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Come e perchè raffreddare i motori passo passo

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Oggi nuova guida sui motori passo passo. Nello specifico l’argomento di questo articolo è temperatura e raffreddamento, perchè scaldano? Come raffreddarli?

I motori passo passo, anche chiamati motori stepper, sono i responsabili di tutti i movimenti delle stampanti 3D, sia a livello di assi sia dell’estrusore. Questa tipologia di motore è usata in stampa 3D perchè oltre ad essere potenti lavorano a basse velocità e con precisione estrema. L’ideale per la creazione di oggetti molto definiti.

Prima però, per chi fosse a digiuno una breve introduzione

motori passo passoFunzionamento dei motori passo passo

Il motore passo passo, esattamente come dice il suo nome funziona un passo dopo l’altro. Si tratta di motori elettrici sincroni senza spazzole (brushless) alimentati in corrente continua. Possono sopportare correnti da 8,5V a 45V e un’amperaggio di circa 2,5A max. Quelli usati tipicamente in stampa 3D si fermano a 1,7A max.

Quando alimentati mantengono il rotore fermo in una certa posizione. Se si vuole far ruotare il motore passo passo in un verso o al contrario, è necessario inviare una sequenza specifica di impulsi.

Sono chiamati passo passo passo perchè un giro completo è suddiviso in un preciso numero di passi, i più diffusi 200. Questo valore viene ricavato da dalla divisione del giro completo (360°) e l’angolo di un passo, in questo caso 1,8°.  Per aumentare maggiormente la precisione possono ruotare anche di microstep. I microstep dividono ogni passo ancora in 16 o 32 parti.


Forza esercitata dai motori passo passo

Questi motori sono utilizzati per la loro possibilità di carico. E’ inteso che lavorano sotto tensione e quindi con una forza proporzionale alla corrente fornita. Infatti prima nel descriverli abbiamo detto 1,7A max, quindi al massimo. Ben inteso la regolazione ottimale di corrente per questi motori è un calcolo specifico, anche se non difficile. Il calcolo dell’energia da fornire è spiegato accuratamente il un apposito articolo, così come si fa per cambiarlo sulla stampante 3D: https://www.italia3dprint.it/vref/

I motori passo passo vengono fatti funzionare da un driver (dall’inglese pilota). Ne esistono diversi tipi ma tutti hanno una caratteristica in comune. Questa  è la vite che permette di regolare la quantità di energia inviata al motore.

Va da se che un aumento di corrente fornita, nelle quantità tollerabili dal motore e sopratutto dal Driver di controllo, comporta un aumento della temperatura.

Quindi in caso di necessità possiamo spingere al massimo motori e driver di conseguenza. E’ in questo caso che il raffreddamento diventa fondamentale.

Raffreddamento attivo e passivo dei motori passo passo

Quando arriva la necessità di raffreddare i motori e i driver abbiamo 2 scalini,appunto raffreddamento passivo oppure attivo, dipendenti dalla quantità di calore che dobbiamo sottrarre.

motori passo passoRaffreddamento passivo

Il raffreddamento passivo è il primo step e consiste nell’applicare un dissipatore al motore e lasciare che questo agisca spontaneamente.
Se serve solo dare una piccola rinfrescata potrebbe essere sufficiente solo un dissipatore di calore metallico da applicare rispettivamente al motore (lo trovi qui) oppure ai driver (lo trovi qui). Questi sono semplici radiatori metallici. Il loro funzionamento è molto elementare. Aumentano, tramite le loro linguette, la superficie a contatto con l’aria, quindi riescono a cedere calore più velocemente. Ovviamente più lunghe risultano le alette metalliche, più calore riusciranno a cedere all’ambiente e più spinto sarà il raffreddamento. ecco 3 esempi in ordine crescente:

Per i driver il discorso è identico, solo la dimensione del radiatore è proporzionata:

Anche in questo caso la lunghezza delle linguette determina il potenziale raffreddante.

Raffreddamento attivo

Nel caso il raffreddamento passivo non sia sufficiente bisogna compiere un’ulteriore passo ed aggiungere al passivo una ventilazione, per trasformarlo in raffreddamento attivo.
Il funzionamento della ventola è semplice, spingere via l’aria calda a contatto con il radiatore e fornirne di nuova a temperatura ambiente a cui il radiatore passi il calore più facilmente.

Per quanto riguarda i motori la scelta dei radiatori 40 x 40 mm illustrati sopra non è casuale. Le “alette” tutte separate non solo agiscono meglio, poichè hanno più superficie libera, ma rendono possibile l’applicazione di una ventola piana da 40 x 40 mm solo con l’aiuto di 4 viti M3 da 10mm. Se volete accoppiarli comodamente vi consiglio le viti di nylon, particolarmente adatte.

La ventola dovrà essere aggiunta collegata direttamente all’alimentatore, facilmente. L’unica cosa da prestare attenzione è il voltaggio del vostro alimentatore. Quindi se avrede una stampante 12v dovrete scegliere tra una di queste:

Con l’alimentatore funzionante a 24v invece dovrete scegliere tra queste:

 

Per i dissipatori da driver non esistono ventole specifiche, dovrete piazzare una di queste ventole a soffiare genericamente sopra. Questa ventola è già presente in molte stampanti, anche in questo caso andrebbe collegata direttamente all’alimentatore per funzionare in continuo.

Dopo tutti questi accorgimenti potrete spingere al massimo i motori, anche se non lo raccomando, infatti questi sono rimedi da mettere in atto solo alla presenza di un problema. Spesso si possono notare perdite di passi dai motori, contraddistinti dal tipico “tic tic”. L’aumentare la potenza del motore vi aiuterà ad eliminarli. Questa pratica è poi fondamentale se vorrete installare motori slim.

Motori passo passo slim

I motori slim sono particolari motori che mantengono le dimensioni di larghezza e lunghezza, mentre riducono l’altezza. Utilizzati in caso di estrusione diretta, in accoppiata con gli estrusori Titan, per massimizzare la leggerezza e quindi poter spingere sulla velocità velocità di stampa 3d nonostante si debba spostare il peso di motore ed hotend.

In questo caso è necessario spingere il motore al massimo con la Vref e raffreddarlo quanto più possibile.


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