шаг за 1 такт.
- Полушаговый режим – ротор поворачивается на ½ шага за 1 такт.
- Микрошаговый режим – ротор поворачивается на ¼, ⅛ и т.д. шагов за 1 такт.
Угловой шаг
Большинство моделей шаговых двигателей имеет 200 шагов на оборот, т.е. 1.8° на шаг. Кроме этого производятся двигатели с шагом в 0.9°(400 шагов на оборот). Использование микрошагового режима, позволяет делить шаг без потери точности на 8-16 микрошагов.
Некоторые модели драйверов, могут делить шаг на 256 (драйвер TMC2209-UART) и даже 512 микрошагов (драйвер RKP-DM860H). Но практическое значение таких делений невелико – во-первых, для совершения каждого микрошага требуется подать отдельный импульс STEP, соответственно, требуется очень высокая частота импульсов, во-вторых, точность перестает расти уже после деления шага на 10-16 частей. Основным применением таких режимов остается повышение плавности хода двигателя.
В машиностроении наибольшее распространения на сегодняшний день получили гибридные шаговые двигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шагов на оборот).
Классификация шаговых двигателей
Шаговые двигатели стандартизованы по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 14, NEMA 16, NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34 и др.
Например, NEMA23 имеют размер корпуса 2,3 дюйма (57 мм) и могут создавать крутящий момент до 30 кгс⋅см.
При этом длина корпуса может изменяться от двигателя к двигателю в рамках одного размера.
NEMA14 (Например: Nema14-14HY0007-20)
- Габаритные размеры: 35х35 мм
- Диапазон длин: 26 – 36 мм
NEMA16 (Например: Nema16-FL39ST38-0504A)
- Габаритные размеры: 39х39 мм
- Диапазон длин: 20 – 30 мм
NEMA17 (Например: Nema17-17HS1011-20B, Nema17-60mm-6kg, Nema17-40mm-DS, Nema17-60mm-DS)
- Габаритные размеры: 42х42 мм
- Диапазон длин: 25 – 60 мм
NEMA23 (Например: Nema23-56mm-12kg-6, Nema23-50mm-DS-8)
- Габаритные размеры: 56х56 мм
- Диапазон длин: 41 – 76 мм
NEMA34 (Например: Nema34-150mm-130kg)
- Габаритные размеры: 86х86 мм
- Диапазон длин: 65 – 156 мм
Драйвер шагового двигателя
Сложная схема управления шаговым двигателем требует специального электронного устройства – драйвера шагового двигателя.
Драйвер – это элемент схемы, предназначенный для управления обмотками мотора путем подачи цифровых сигналов.
Драйверы шаговых двигателей вслед за самими двигателями делятся на униполярные и биполярные. Тип двигателя является самым важным фактором при выборе драйвера.
- Биполярный двигатель можно подключить только к драйверу биполярных двигателей.
- 6-выводной двигатель можно подключить к любому драйверу. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
- 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток внутри двигателя, последовательно или параллельно.
- Униполярный двигатель, при необходимости, можно подключить и к драйверу биполярного двигателя по схеме из нескольких диодов (лучше использовать диоды Шоттки), но такое подключение гарантирует корректность работы униполярного двигателя только в полношаговом режиме.
Задача драйвера – изменять ток в обмотках как можно более эффективно.
По способу закачки тока в обмотки на сегодняшний момент наиболее популярны ШИМ-драйверы шаговых двигателей.
Эти драйверы подают на обмотку шагового мотора ШИМ-сигнал очень высокого напряжения, которое отсекается по достижению током необходимого уровня. Величина силы тока, по которой происходит отсечка, задается либо потенциометром, либо DIP-переключателем, иногда эта величина программируется с помощью специального ПО. Эти драйверы достаточно интеллектуальны, и снабжены множеством дополнительных функций, поддерживают разные деления шага, что позволяет увеличить дискретность позиционирования и плавность хода.
