Является ли хорошей идеей включать термические предохранители в дизайн 3D-принтера DIY?

Question

Является ли хорошей идеей включать термические предохранители в дизайн 3D-принтера DIY?

3D-печать должна быть относительно безопасной, однако присущая 3D-принтерам природа со всеми нагретыми деталями представляет опасность возгорания. Хорошо спроектированный 3D-принтер должен быть максимально безопасным, особенно если он используется в домашних условиях... Да, при печати рекомендуется постоянно следить за 3D-принтером и никогда не оставлять печать без присмотра. Однако, поскольку некоторые сроки печати длятся часы и дни, это не всегда выполнимо и непрактично. Таким образом, следует включить некоторые встроенные функции безопасности, чтобы, по крайней мере, в некоторой степени снизить риск возникновения пожара.

Является ли использование тепловых предохранителей^1,2 хорошей идеей³?
Вы бы использовали более одного?
Где следует разместить тепловой предохранитель? Рядом с конкретным компонентом или свободно стоящимв воздухе, чтобы получить среднюю, а не сильно локализованную температуру?
Против каких компонентов следует устанавливать тепловой предохранитель? Есть несколько мест на выбор, например, рядом с:
- В хотенде?
- На столе с подогревом?
- Экструдер?
- Каждый из шаговых двигателей?
- Источник питания?
- Драйверы шаговых двигателей RAMPS?
Что менее важно, какой тип следует использовать⁴, радиальный или осевой?

Common thermal fuses

Кто-нибудь добавлял тепловые предохранители в свои 3D-принтеры? Или кто-нибудь изучал, где расположены тепловые предохранители в коммерческих конструкциях 3D-принтеров, если они вообще используются?

Фон

Недавно мне пришлось ремонтировать рисоварки и вентиляторы в Таиланде. В них очень часто требуется замена теплового предохранителя (осевые тепловые предохранители для рисоварок и квадратные "радиальные" типы для вентиляторов), поскольку они взорвались до того, как устройство нагрелось достаточно, чтобы начать огонь. Это заставило меня задуматься об их использовании в 3D-принтере.

Сноски

¹ Мы не говорим о стандартном, сменном термоплавком предохранителе или предохранителе, которые срабатывают при скачке тока,коротком замыкании и т.д. Это тепловые предохранители, которые содержат внутри себя металлический разъем, который плавится (постоянно) при определенной температуре (обычно ~135°C), тем самым разрывая цепь.

² Я также не имею в виду сбрасываемые предохранители (они же PPTC, многофазные, многофазные или многопереключатели).

³ Будет ли тепловой предохранитель предпочтительнее термического отключения в случае пожара?

⁴ Тепловые предохранители, используемые в рисоварках, имеют осевой тип, а в двигателях вентиляторов-радиальный тип.

@Greenonline, 👍5

Обсуждение

У меня вышел из строя термистор на 24-вольтовом принтере с нагревателем картриджа, и он стал достаточно горячим, чтобы сжечь каптоновую ленту, прежде чем я это заметил. Моя точка зрения здесь заключается в том, что я не думаю, что наблюдение или работа с течением-это хороший путь. Большинство нагревателей, которые мы используем, способны что-то сжечь, просто оставив их включенными с 5а, которые они получают. Конечно, вы можете найти правильный нагреватель, который не превысит вашу температуру при полной силе тока и неограниченном времени, но тогда начальный нагрев будет ужасным., @tjb1

Извините, я прочитал сноску 1 и пропустил "нет". Теперь, когда мы говорим о тех, которые тают, у меня есть другие комментарии! В прошлый раз, когда я смотрел, я думаю, что было трудно найти тот, который мог бы выдерживать температуру горячей точки, так что установка рядом с нагревателем будет невозможна, может быть, дальше по тепловому разрыву, но тогда вам нужно поэкспериментировать. Я полагаю, что большинство пожаров происходит из-за проводки, либо на столе, либо в контроллере, и это было бы трудно поймать с помощью предохранителя, если только он уже не горит. Вам было бы лучше воспользоваться детектором дыма и отключить питание, а может быть, и предохранитель рядом с хотендом., @tjb1

@tjb1 - Хорошие моменты по поводу проводки, хотенда и размещения предохранителя над тепловым разрывом. Когда вы говорите "отключить питание", что вы имеете в виду? Автоматически, через детектор дыма, подключенный к выключателю питания? Или вручную, услышав сигнал тревоги? Кроме того, я так понимаю, что вы имеете в виду *тепловой* предохранитель рядом с хотендом (в вашем последнем предложении). Не хотите ли вы получить ответ из своего комментария? Однако, по общему признанию, ответ Тома, похоже, уже охватывает большинство пунктов... хотя любые *дополнительные* пункты были бы весьма кстати..., @Greenonline

