Уменьшение шума в принтере Cheap3D

При печати даже небольших деталей на 3D принтере от него можно услышать целые музыкальные композиции, что первое время позабавит, а в дальнейшем начнёт надоедать.

Небольшая заметка под катом, как уменьшить шум на принтере Cheap3D или любом другом аналогичном, построенном на ардуино с 8-битным микроконтроллером.

Время от времени изучая электронику для построения принтеров (интересно попробовать другие мозги для него), я натыкался на различные драйверы шаговых двигателей. Основные типы драйверов, которые я видел, построены на следующих микросхемах.

Различные типы драйверов

A4988

Стандарт стандартов, лепят везде и всюду, есть уже и клоны, и подделки. Самый дешевый вариант и можно купить практически везде.

Краткие характеристики:

  • Совместимость с 3,3 В и 5 В управляющими напряжениями;
  • Выбор шага: полный, 1\2, 1\4, 1\8, 1\16;
  • Максимальное напряжение питания для нагрузки 35 В;
  • Максимальный выходной ток 2 А.

Выглядит вот так:

B41-1

Радиатор приклеивается сверху, прямо на микросхему, но нужно иметь осторожность, чтобы этим же радиатором не замкнуть компоненты или выступающие пины по бокам, а то выгорает или получаются странные эффекты в работе.

LV8729

Данные драйверы позиционируются вроде под 32-битную электронику, на 8-битной будет работать даже хуже чем первый. Здесь нет интерполяции микрошага, что даёт возможность достигнуть высокой точности перемещений с двигателями с шагом 0,9° (а не стандартными 1,8°), при условии, что управляющий микроконтроллер умеет производить расчёты таких микрошагов.

Краткие характеристики:

  • Совместимость с 3,3 В и 5 В управляющими напряжениями;
  • Выбор шага: полный, 1\2, 1\4, 1\8, 1\16, 1\32, 1\64, 1\128;
  • Максимальное напряжение питания для нагрузки 36 В;
  • Максимальный выходной ток 1.8 А.

Выглядит вот так:

B41-2.jpg

Радиатор приклеивается сверху, но отвод тепла напрямую. Также стоит отметить, что есть драйверы с микросхемой снизу, что должно пагубно сказаться на теплоотдаче, поэтому, если есть возможность, лучше покупать вариант драйвера как на фото выше.

TMC2100

Этот драйвер шагового двигателя, предназначенный для бесшумной или плавной работы с 8-битными микроконтроллерами. Драйвер имеет два режима работы:

  • stealthChop — для бесшумной работы и максимально плавного движения, маломощный режим работы;
  • spreadCycle — предлагает плавную работу и большую энергетическую эффективность в широком диапазоне скоростей и нагрузок, то есть очень быстрая реакция на изменение скорости и нагрузки двигателя.

Краткие характеристики:

  • Совместимость с 3,3 В и 5 В управляющими напряжениями;
  • Выбор шага: полный, 1\2, 1\4, 1\16 + интерполяция до 1\256;
  • Максимальное напряжение питания для нагрузки 46 В;
  • Максимальный выходной ток 2.0 А (пиковый 2,5 А).

Выглядит вот так:

B41-3

Радиатор приклеивается сверху, но отвод тепла не напрямую, а через печатную плату. Есть 3-4 модификации этой платы и они довольно сильно отличаются по удобству настройки и расположения элементов в целом.

Также стоит отметить, что появились TMC2130 и TMC2208, но чего-то принципиально нового я в них не нашел, более того, на момент покупки они были не так сильно распространены и цена кусалась.

DRV8825

Драйвер по характеристикам выглядит как немного прокачанная версия A4988 — помощнее и есть микрошаг 1\32.

Краткие характеристики:

  • Совместимость с 3,3 В и 5 В управляющими напряжениями;
  • Выбор шага: полный, 1\2, 1\4, 1\16, 1\32;
  • Максимальное напряжение питания для нагрузки 45 В;
  • Максимальный выходной ток 2,5 А.

Выглядит вот так:

B41-4

Радиатор приклеивается сверху, отвод тепла напрямую от микросхемы.

