Fråga:
Finns det praktiska skäl att INTE använda en stegmotor med blyskruv för X- och Y-axlarna?
Mikel F
2019-05-30 02:13:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Efter några månaders utskrifter med min Prusa Mk3 (med planer på att få en andra snart) har jag undrat att göra min tredje skrivare till en hembyggd en större tryckbädd än Mk3. En sak jag undrade över kommer perfekt till uttryck i titelfrågan.

Finns det praktiska skäl att inte använda en stegmotor med blyskruv för X- och Y-axlarna?

Jag är verkligen nöjd med GT2-bältena som används i min nuvarande skrivare, men jag undrar om designen kan vara enklare med blyskruvar på alla tre axlar.

Hastighet men du kan använda den med annan stigning än 1 mm / varv eller 6,35 mm / varv med specialtrådar som 8,46 mm / varv eller 12,7 mm / varv, jag planerar att använda en standard 8 mm acme-tråd.
Rent som ett "roligt experiment", vad sägs om att sätta steget på hotend-enheten (eller sängmonteringen), fästa ett kugghjul till stegmotorn och placera ett rack i ett fast läge. Du kommer fortfarande att ha motreaktion, fruktar jag.
Fyra svar:
Nach0z
2019-05-30 21:30:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag ska svara på det som någon som faktiskt gjorde om sin Prusa i3 fleabay-klon för att använda blyskruvar för alla axlar. Innan du gräver in i frågan kan motreaktionsproblemet enkelt lösas med fjäderbelastade mässingsmuttrar, ungefär som hur kulskruvar fungerar. Det är det enklaste problemet att lösa men eftersom det finns många andra problem.

Kort version / tl; dr

  1. Hårdvara klarar inte så många mikrosteg .

  2. Överhörning och motorinduktans begränsar hastigheter och acceleration.

  3. Utskriftskvaliteten lider på riktigt konstiga sätt på grund av (2) .

  4. Blyskruvar är inte gjorda för snabb rörelse under längre tidsperioder och kommer att slitas, även med fett.

  5. Du Vi behöver ytterligare lagerytor för att förhindra att dina motorer slits ifrån varandra och för att eliminera bakslag på grund av flexkopplingarna.

  6. Systemet blir mycket mer benäget för mycket destruktivt fel lägen.

Långa förklaringar

Först

Du kommer att märka att du är begränsad till hemskt, hemskt långsam rörelse och accelerationshastigheter. Mina skruvar är 8 mm skruvar, med 8 mm stigning. Det innebär att det tar 200 steg att åka 8 mm. Multiplicera med 1/16 mikrosteg, och det är 3200 mikrosteg per 8 millimeter resa. Multiplicera med vilken hastighet du försöker skriva ut, sedan antalet axlar du använder och du kommer att upptäcka att ditt RAMPS-kort börjar stamma i komplexa rörelser om du skriver ut tillräckligt snabbt. Andra

Du kommer snabbt att nå induktansgränserna för dina motorer. Vid "standard" effektnivåer (sådana som inte steker mina NEMA17-motorer), även efter att ha bytt till 24 V under hela installationen, var det snabbaste jag kunde snurra mina motorer cirka 5 varv per sekund, vilket motsvarar 16 000 mikrosteg per andra med 8 mm stigningsskruvar. Som referens betyder det att under NOLL-belastning är den snabbaste min N17 w / 8 mm stigning kan röra sig, cirka 40 mm / s.

Du kör i princip motorspolarna vid flera kilohertz, vilket innebär att du måste vara väldigt försiktig med att hålla dina ledningar åtskilda och skärmade för att förhindra överhörning, förutom att när din stegfrekvens går upp, är ditt stegmoment går dramatiskt ner. Inte bara begränsar detta vikten på sängen som motorn kan trycka med en given hastighet, utan du behöver till och med oroa dig för motorns och sängens tröghet mycket mer än med ett remdrivet system. Så istället för 30 mm / s ryck med 200 mm / s 2 acceleration är du plötsligt begränsad till, säg, 5 mm / s ryck och 40 mm / s 2 acceleration.