Я никогда не смотрел достаточно, чтобы увидеть, можно ли получить детектор дыма с реле для питания. Я уверен, что вы могли бы подключиться к одному из них и подключить реле к зуммеру, но теперь вы полагаетесь на свою работу, так что это зависит только от вас. Да, в конце я упоминаю предохранитель на хотенде, потому что думаю, что это единственное место, где он может быть полезен, и его нужно будет разместить достаточно далеко от нагревателя, чтобы вы не превышали лимит предохранителя, когда поднимаете хотенд до 200-300 ° C. У них обычно температура выдержки намного ниже, чем у температуры открытия, а один из них, который я видел, держит температуру 200С, но не открывается до 240С., @tjb1

Я вижу, вы уже приняли мой ответ. Лучше подождать несколько дней, потому что вопросы с принятым ответом привлекают меньше новых ответов, и, возможно, кто-то другой напишет лучший ответ., @Tom van der Zanden

@TomvanderZanden - Вы делаете хороший вывод, и я действительно раньше сдерживал свое принятие. Тем не менее, на одном сайте SE, я не могу вспомнить, какой из них, я был эффективно _told_ принять ответ через несколько часов, и когда я указал, что я предпочел бы подождать, чтобы увидеть, если что-то еще было опубликовано, мне сказали, что я всегда могу изменить принятый ответ, если появится новый и лучший ответ. Смысл, который они пытались сделать, состоял в том, чтобы держать очередь без ответа короткой. Это был бета-сайт, но я не помню, какой именно... Что бы это ни было, я больше не часто его посещаю., @Greenonline

@TomvanderZanden - Я наконец нашел комментарий(ы), о котором я говорил, о быстром принятии ответов, см. [here](https://robotics.stackexchange.com/questions/7864/can-rc-servo-motors-continually-rotate/12691#comment11452_7864), @Greenonline

7 ответов

Лучший ответ:

▲ 1

Да, меры, снижающие вероятность пожара, - хорошая идея.

В проекте DIY такой предохранитель действительно хорошая идея. Я использую пакет принтера/программного обеспечения/прошивки, который контролирует температуру и не открывается (удаляет ток), если показания выходят за пределы диапазона; однако существует также аппаратная защита (термовыключатель) на случай, если другие меры предосторожности не сработают.

17 мая 17, @Davo

▲ 1

ИМХО, если вы ищете пожарную безопасность без присмотра, вы бы посмотрели на что - то более специфичное для этой работы, чем измерение или ограничение температуры компонентов принтера. Это здорово, насколько это возможно, когда это работает, но это совсем не похоже на полное решение. Отключение электроснабжения не потушит пожар, который перешел в горение пластика и т. Д. Разумная защита от перегрузки по току для начала. Содержат принтер внутри металлического шкафа или cementboard подкладке шкафу (негорючий корпус), добавить тепла и/или детектор дыма в верхней части этого корпуса, и снаряжение, чтобы не только отрезать питания к принтеру, но (учитывая, дело зашло так далеко, не так, чтобы сработала сигнализация) также засчитываются средства пожаротушения (эффективность которого будет усилен за счет корпуса.)

Немного поискав (извините, за предсказуемо высокие цены), мы обнаруживаем, что действительно есть огнетушители с клапаном "с разбрызгивателем", прикрепленным для этого типа работы по "точечному подавлению", которые покрывали бы часть работы по "отключению огнетушителя" без необходимости в какой-либо мощности. Вам все равно понадобится тепловой детектор, который отключит подачу электроэнергии на принтер в случае аномально высоких температур в корпусе, и вам может понадобиться детектор дыма, делающий то же самое.

Это, вероятно, соответствует примерно 0% фактических установок в настоящее время, но это был бы хороший способ снизить риск в случае серьезной неисправности. Предположительно, текущее распределение рисков очень похоже на заявление производителя:

"рекомендация заключается в том, чтобы во время печати постоянно следить за 3D-принтером и никогда не оставлять печать без присмотра".

А затем пользователь решает не делать этого, возлагая ответственность за любой плохой результат на пользователя как на несоблюдение рекомендаций производителя, какими бы непрактичными они ни были.

25 мая 17, @Ecnerwal

▲ 1

У меня есть штука-O-Matic, которая включала тепловой предохранитель над тепловым разрывом.

Для моего домашнего принтера (большая машина delta) У меня есть пожарная и пожарная сигнализация, установленные под верхней частью печатного тома. Они соединены вместе и обеспечивают мне сухой контакт " НЕТ " и "НЕТ". Мой план состоит в том, чтобы подключить это к схеме отключения питания. Я не нашел хорошего способа залить всю машину, включая электронику, газом CO2 или другим огнетушителем, когда звучит сигнал тревоги.