Установка драйверов

В итоге я выбрал-таки пока простой вариант — просто заменить драйверы на TMC2100, не меняя управляющую плату. Долго выбирал, какой версии и у какого продавца заказать, определился, заказал на Али. Ожидание в 3 недели и они у меня на руках:

B41-5

Вот так в сравнении с оригинальными на A4988, которые шли вместе с принтером:

B41-6Шаговые двигатели на принтере стоят обычные 1,8° и 1,7 А:

B41-7

Самые распространённые модели шаговых двигателей:

  • 17HS4401 ток 1,7 A – обычный, аналогичный на фото выше;
  • 17HS8401 ток 1,8 А – более мощный;
  • 17HS4402 ток 1,3 A – с меньшей мощностью и менее шумный от этого.

Устанавливаем драйверы:

B41-8

Здесь стоит отметить 2 важных момента:

  • На конкретно этих драйверах ножки выбора режима CFG1, CFG2, CFG3 на плате драйвера никуда НЕ подключены и по умолчанию выставлен режим 1/16->256 SpreadCycle ! Если ноги подключены, то лучше их выкусить\выпаять, а режим выставлять перемычками, специально предназначенными для этого на плате самого драйвера;
  • Необходимо перевернуть на 180° ВСЕ разъёмы на шаговые двигатели, как наглядный пример как это было с драйверами A4988 изначально (и сравните с фото выше, как это выглядит сейчас):

B41-9.jpg

Настройка драйверов

Тут всё довольно просто, если установили драйверы правильно, надо только рассчитать и выставить ограничение тока на двигателях (или банально ничего не рассчитывать, а подкрутить в работе с нуля ;) ).

Среднеквадратичное значение тока из опорного напряжения:

Irms = (Vref * 1,77 А) / 2,5 В

Опорное напряжение из среднеквадратичного значения тока:

Vref = (Irms * 2,5 В) / 1,77 А

Да, и не забываем из среднеквадратичного значения получить максимальное значение тока, для которого и будет работать ограничение:

Ilim = 1,41 * Irms

Пример расчёта, на какой ток у меня выставлены драйверы в данный момент:

  • Для X и Y осей я выставил 1,3 В, что означает Ilim = 1,41 *(Vref * 1,77) / 2,5 = 1,41 * (1,3 * 1,77) / 2,5 ~ 1,3 А
  • Для X и Y осей я выставил 1,18 В, что означает Ilim = 1,41 *(Vref * 1,77) / 2,5 = 1,41 * (1,18 * 1,77) / 2,5 ~ 1,17 А

Ток занижен, но проскакиваний или других проблем во время печати нет, а двигатели тем более не греются, но вот сами драйверы требуют принудительного обдува (без слабенького кулера никак)! Возможно, у вас потребуется корректировка во время работы, и ещё раз: если принтер начинает проскакивать шаги (к примеру, эструдер) после некоторого времени печати, проверьте температуру драйверов, их НЕОБХОДИМО охлаждать дополнительно кулером!

Итог

С аккуратностью эти драйверы устанавливаются без каких-либо проблем, а также дают вполне ощутимый результат как по уменьшению шума печати, так и по (вроде бы) качеству печати, так как заметил, что практически исчезли «волны» при печати корпусов и других достаточно длинных деталей (но за это время я, конечно, еще много с какими параметрами слайсера экспериментировал, и поэтому гарантировать, что это именно из-за драйверов, не могу).

Пример печати с A4988 драйверами:

И та же самая модель, но с TMC2100 драйверами:

Сьёмка довольно близко произодилась, может и не так сильно поэтому слышна разница, но на расстоянии метра от принтера я теперь только шум куллеров слышу во время обычной печати, если печатать что-то с большой скоростью, то шум двигателей таки появляется, хоть и не такой музыкальный как ранее.

ЗЫ. Натыкался на сообщения о проблемах с этим драйвером (пример 1, пример 2 и т. д.) — не решался взять их из-за этого некоторое время, но в итоге рад, что купил. Думаю, что не стоит покупать самые дешевые лоты с этими драйверами, как раз они могут быть проблемными (пример обсуждения косяков).

На этом всё, ровной и бесшумной печати вам! ;)

Реклама

2 Comments »

  1. Спасибо, возьму на вооружение. Скорее всего, во второй версии своего принтера, по осям X Y буду ставить.

    Нравится

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s