För att uppnå bästa resultat måste, som nämnts, hela systemet konverteras till 24 V, och inte alla kort är konfigurerade för att detta ska kunna göras enkelt. Min billiga RAMPS-klon behövde bara ta bort en enda diod och allt annat var bra, men YMMV i detta avseende.

Du kunde lösa just detta problem genom att sätta ner motorerna, men vid den punkten har du nu infört en ny källa för backlash antingen mellan kugghjulen eller i remdrivsystemet och ganska besegrat punkten.

Tredje

På grund av denna effekt, är att du stöter på artefakter med extruderingstryck. I grund och botten är plasten i munstycket en vätska, en mycket viskös, som tvingas genom ett litet hål. Vätsketrycket kommer att ”släpa” något bakom vad extrudermotorn tycker händer.

Slutresultatet är att medan du accelererar är linjerna du lägger tunnare än de borde vara och kommer att vara tjockare än de borde vara medan du bromsar upp, och du tenderar att bli konstiga "globs" i varje hörn när du kommer till ett stopp. För mig, med ett 0,4 mm munstycke, 0,8 mm linjebredd och 0,2 mm lagerhöjd, kompenserade dessa artefakter helt och hållet den extra noggrannheten jag fick med en tätt kopplad ledningsskruv med fjäderbelastade dubbla muttrar på den. Delarna slutade bli ännu mindre dimensionella noggranna än tidigare, med mycket konstiga deformiteter.

Det finns inställningar som du kan använda i firmware för att försöka bekämpa denna specifika effekt, men processen är tråkig och tar mycket av försök och fel, och att kompilera om firmware var 30: e sekund är irriterande, för att inte tala om variablerna är beroende av radbredd, hastighets- och accelerationsinställningar och lagerhöjd, så du måste kompilera din firmware när som helst du vill ändra utskriftskvaliteten. Super, super irriterande.

Fjärde

Leadscrews är egentligen inte utformade för detta. Den ständiga fram och tillbaka rörelsen kommer att bära mässingsmuttrarna och till och med skruvarnas stålgängor över tiden. Du hamnar med en svart pulverformig rest på allt under skruven, vilket i X-axeln vanligtvis också betyder ditt tryck. Ingen vill ha stålpulver som förstör deras lagerhäftning.

I mitt fall använde jag Superlube, som är ett silikon / PTFE-fett, för att förhindra detta problem, men det fungerar bara så bra när du har våren -laddade mässingsmuttrar. Så småningom skjuter de ut det mesta av smörjmedlet. Dessutom tenderar smörjmedlet att ta tag i något metallpulver som bildas, vilket accelererar slitage i områden som fortfarande är smorda.

Femte

Kullager. Det visar sig att motorerna har inre lager som vanligtvis suger och inte är gjorda för tunga laster i någon riktning. Jag fick reda på det när min Y-axel N17-motor misslyckades för att lagret gjorde det och sprida pulver över hela spolarna, varav några fick tryck genom emaljen och kortsluta ledningarna.

Dessutom, för små Mängder av feljustering gör motorer till skrapnel i en hast, du kommer nästan säkert att använda flexkopplingar. Flexkopplingar har ett visst utbyte till dem axiellt och är främst utformade för att vara under kompressionsbelastningar och tenderar att misslyckas när de sträcks upprepade gånger.

För Z-axeln är detta normalt inte ett problem eftersom hela systemet hålls nere av tyngdkraften, men i X- och Y-axlarna får du några konstiga förskjutningar på till och med en millimeter eller två varje gång vagnen eller sängen byter riktning. Så du vill se till att motorerna inte bär sig själva och att skruven förblir låst i förhållande till ramen medan du fortfarande kan rotera.

Du kan åstadkomma detta genom att ha en ring fäst till vardera änden av ledningsskruven som antingen trycker på ett trycklager eller rider i ett vanligt kullager. Helst kan du göra båda, men det här blir ett dyrt företag med en hel del parenteser på udda platser som du kanske inte har plats för. Det slutade med att jag tappade cirka 20 mm sänglopp för att lösa detta problem.