Я добавил некоторую дополнительную информацию о деталях, которые можно приобрести на DigiKey: Первый - это тепловой предохранитель 10 А, 152 ° C, рассчитанный на линейное напряжение. Это было бы уместно для приклеивания к нагретому столу. Второй рассчитан на срабатывание при температуре 260 ° C. Оба они стоят менее 1,50 доллара каждый.

29 авг 18, @cmm

Эта вторая часть *не* срабатывает при 260°C, это максимальная температура оплавления. Он на самом деле срабатывает при 210°C, тип. Практически невозможно найти TCO от авторитетного поставщика (т. Е. Не eBay) с достаточно высокой температурой срабатывания для горячего конца., @SiHa

@SiHa Спасибо за двойную проверку. Я еще раз взгляну на спецификацию. Если нет теплового предохранителя, который можно было бы непосредственно использовать на горячем конце, возможно, все же было бы полезно установить предохранитель с более низкой температурой на холодной стороне теплового разрыва?, @cmm

Я проверил только потому, что это взволновало меня, потратив несколько часов несколько месяцев назад на поиски именно такого товара :), @SiHa

▲ -1

Я не нашел хорошего способа залить всю машину, включая электронику, газом CO2 или другим огнетушителем, когда звучит сигнал тревоги.

Сервопривод или какой-либо другой привод, подключенный к огнетушителю, а затем присоедините его к термопаре или какому-либо другому датчику. Может быть, поддельный Arduino, который у маленьких стоит 2 доллара за штуку. Поскольку Arduinos с открытым исходным кодом, вы ничего не пиратствуете, так что с чистой совестью.

13 июн 19, @Michael D

Я слышал о людях, размещающих самоактивирующиеся огнетушащие шары над своими принтерами. Не уверен, действительно ли эти вещи работают или нет, но это стоило бы расследовать., @R.. GitHub STOP HELPING ICE

▲ 3

Да, вы должны использовать тепловой предохранитель. Но только для того, чтобы защитить саму плату от перегрева. Однако предохранители PTC - это "нет".

Перестраиваемый предохранитель PTC после первого срабатывания долгое время не возвращается в прежнее состояние с низким сопротивлением. Иногда часы, иногда дни, иногда годы. Поскольку он сохраняет свое более высокое сопротивление, даже если система не находится в перегретом состоянии, в следующий раз предохранитель сработает быстрее. Это может привести к ложным срабатываниям во время печати или другой операции.

Сброс часто не выполняется, даже если была удалена только неисправность при продолжающемся питании, так как рабочий ток может быть выше тока удержания PPTC. Устройство может не вернуться к своему первоначальному значению сопротивления; скорее всего, оно стабилизируется при значительно более высоком сопротивлении (до 4-кратного начального значения). Устройству могут потребоваться часы, дни, недели или даже годы, чтобы вернуться к значению сопротивления, аналогичному его первоначальному значению, если оно вообще вернется.

https://en.wikipedia.org/wiki/Resettable_fuse

В настоящее время я изучаю использование датчика тока с эффектом Холла и некоторых схем. В зависимости от длительности и величины тока заряжается небольшой конденсатор. Когда достигается пороговое значение (определяемое компаратором напряжения), питание отключается, чтобы конденсатор разрядился (и нагревательный элемент остыл). Это должно препятствовать тому, чтобы температура нагревательного элемента не превышала заданный максимум.

14 июн 19, @user77232

PPTC, или полифуз, *не* является тепловым предохранителем, хотя (сбивает с толку) они работают из-за повышения температуры из-за перегрузки по току, в то время как тепловой предохранитель работает из-за *внешнего* повышения температуры. PPTC действительно *сбрасывают* себя (со временем), хотя и с другим сопротивлением, но тем не менее они сбрасывают себя. [Термические предохранители](https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_cutoff#Thermal_fuse) являются одноразовым использованием, которые *обрываются*, разомкнуты и нуждаются в замене. Поэтому фраза "Нет, вы не должны использовать термический предохранитель" кажется немного вводящей в заблуждение (и, возможно, опасным советом). Все остальное, однако, хорошо., @Greenonline

▲ -1

Я собираюсь настроить это для своего принтера: Безопасное отключение 3D - принтера- Детектор дыма

Похоже, это отличное решение для предотвращения пожаров.

17 июн 19, @Robert

Добро пожаловать в компанию 3D Printing SE. Мы с нетерпением ждем от вас многочисленных комментариев и вопросов. Это был бы лучший ответ, если бы он содержал информацию о том, на что вы ссылаетесь. Ссылки приходят и уходят, но мы хотим, чтобы ответы оставались навсегда., @cmm

@cmm - Я обновил ответ *некоторой* соответствующей информацией по ссылке. Хотя, возможно, потребуется немного больше...?, @Greenonline

@*Tom van der Zanden* · Accepted Answer · 2017-05-17 14:47-00:00

Следует ли вам использовать термический предохранитель или нет, зависит от того, какие другие меры безопасности вы приняли. Вы не можете посмотреть на функции безопасности принтера в изоляции, вам нужно посмотреть, какие другие меры применяются.