Электрические характеристики включают в себя максимальное напряжение на входе, номинальную мощность, силу тока на выходе, максимальная сила тока на выходе, питание переменным и постоянным током.
Помимо этого у драйверов отличается частота ШИМ. Лучше, если частота драйвера будет более 20 кГц.
Если производитель шагового двигателя указал напряжение для обмотки (как правило, оно весьма мало, порядка 1-5 В), то максимальное напряжение для драйвера рассчитывается Umax = U*25. То есть превышение номинального напряжения более чем в 23-25 раз может привести к перегреву двигателя и выходу его из строя!
Если номинальное напряжение питания обмоток не известно. Максимальное питающее напряжение двигателя можно определить исходя из индуктивности.
Umax = 32 * √L , где L — индуктивность обмотки в мГн.
Мощность, потребляемую двигателем, можно оценить, перемножив полученное в расчетах максимальное напряжение питания на 2/3 от номинального тока двигателя. Например, 32*sqrt(2.4 мГн) * 2/3 * 3 А = примерно 100 Ватт.
Формула дает приблизительную оценку. В реальности потребление много ниже, и составляет примерно: двигатели серии 57 мм — 40-70 ватт, двигатели 86 серии — 65-120 ватт на двигатель, в зависимости от нагрузки, выставленного тока на драйверах и т.
Так же желательно, что бы драйвер имеет защиту от обратной индуцированной шаговыми двигателями ЭДС.
Подбор драйвера
Для того, что бы узнать подходит ли драйвер для шагового двигателя необходимо:
- Проверить, может ли драйвер выдавать ток фазы, равный (или примерно равный) току, указанному производителем двигателя. Если ток драйвера заметно меньше тока фазы двигателя – драйвер не подходит.
- Проверить максимальное напряжение питания двигателя. Желательно, чтобы максимально допустимое напряжение питания драйвера было примерно равно этому значению, или было немного больше. Если это условие не выполняется, то скорее всего двигатель вращаться будет, но больших скоростей достичь не удастся.
3D-принтеров Stepper Motors & Stepper Drivers
Sort ByAgivanceBestSellersCustomer Reviewsprice, Low-Highprice, высокий до выслуги.
- Съемный кабель
- Высокий крутящий момент
- Original Bond Tech
- Лучшее рассеивание тепла
- Самоклеящаяся подложка
- Оригинальная запчасть
- By Anycubic
- Оригинальная запчасть
- From Creality 3D
- Оригинальная запчасть
- Фиксированный кабель
- Высокий крутящий момент
- Original Bond Tech
- Драйвер 2-в-1 и радиатор
- Тихие движения
- Очень прочный
- Планетарная передача
- Высокий крутящий момент
- Original Bond Tech
- Оригинальная запчасть
- Для E3D Hemera XS
- Including drive gear
- Original spare part
- Adapter for increased compatibility
- Оригинальные запчасти
- 03
- Оригинальная запчасть
- Артиллерия
- Оригинальная запчасть
- Артиллерия
Все цены вкл.
НДС.
Разборка струйного принтера
Разборка струйного принтераВ процессе сборки моего ленточно-шлифовального станка 1″x42″ и выставочный дисплей pantorouter, который я израсходовал большая часть 8-мм валов у меня была. Такие струйные принтеры HP все-в-одном – хороший источник, поэтому я разобрал этот. Я нашел его на обочине год назад, полагая, что я мог бы все еще использовать его, если бы нашел адаптер питания, чтобы пойти с ним.
Каждый раз, когда я разбираю старый принтер, я всегда поражаюсь его механической изобретательности. внутри, так что я решил, что стоит написать об этом.
Часть сканера находится сверху принтера. Разбивая его,
Я держу в руках все кишки сканера. это разноцветный
Светодиодная лента, сенсорная лента и небольшой двигатель постоянного тока с зубчатой передачей для привода.
его вдоль зубчатого колеса в нижней части корпуса сканера.
Сканеры раньше
куда более сложные дела, с шаговыми двигателями, причудливой оптикой с зеркалами,
и полированные валы для скольжения.
