Почему бы не использовать высокооборотные шаговые двигатели с высоким микрошагом с редуктором в 3D-принтере?

Question

Почему бы не использовать высокооборотные шаговые двигатели с высоким микрошагом с редуктором в 3D-принтере?

diy-3d-printer delta microstepping

3D-принтер использует шаговые двигатели для перемещения печатающей головки и выдавливания филамента. Они должны обладать хорошим крутящим моментом и разрешающей способностью.

Микрошаг улучшает разрешение в 32 раза (я думаю), но чем выше ваш микрошаг, тем меньше крутящий момент.

Так что...

Почему бы не вращать двигатель с микроступенчатой передачей на высоких оборотах (что также уменьшает крутящий момент) и не увеличить крутящий момент за счет тяжелого редуктора с использованием червячной передачи?
Не будет ли движение печатающей головки еще более плавным, а небольшие ошибки в микрошагах и неравномерности передач не будут усреднены с использованием подхода с высокими оборотами и редуктором?
Действительно ли микрошаг действительно обеспечивает точное разделение шагов?
Можем ли мы обойтись более слабыми двигателями, потому что крутящий момент будет увеличен за счет уменьшения передачи?
Можем ли мы обойтись 48 шаговыми шаговыми двигателями вместо 200, потому что уменьшение передачи обеспечивает повышенное разрешение?
Существуют экструдеры, которые используют гибкий вал для поворота червячной передачи в прямом экструдере, в то время как двигатель установлен на раме, которая поворачивает гибкий вал (на ум приходит пикантный шустрый). Почему бы им просто не использовать наименьший возможный шаговый двигатель для прямого вращения червячной передачи?

Увеличение частоты вращения двигателя и использование редуктора должны сохранить точность и крутящий момент, позволяя использовать более слабые и легкие двигатели, что потенциально снижает детализацию движения. Я думал, что это более простой подход, и я хотел понять, что я потеряю в качестве компромисса. Я рассматривал большее трение при червячной передаче и износ, более высокий нагрев двигателя и т. Д. Но, может быть, это что-то вроде "не чини то, что не сломано". 3D-принтеры в наши дни не так уж дороги. Я просто хотел бы, чтобы они были еще дешевле.

@Mitesh Patel, 👍3

Обсуждение

Проектирование-это процесс выбора компромиссов. Хотя ваша идея, безусловно, сработает, она накладывает свой собственный (довольно большой) набор компромиссов. Среди них: более сложный, больший износ, больший потенциальный вред от непреднамеренных перемещений оси, каждый движущийся интерфейс либо снижает точность, либо увеличивает трение, быстрая печать с высокими оборотами будет выделять больше тепла, существуют ограничения на точность обработки даже сырого пластика - независимо от точности машины и т. Д., @dandavis

3 ответа

Лучший ответ:

▲ 2

Есть старое правило, которое гласит: "Если вопрос начинается с" Почему они этого не делают", ответ, скорее всего, будет "деньги"".

В данном случае речь идет о стоимости червячных передач. Правильно сопрягаемые червячные передачи намного дороже в изготовлении, чем обычные цилиндрические шестерни. Это, вероятно, объясняет большую часть этого-не говоря уже о том, что 200 шаговых двигателей, которые мы видим на большинстве принтеров FDM, являются очень распространенным товаром, и чем больше вы что-то делаете, тем меньше стоит каждый из них.

Кроме того, вы не можете управлять большинством червячных передач с обратной передачей (особенно с высоким передаточным числом). Это не повлияло бы на экструдер (или не повлияло бы? Я видел много чего за ручки ходить на экструдере вала двигателя), но если я не могу вернуться-вожу X или Y оси, я был бы очень раздражен (использования ручного управления движением в прошивку все, как стол откатка) ... даже ходового винта по оси Z может быть обратно-управляемый без излишних усилий.

Итак, итог: то, что у нас есть сейчас, работает достаточно хорошо, и сделать его (может быть, совсем немного) лучше будет стоить дороже, чем то, что мы получим. ИМО.

15 июн 21, @Zeiss Ikon

Спасибо за ваш ответ. Вы, конечно, правы насчет непомерно высоких затрат на точные червячные передачи, но пикантные проворные люди уже используют пластиковые червячные передачи. Похоже, с точностью уменьшения 1:40 это не проблема. Двигатели Nema 17, используемые в большинстве 3D-принтеров, не очень дороги, но использование меньших и более быстрых двигателей может быть еще дешевле. Я имею в виду ту же точность, но дешевле, а не стремлюсь к большей точности. Кроме того, червячные передачи могут приводиться в движение вперед и назад двигателем, но нагрузка не может приводить в движение червяка, что является преимуществом IMO., @Mitesh Patel

Я повторяю еще раз-если я не смогу вернуться назад, по крайней мере, по моим осям X, Y и Z, произойдет довольно внезапная модернизация. "Задний привод"-это конец нагрузки, приводящий в движение двигатель, а не направление двигателя, приводящего в движение передачу. Большинство червячных передач (даже при соотношении всего 40:1) не могут приводиться в движение с выходного вала из-за углов трения., @Zeiss Ikon

Я не понимаю, зачем загружать двигатель заднего привода. Мне кажется, я упускаю здесь что-то важное. Так ли это, что если инерция нагрузки настолько велика, что если двигатель не поддастся, что-то в силовой передаче сломается, скорее всего, червячная передача? Я согласен, что нагрузка не может привести в действие червячную передачу, но я думал, что это сделает механизм более жестким, и двигателю не придется бороться с инерцией печатающей головки при изменении направления. Червячная передача изолировала бы двигатель от инерции печатающей головки., @Mitesh Patel

