Standard

Technical

Composites

 

Millorant la producció amb eines open source II

En aquest nou lliurament d’eines open source que utilitzem a BCN3D Technologies per millorar la producció us portem un banc de proves per hotends.

Per qui encara no ho sàpiga, el hotend és l’element que s’encarrega de fondre el filament de plàstic i dipositar-ho a través d’un filtre de 0,4mm. Consta de les següents parts:

width=100%
  1. Disipador
  2. Heat-break
  3. Hot-block
  4. Nozzle o boquilla
  5. Termistor
  6. Resistencia

 

Per poder verificar tant el muntatge com el correcte funcionament del mateix, hem dissenyat el Hotend Test Bench, una eina que s’ha fabricat amb tecnologies de fabricació digital com el tall per làser i la impressió 3D.

 

El Hotend Test Bench és bàsicament una placa electrònica amb uns suports específics per verificar 6 hotends de manera simultània, tot empaquetat en una bancada per a la seva fàcil manipulació i transport.

 

Què és el que es verifica?

El que s’ha automatitzat en aquest banc de proves és la comprovació dels elements elèctrics/electrònics, és a dir, la resistència o element calefactor i el termistor o sensor de temperatura.

La potència de les resistències és de 40W a 24V, per la qual cosa el valor resistiu deu ser de 14,4 Ohms en valor nominal. Es poden observar dos efectes si el valor real de la resistència es desvia del nominal. Si la resistència és molt baixa, la circulació de corrent augmenta (Llei d’Ohm) i aquesta dissiparà més potència podent arribar a danyar algun component. D’altra banda, si la resistència és massa elevada, la potència dissipada serà insuficient per arribar a la temperatura de treball desencadenant problemes d’impressió.
Per verificar aquest component hem optat per realitzar un cicle d’escalfament a una temperatura objectiu i calcular el temps que triga a aconseguir-ho, sempre comparant-ho amb un temps estàndard considerat correcte.

Pel que fa al termistor, est deu tenir una resistència de 100K Ohms a 25 graus. Un termistor no és més que una resistència variable amb la temperatura. Mitjançant un senzill circuit divisor de tensió, el convertidor analògic-digital del microcontrolador és capaç de llegir aquest valor i interpretar-ho. Per comprovar el termistor simplement llegim el seu valor a temperatura ambienti i verifiquem que es trobi dins de toleràncies.

 

El Hotend Test Bench

El Hotend test Bench es compon de la placa electrònica i les peces mecàniques.

L’electrònica és una placa de doble capa de 10×5 cm que conté els següent elements:

  • Microcontrolador ATmega328. Compatible amb Arduino.
  • 6 canals de potència. Un per cada Hotend.
  • 12 Leds indicadors d’estat de cada hotend. Els leds es controlen a través de registres de desplaçament amb tres pines del microcontrolador.

 

Tot el conjunt s’alimenta a través d’una font d’alimentació de 24V/320W.
A continuació es pot veure la placa per davant i per darrere.

 

chip-1

 

Els leds de la part frontal indiquen si el hotend s’està escalfant, si la comprovació és correcta o incorrecta i si la temperatura és suficientment baixa com per manipular-los.

 

chip-2

 

La part mecànica la podríem separar en xapa i peces impreses. Les xapes són d’alumini de 3 mm i pintades amb pintura negra mat. La resta de peces blanques són de PLA. La impressió 3D ens ha permès dissenyar suports per als connectors aeris dels hotends i un suport dedicat per a la placa electrònica.

 

chip-3

 

Com es pot veure en la imatge, els hotends es disposen per la part posterior sobre el suport dedicat i queden penjant dins del receptacle evitant possibles contactes i cremades indesitjades.

Una vegada el cicle de comprovació s’ha completat, un polsador permet encendre els ventiladors laterals i accelerar la refrigeració per realitzar un altre cicle en el menor temps possible.

 

chip-4

 

Visualitzant les dades en l’ordinador

Un dels problemes amb el qual ens trobem en dissenyar aquesta eina era que no teníem manera de visualitzar de manera gràfica les temperatures que el microcontrolador llegeix. Sí que érem capaços de veure l’evolució de les temperatures a través del port seriï però no resultava molt visual.

Per aquest motiu hem decidit fer una mini aplicació amb Processing que obre aquest mateix port seriï i representa gràficament les temperatures en temps real.

 

chip-5

 

El funcionament de l’aplicació és bastant senzill. El microcontrolador envia cada 0,5 segons un vector amb les temperatures dels 6 hotends en graus celsius i el programa interpreta les temperatures ajustant-les a l’àrea del gràfic. Cada temperatura representa un punt que s’uneix al següent mitjançant una línia recta, d’aquesta manera obtenim un gràfic continu.

En la imatge es pot observar una prova amb 3 hotends connectats. Es pot apreciar fàcilment com cada hotend té una resposta dinàmica diferent. Això pot venir causat per la tolerància del valor de la resistència i la dispersió en les lectures del termistor.

 

Conclusions

El hotend és una peça clau per al funcionament de les nostres impressores 3D i per aquest motiu necessitem comprovar que es trobi dins dels nostres estàndards de qualitat. El disseny d’aquesta eina està publicat en el repositori Hotend-Test-Bench del nostre compte de Github baix llicencia MIT. Al final del repositori trobaràs una llista de coses a millorar, així que si saps Processing, ens pots tirar una mà!

 

chip-6

 

Si tens algun dubte o suggeriment contacta amb nosaltres! Recorda que podràs trobar tots els arxius d’aquest projecte i més al nostre portal github

SHARE