Неудивительно, что сканеры стали такими дешевыми.
В прошлый раз, когда я хотел купить принтер, я купил принтер/сканер, потому что это было
самый дешевый вариант!
Кнопки в верхней части не имеют явных пружин, только кусочки пластика, которые гнутся, когда их толкают.
Пластиковый корпус образует ванну вокруг механизма принтера. Электроника — это всего лишь маленькая плата в углу. Никаких видимых силовых транзисторов или силовых ИС. Я думаю, что маленькие двигатели постоянного тока использование этого принтера более эффективно, чем используемые принтеры с шаговыми двигателями в использовании, поэтому меньше необходимости в силовой электронике.
Я отрезал пластиковую ванну ленточной пилой, чтобы было легче смотреть у механизма.
Здесь вы можете видеть полированный 8-миллиметровый вал, по которому скользит печатающая головка,
ремень ГРМ, приводящий его в движение (мой палец давит на него), и
прозрачная пластиковая лента с очень тонкими черными полосами для определения местоположения
ощущение.
Крупный план пластиковой полоски с тонкими черными полосами, примерно шесть на миллиметр. Полоса туго натягивается по ходу печатающей головки. оптический датчик на печатающей головке считывает полосу. Используя квадратурное кодирование, принтер точно знает, как далеко и в каком направлении печатающая головка сдвинулась.
Это позволяет принтеру устанавливать положение печатающей головки очень точно. высокая повторяемость, точнее, чем при использовании шагового двигателя и синхронизации пояс. Это необходимо для двунаправленной передачи с высоким разрешением. печать.
Двигатель, приводящий в движение печатающую головку, очень маленький. Двигатель постоянного тока. Двигатели постоянного тока быстрее и эффективнее, но позиционная обратная связь необходима для достижения точного управления. Но обратная связь по положению уже необходима для печатающей головки, поэтому может также используйте его для управления двигателем постоянного тока.
Извлечен полированный стальной стержень диаметром 8 мм.
Печатающая головка скользит по этому
стержень. Это основное “вкусно”, за которым я охотился.
На правом конце принтера находится плевательница. Принтер перемещает печатающую головку с этой стороны и запускает форсунки на полную мощность. власть очистить их. Войлочные подушечки внизу собирают чернила.
Также имеется швабра, которая может перемещаться по печатающим головкам. чтобы помочь очистить их.
С левой стороны принтера находятся две резиновые прокладки, которые поднимаются, когда печатающая головка упирается в штифт. Эти прокладки закрывают принтер картриджи, когда печатающая головка припаркована, чтобы предотвратить их высыхание вне.
Слева мотор и редуктор механизма подачи бумаги.
Крайняя левая белая шестеренка на фото имеет прозрачный диск с очень
прекрасный набор линий вокруг него. Оптический энкодер (на коричневой цепи
плата внизу) определяет точное движение подачи бумаги,
подобно тому, как определяется положение печатающей головки.
Двигатель подачи бумаги также представляет собой небольшой двигатель постоянного тока.
Я ломал голову над тем, что активирует механизм скребка справа. Я узнал как это работало после того, как я сломал его. Есть небольшая шестеренка (A), которая активирует скребок, и это подтянуто куском пластика (B), который я сломал. Этот пластик был часть узла на конце подающего ролика. Когда печатающая головка перемещается полностью вправо, он поворачивает этот механизм, что заставляет часть B поднимать шестерню A. чтобы зацепить его с шестерней на ролике подачи. Таким образом, двигатель подачи бумаги приводится в действие швабры. Это означает, что ракель можно использовать только между листами бумаги.
В механизме подачи бумаги много шестерен, и они, я думаю, включаются при двигатель подачи бумаги назад.
Я оставил двигатель подачи бумаги, ремень и шкив прикрепленными к их части шасси и
отрежьте это ножницами по металлу. Может когда-нибудь пригодится для чего-нибудь.
