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御家庭用3Dプリンターの脱調の原因とは?

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3Dプリンターでの脱調とはなにか?

3Dプリンター溶かしたマテリアル(フィラメント)をソフトクリームの要領でグルグル画いて立体を作っています。

小さなパーツを出力するにも、そこそこの時間がかかる3Dプリンターです。

何時間も動き続けて出力してくれる3Dプリンターさんには本当に感謝しています!!

 

そして、大きな出力物を出力しようとすると何時間もかかる・・・。

モノによっては30時間ぐらいかかる・・・。

3Dプリンター!!

私に代わって働き続けてくれたありがとう!!

(≧▽≦)

しかし3Dプリンターは一定の確立でプリントミスをします。

様々なパラグラフを適切に設定していても一定の割合でプリントミスするんです・・・。

出力ミスのしにくい形状や配置もあるのですが、プリントミスは起こります。

様々な原因がありますが、今日は脱調について書いていこうと思います。

(≧▽≦)

3Dプリンターの脱調とは?

標準的な3dプリンターは4つのステッピングモーターによって動いています。

ヘッドの位置を決めるのは、X軸、Y軸、Z軸のステッピングモーターです。

3DプリンターのプログラムはGコードに従いX軸、Y軸、Z軸のステッピングモーターにパルス信号を送ります。

X軸、Y軸、Z軸のステッピングモーターは、その信号を受け取り、命令のままに動かすだけです。

つつまり、一度ズレてしまった座標軸を「計ったり」「確認したり」「ずれを戻したりする」機能はありません。

一度ズレたら(脱調したら)そのまんま!!

(≧▽≦)

ステッピングモーター特有の脱調とは?

ステッピングモータは過負荷や急な速度変化の際に、入力パルス信号とモータ回転との同期が失われる事があります。

この様な状態を、脱調といいます。

原因と要因はこんな感じ!!

  1. 急激な加速・減速命令による負荷。
  2. 不得意な固有振動領域。
  3. 過負荷による脱調。

1、急激な加速・減速命令による負荷

ステッピングモーターは、プログラムから送られるパルス信号によって制御されます。

早く動かすときには、一秒間に沢山パルスを送って回転速度を上げます。

遅く動かすときには一秒間に少ないパルスを送って速度を落とします。

ステッピングモーターはお値段によって性能も様々!!

モーターの対応領域を超えた急加速、急減速が命令されたときに脱調が起こります。

対策としては4つ!!

  1. 出力速度を遅くする。
  2. モーターの冷却
  3. モータードライバーモジュールの変更
  4. ステッピングモーターの変更

出力速度を遅くする方法!!

メリット   プライスレス!!

デメリット  出力時間の増大!!

我らがSlic3すならばここのパラグラフです。

一秒間に〇mm進め!!

とい感じに設定します。

ここの速度を遅くすると処理速度を超えた急加速・急減速はおこらなくなります。

まぁ・・・。

秒速数センチの減速で出力時間が大幅にアップするんだけれどね・・・。

( ノД`)シクシク…

脱調しないようにググッと遅くすればいいじゃん!!

という意見もありますが・・・。

出力速度を遅くする = 出力時間が多くなる = 様々な要因で出力ミスが発生する確立が上がる。

悲しい式があるんですよ・・・。

Simplify3Dではここで設定します。

なので、自分のプリンターに有った適切な速度を割り出す必要があるのです。

脱調するたびに、パラグラフのデータを取って行くという地道な作業が・・・。

(;´Д`)

モーター部を冷却する方法!!

メリット   ロープライス!!
作業が簡単!!

デメリット  機種によっては大事故につながる!!

実はステッピングモーターはとても熱くなります!!

ほんと触れないぐらいに熱くなるんだよねえ。

この熱が曲者で、連続数十時間動かしているとステッピングモーターが熱暴走というか・・・。

なので気持ちよく働いてもらうためにステッピングモーターにも暑さ対策が必要なんですよ。

各ステッピングモーターにぺたりと張るだけ!!

これでステッピングモーターの加熱はある程度解決できます。

(((o(*゚▽゚*)o)))

デメリットは・・・。

デメリットというか、事故が起こる可能性も2つほどあります。

  1. 印刷中のヒートシンクの脱落。
  2. 固有振動数でおかしくなる歯場合もある。

耐熱の両面テープでペタリと張るだけなのです。

ヒートシンクを買ったら付いてくる奴です。

しかし、この付いてくる両面テープが粘着力に問題がある場合、印刷中に脱落します。

印刷中のオブジェクトの上に脱落したら!!

ヘッドを巻き込んでギャリギャリ!!!

と身の毛のよだつ音がします!!

((((;゚Д゚))))

次に固有振動数問題なのですが・・・。

これは要検証ですね。

実は、ヒートシンクを付けたモーターが、微妙に誤作動する現象を私は確認しています。

ヒートシンク付けただけなのに、誤作動・・・。

(・・?

色々調べたのですが、ステッピングモーターは、個々のモーター特性として特定の振動をノイズとして拾う事があるようです。

サイズや形状の違うヒートシンクを取り付けることで回避できる場合があるのですが・・・。

ここは少々謎なのです。

モータードライバーモジュールを変える方法!!

メリット   作業が簡単!!
       音が静かになる!!       

デメリット  少々のお値段!!

ステッピングモーターに出す指令を、ステッピングモーターの分かるようパルスに変換するユニットです。

これを、お高いモジュールに変えると劇的に良くなります。

音も静かになります!!

基盤が発する熱も少なくなります!!

良い事ばかりやー!!

(((o(*゚▽゚*)o)))

ステッピングモーターを高級品に変える方法!!

メリット   音が静かになる!!
       脱調の根本対策!!               

デメリット  お値段!!
       基本設計を変える必要が出てくる場合がある!! 

いゃ、この方法は身もふたもないですね・・・。

モーターに合わせてフレームも設計去りているんだから・・・。

モーター変えれば全部変わってくるよね?

もう新しく設計した方がいいよね!!

(((o(*゚▽゚*)o)))

まとめー!!

実は・・・。

今日ご紹介した方法は、まだまだ沢山ある脱調の原因の一部です・・・。

脱調が起こる種原因は3Dプリンターの機種だけでなく、一台一台の製品誤差によるところもあります。

ここら辺りの不安定具合が、3Dプリンターが電化製品として御家庭に入ってこない原因なのでしょう。

3Dプリンターの歴史は古く、全ての対策は有るのです。

しかし、そのノウハウを全てつぎ込むと工業用の3Dプリンターとなってしまいとてもお高い!!

( ノД`)

リーズナブルな御家庭用3Dプリンターは簡易版なので、コストを抑えるために抜かれた技術や廉価版のパーツで構成されています。

なので各機種により知恵と技術で改良改造が必要なのです!!

(*´▽`*)

楽しい時間でもあり、苦労の時間でもあります。

(;^_^A

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