Sjätte

Du måste tänka på vad som händer när en komponent misslyckas. För mig var det mina slutstopp. Det första misslyckandet var från överhörningsfrågan som jag nämnde ovan. Y-stopp utlöstes, sängen började förskjutas mot skrivarens framsida med tiden och så småningom började skrivaren försöka flytta sängen genom skrivarens framsida.

Det lyckades.

Andra gången var helt enkelt att ändstoppsbrytaren misslyckades mekaniskt. Bältesrörelsen stannar vid remskivan. Blyskruvar går hela vägen till slutet av skruven, och eftersom de är så mycket lägre än bältena är det mycket mer vridmoment involverat. Jag förstörde min skrivarram tre separata gånger på grund av detta problem och en gång till när Y-axelns flexkoppling knäppte. Detta gjorde det möjligt för motorn att snurra skruven lätt i en riktning men inte i någon annan - vilket den här gången tvingade skrivbädden bakåt istället för framåt och slog Y-motorn genom fästet och ramen igen.

Slutsats

X / Y-skruvar är inte nödvändigtvis en dålig idé, helt enkelt en dyr och tråkig i 3D-utskrift. De är mycket bättre lämpade för applikationer med låg matningshastighet som CNC-fräsar, mekaniska gravörer och liknande. Du kanske märker att även applikationer med hög noggrannhet som laserskrivare tenderar att ha bältesmatade vagnar snarare än skruvdrivna. Skruvar är mycket bättre lämpade för applikationer med hög belastning och låga hastigheter, och skrivare tenderar att vara motsatsen till det.

Om du försöker eliminera bakslag på grund av att bälten inte är tillräckligt täta, som jag var, är svaret att göra en bättre skrivare. Jag kunde inte dra åt remmen tillräckligt för att få mina utskrifter noggranna innan motorerna började misslyckas, för jag hade inte motordrivhjulet stöttat av ett lager. Börja där, bokstavligen bara stödja på vardera sidan av remskivan på motoraxeln med ett litet lager avstängt mot ramen för att ta bort den radiella belastningen från motorn. Om dina bälten sträcker sig för mycket, använd GT2-bälte av stålkärna. Om ditt system totalt sett bara är slarvigt, bygg ett mer robust system. Mitt nuvarande projekt är en Hypercube Evo, och jag hittade en leverantör som tillverkar stålkärna GT2-bälte. Jag ska använda det för att maximera styvheten i CoreXY-bältessystemet. Ramen är gjord av 30x30 mm T-spårprofiler med 12 mm Z-axelstänger och 10 mm X / Y-axelstänger. Större och dyrare komponenter som är mycket mer robusta och kommer att böjas mycket mindre än de 400 mm långa 8 mm-stavarna på min billiga skrivare.

Hoppas det hjälper. (Redigerad för att få min matematik på mikrosteg)

+1 - Ett mycket trevligt svar, skrivet av erfarenhet! Hej och välkommen till SE.3DP. :-)
Detta är ett exempel på ett utmärkt svar eftersom det täcker många baser som saknades hos de andra, och diskuterar för- och nackdelar och det allmänna "det kan göras, men det är därför det inte är gjort". Det enda som saknas för ett perfekt svar är att diskutera kombinationsmaskiner (FDM / Laser och FDM / CNC combo).
Tack för ett grundligt svar.
Tyvärr har jag ingen erfarenhet av kombimaskiner, och jag vill hellre inte spekulera för långt utanför min lilla shenanigan-bubbla. Glad att jag kunde ge lite belysning om ämnet, och tack till Trish och Greenonline för att hjälpa till med formatering. Min markdown är inte den bästa än.
Bra svar, kan jag föreslå beskrivande avsnittstitlar snarare än "Först" till "Sjätte", eftersom det kommer att göra det lättare att navigera i detta svar i framtiden.
Bra, komplett svar. Som alla tekniska diskussioner kommer jag att föreslå några mildrande åtgärder. Problem nr 1, problemet med fast programvarukostnad med mikrostegning, kan åtgärdas (med rätt drivrutiner) genom att minska mikrostegsförhållandet vid högre hastighet så att färre mikrosteg krävs, till och med återgå till fullständiga steg. Problem nr 2, problemet med stegmotorinduktans åtgärdas genom att byta från stegmotorer till servomotorer, troligen överdimensionerade så att vridmomentet vid låg hastighet är tillräckligt högt.
Dessa är giltiga punkter, och jag slutade faktiskt att släppa mitt X / Y-steg / mm ner till 1/4 snarare än 1/16. Nackdelen där är att den biffiga N23-motorn som jag använde för Y-axeln förvandlade hela mitt skrivbord till ett ljudbord medan skrivaren sjöng oss folks sång. Har aldrig arbetat med servomotorer, hur plug-and-play är de jämfört med vanliga steppers?
Greenonline
2019-05-30 05:08:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Förutom kostnad, skulle backlash , som kan upplevas i Z-axeln där gängade stavar och blyskruvar oftast används, bli ett problem. Elasticiteten hos GT2-remmar undviker i allmänhet detta problem för X- och Y-axlarna.