Основная опасность пожара в принтерах, к сожалению (по-прежнему), заключается в том, что некоторые производители используют недооцененные разъемы на своих платах, а некоторые пользователи вставляют оголенные провода в винтовые клеммы или используют недостаточный крутящий момент при затягивании клемм. Когда провод ослабевает, он начинает образовывать дугу и поджигать разъем. Термический предохранитель не помогает в этой ситуации (если только вы не разместите термические предохранители рядом со всеми разъемами, что нецелесообразно). Вместо этого:

Правильно затяните винтовые клеммы, проверьте их и рассмотрите возможность использования надлежащего окончания провода (обжимные наконечники).
Используйте снятие напряжения на проводах. Убедитесь, что провода ни о что не трутся, и направляйте их так, чтобы они не изгибались в узком радиусе. Поскольку экструдер (или печатный стол) постоянно движется, эти провода подвержены усталости.
Убедитесь, что разъемы (особенно для обогреваемого стола) рассчитаны на ток, проходящий через них, и при необходимости припаяйте провода непосредственно к плате.

Использование обычного предохранителя может защитить от короткого замыкания проводов друг против друга в случае повреждения их изоляции. Предохранители обычно уже встроены в основную плату.

Большинство прошивок включают в себя некоторые варианты защиты от тепловоговоздействия, функцию, которая отслеживает нагреватели и выключает принтер, если он замечает, что что-то пошло не так. Это защищает от:

Термистор ослабевает/считывает неправильные значения/и т. Д...

но не против:

Ошибки в самой прошивке
Выход из строя МОП-транзистора

Большинство принтеров используют МОП-транзисторы для переключения питания на нагревательный элемент. К сожалению, когда МОП-транзисторы выходят из строя, они обычно выходят из строя закрытыми (т. е. проводящими). Это означает, что, даже если прошивка обнаружит, что что-то пошло не так, она ничего не сможет с этим поделать. Твердотельные реле (симисторы) могут выйти из строя таким же образом.

Для защиты от этого хорошей идеей может быть установка теплового предохранителя (или биметаллического выключателя с возможностью сброса*) на отапливаемом столе. Однако тепловые предохранители с номинальной мощностью до рабочей температуры hotend, по-видимому, недоступны, поэтому это не вариант.

Физическое прикрепление предохранителя к контролируемой части является наиболее надежным, но, например, с помощью hotend (если вы хотите защитить все это), это может оказаться невозможным при высоких температурах, поэтому вам придется довольствоваться контролем температуры воздуха поблизости.

Также рассмотрите возможность тепловой балансировки. Тепловой предохранитель не нужен, если компонент не может перегреться с самого начала. Например, большинство столов с подогревом MK2 с трудом поднимаются даже до 100 ° C, поэтому даже при коротком замыкании МОП-транзистора они не представляют опасности. Однако, если у вас есть мощный стол с подогревом высокой мощности (от сети), вам обязательно следует установить тепловую защиту.

E3D снабжает свои горячие концы нагревателями мощностью 25 Вт, 30 Вт и 40 Вт. Нагреватель мощностью 25 Вт является более безопасным выбором, так как он ограничивает максимальную температуру, до которой может добраться горячий конец, в то время как с нагревателем мощностью 40 Вт вы можете достигать более высоких температур (и достигать их быстрее). За исключением очень маловероятного сценария, в котором одновременно (1) происходит сбой источника питания и начинает подаваться избыточное напряжение, и (2) МОП-транзистор и/или микропрограммное обеспечение выходят из строя, нагреватель, размер которого соответствует нагрузке, на которую он воздействует, никогда не может представлять никакой опасности.

Я не думаю, что принято устанавливать тепловые предохранители на шаговые двигатели, шаговые приводы или источник питания (который должен иметь собственную защиту). Для каждого возможного места для размещения термического предохранителя вы, вероятно, можете придумать режим отказа, в котором этот предохранитель спас бы день, но в определенный момент он просто становится излишним. Шаговые драйверы, скорее всего, сгорят задолго до того, как степперы станут достаточно горячими, чтобы представлять угрозу, и перегрев шагового драйвера, вероятно, (сильно) уничтожит его, но впоследствии он не должен представлять никакой угрозы.

Осевой в. с. радиальный не имеет значения, просто используйте все, что удобно для вашей ситуации.

^{* Обратите внимание, что некоторые биметаллические переключатели замыкают один из выводов (металлический)
в случае срабатывания, что представляет опасность, особенно для обогревателей, работающих от сети.}