Когда я "выравниваю" свой стол, я автоматически возвращаюсь домой, устанавливаю смещение Z на толщину используемого мной щупа, а затем отключаю шаговые двигатели. Это заняло бы в несколько раз больше времени, если бы мне пришлось многократно переходить от меню "Переместить ось" X к Y, чтобы переместить стол и горячую точку, потому что я не мог управлять (бездействующим) шаговым двигателем, нажимая на нагрузку. Экструдер-это единственное место, где червячная передача не может вызвать проблем, но я не вижу необходимости в таком уровне рычагов; существующие экструдеры с редуктором используют передачу 2:1 или 3:1 и изменяют шаги на миллиметр в прошивке., @Zeiss Ikon

▲ 2

Существуют экструдеры, которые используют гибкий вал для поворота червячной передачи в прямом экструдере, в то время как двигатель установлен на раме, которая поворачивает гибкий вал (на ум приходит пикантный шустрый). Почему бы им просто не использовать наименьший возможный шаговый двигатель для прямого вращения червячной передачи?

Flex3Drive, из которого якобы был клонирован Zesty, допускает использование очень маленького двигателя NEMA-8, непосредственно соединенного с червячной передачей вместо гибкого вала. Это по-прежнему добавляет значительное (с точки зрения машин, стремящихся к ускорению 40 м/с2 и тому подобное) количество массы к инструментальной головке, и мне неясно, какая скорость/ускорение по оси E достижима при уменьшении 40:1 и таком маломощном двигателе.

А большего степперы обычно используется в 3D-принтеры вполне способны правдоподобное е-осевой скоростью или ускорением, что вам хотелось бы без передачи или с незначительными потерями (например, 2:1 или 3:1), Как только вы встаете с червячной передачей уровень отношений, это вопрос свойств конкретного мотора, можно ли получить достаточную скорость для приемлемого втягивание производительности или даже нормально печатать движения на очень высоких скоростях. Например, у меня есть Flex3Drive G5, и оригинальный электронный шаговый двигатель NEMA-17 от моего Ender 3 плохо работает с ним без дополнительной передачи со стороны двигателя вала. Однако "шаговый двигатель с высокой частотой вращения", как вы предлагаете, должен прекрасно справляться с червячным редуктором.

Итак, есть ли какая-то причина для этого? Если вы передаете силу таким образом, что не можете справиться с высоким крутящим моментом, например, с гибким валом, да. В противном случае-нет. Как уже говорили другие, современные микрошаги до смешного точны.

16 июн 21, @R.. GitHub STOP HELPING ICE

@*user77232* · Accepted Answer · 2021-06-15 16:51-00:00

Чтобы ответить на каждый вопрос:

Микрошаг улучшает разрешение в 32 раза (я думаю), но уменьшает крутящий момент, чем выше ваш микрошаг.

Крутящий момент не уменьшается за счет микрошагов. Уменьшение крутящего момента происходит только при движении на высоких оборотах. Сопротивление фазы двигателя должно соответствовать целевому значению оборотов в минуту (или скорости шага). Кроме того, микрошаг может достигать 1/256, и я лично использовал 1/128. Некоторые скажут, что все, что делает более высокий микрошаг,-это улучшает плавность, а не точность. Я лично протестировал 1/128 микрошагов по 17-дюймовой длинной оси. Мне удалось добиться точности и повторяемости с точностью до 5 микрон.

Почему бы не вращать двигатель с микрошагом на высоких оборотах (что также снижает крутящий момент) и не увеличить крутящий момент за счет сильного редуктора с помощью червячной передачи?

Ответная реакция! Весь смысл шаговых двигателей в том, что они обеспечивают движение без люфта. Установка передачи между электромагнитным и концевым эффектором создаст люфт, который необходимо компенсировать во время движения. Современные системы ЧПУ учитывают это в своих профилях перемещения и включают автоматическую компенсацию люфта (например, Mach3).

Не будет ли движение печатающей головки еще более плавным, а небольшие ошибки в микрошагах и неравномерности передач не будут усреднены с использованием подхода с высокими оборотами и редуктором?

Он уже достаточно плавный с 1/64 - м или большим микрошагом. Экструзионное сопло опускается только до 2 мм.

Действительно ли микрошаг действительно обеспечивает точное разделение шагов?

Да. Да, это так.

Можем ли мы обойтись более слабыми двигателями, потому что крутящий момент будет увеличен за счет уменьшения передачи?

Нет, потому что это просто остановится.

Можем ли мы обойтись 48 шаговыми шаговыми двигателями вместо 200, потому что уменьшение передачи обеспечивает повышенное разрешение?

Помимо того факта, что никто не делает 48 шагов за оборот двигателей, использование редуктора было бы нелогичным. В настоящее время существует 400 двигателей с шагом на оборот, которые фактически повышают точность без каких-либо потерь крутящего момента.

Существуют экструдеры, которые используют гибкий вал для поворота червячной передачи в прямом экструдере, в то время как двигатель установлен на раме, которая поворачивает гибкий вал (на ум приходит пикантный шустрый). Почему бы им просто не использовать наименьший возможный шаговый двигатель для прямого вращения червячной передачи?

Крутящий момент! Если бы они использовали небольшой двигатель для привода экструдера, им пришлось бы компенсировать потерю крутящего момента более высокой мощностью (т. е. напряжением). Это приведет к проблемам с охлаждением этого двигателя.

Суть в том, что если вы правильно определяете размеры двигателей и проектируете систему, то трансмиссия не нужна. Если вам нужен больший крутящий момент, приобретайте двигатели большего размера. Если портал должен быть легким, используйте механизм delta или corexy.