Det vore värt att läsa Toms svar till Fördelar med GT2 över ett rack, som även om frågan var relaterad till Rack and Pinion -mekanismer, även skulle gälla blyskruvar, i synnerhet:

För att undvika backlash och få samma typ av " tätt "ingrepp, både växeln och stället måste göras med mycket hög precision. Vagnen måste också vara väldigt begränsad, eftersom alla vaggar i racket i förhållande till kugghjulet ger motreaktion (eller bindning). Dessutom måste du hålla kuggstången väl smorda så att de inte slits ut för tidigt.

Jayson
2019-05-30 04:27:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kostnad är den främsta anledningen. Du kan konstruera ett remdrivet system som kommer att vara lika exakt, snabbare och med längre körning till lägre kostnad.

Blyskruvar är relativt dyra. Kostnadsskillnaden ökar dramatiskt med körlängd och hastighet med motsvarande noggrannhet.

Blyskruvar har en betydande fördel av att de kan bära en mycket tyngre belastning samtidigt som de bibehåller styvhet, vilket är viktigt för något som en CNC-kvarn men inte är lika relevant för 3D-utskrift.

Detta antas när du säger:

Finns det praktiska skäl till att inte använda en stegmotor med blyskruv för X- och Y-axlarna?

du menade att du fortfarande planerar att använda stegmotorer men överväger en blyskruv kontra remmar.

Även om det var till hjälp var kostnaden inte en stor oro för ett engångsprojekt. såvida det inte var hundratals dollar annorlunda. Priserna jag har sett för stegmaskiner med blyskruvar är inte så konstiga.
user77232
2019-05-31 22:40:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det är möjligt att använda blyskruvar; specifikt 4 startskruvar. Den enda nackdelen är att du måste vara försiktig med värmen.

Låt oss dela upp bekymmerna

  • Kostnad. Ja, det kostar mer än bälten och det kommer att hålla längre vid högre hastigheter, medan ett bälte kan sträcka sig. Om kostnaden är en faktor så håll dig till bälten.

  • Hastighet. Skruvar med flera startar har en lägre stigning än enstaka. Som ett resultat minskar du mindre sväng. Detta kan leda dem delvis med bälten. Förarna du använder kommer att avgöra hur snabbt du kan snurra din stegmotor. Spänningsläge drivrutiner är som används i 3d-skrivare är bra vid högt vridmoment vid låg hastighet (under 1000 rpm). Aktuella lägesdrivrutiner är bättre vid höga varvtal (t.ex. STMicros powerStep01)

  • Värme. När blyskruven värms ut expanderar metallen. När metallen expanderar försvinner din positionsnoggrannhet. Att använda en metall som har en låg värmeutvidgningskoefficient skulle vara bäst, men de kan kosta mer.

Bara för att ändra drivrutinerna bör du kunna få en hastighetsökning utan att behöva tillgripa den tyngre flerstartsledningsskruven. Att öka spänningen hjälper också, men du behöver en drivrutin som låter dig variera hållströmmen, annars värms motorn upp och brinner när den inte rör sig.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 4.0-licensen som det distribueras under.
Loading...