witbox extrusor traccion

En el post anterior calculamos matemáticamente por qué, utilizando la misma corriente, motor y filamento, el sistema Double Drive Gear es capaz de ejercer una fuerza de tracción mayor a la del HeatCore Unibody. ¡Es la hora de demostrarlo experimentalmente!

Definición de las pruebas de tracción

La fuerza de tracción del extrusor estará definida por una combinación de factores: geometría del cuerpo del extrusor, muelle, poleas, motor del extrusor. Entre ellos, vamos a variar extrusor, material utilizado y la intensidad de los drivers en diferentes experimentos.

Los extrusores utilizados son el Double Drive Gear y el HeatCore Unibody. Como filamentos el PLA y el FilaFlex. Todos los experimentos se realizarán en una máquina Witbox y sin hot-end en el extrusor.

Variación de la intensidad en los drivers

Vamos a realizar pruebas con dos valores de intensidad diferentes. Tomaremos una serie de medidas para la intensidad óptima de funcionamiento, y otra para la máxima fuerza de tracción. ¿Por qué?, ¿cómo influye la intensidad que pongo en el driver en la fuerza del motor?.

Los motores que llevan la Prusa i3 Hephestos y la Witbox son motores paso a paso Nema 17. Se caracterizan por estar constituidos por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras que están bobinadas en su estátor. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) debe ser externamente manejada por un controlador electrónico. Este controlador es nuestro driver. Es decir, al variar la intensidad del driver, varío la corriente que hago circular por las bobinas del motor paso a paso y, con ella, la fuerza del motor.

Motor Nema 17:

nema 17
2-294x300

Intensidad óptima de funcionamiento

Este valor es la intensidad mínima necesaria para que el motor trabaje en condiciones óptimas sin calentarse. Los valores son:


Driver
Tensión
Intensidad
Eje X
0,93 V
350 mA
Eje Y
0,93 V
350 mA
Eje Z
1,18 V
500 mA
Extrusor
1,58 V
780 mA

¿Por qué la intensidad es diferente en función del eje? ¡Fácil!

Los motores de los ejes X e Y no tienen que soportar apenas peso, mientras que el Z debe de mover la cama de impresión y el material que se va depositando en la impresión. Por lo tanto el eje Z debe soportar más peso y necesita más fuerza.

Fuerza máxima de tracción que ofrece el motor sin romper el filamento

Para ello se pone el driver correspondiente al extrusor al máximo, y se harán pruebas bajando gradualmente esta intensidad hasta lograr la máxima a la que el motor funciona sin patinar, es decir, sin perder pasos.

Si esta intensidad es la máxima a la que el motor funciona sin perder pasos, es decir, correctamente, te puedes preguntar: ¿por qué entonces no usamos esta intensidad siempre? Atento:

Esta fuerza no es la óptima ya que con la intensidad controlo el campo magnético generado en la bobina del motor, y una excitación demasiado elevada hará que el motor y el driver se calienten. Sin embargo realizar estas pruebas nos servirá para saber la mayor fuerza de tracción que somos capaces de obtener.

Preparación de las pruebas

La explicación de las pruebas son las realizadas para una Witbox. Vamos a darte todos los detalles para que las puedas realizar tú mismo en casa. Además, los valores obtenidos serían los mismos para una Prusa i3 Hephestos, ya que los motores de ambas máquinas son los mismos.

Herramientas, listos… ¡Ya!

Lo primero que vamos a hacer es reunir los elementos necesarios. Vamos a utilizar:

Dinamómetro modelo FK100
Pieza para retener el hilo
Soporte para colgar el filamento
dinamometro pieza y prisionero filamento soporte

Puedes descargar las tres piezas en STL para imprimirlas en el apartado de descargas. Un prisionero se introduce en la pieza pequeña con el fin de sujetar el filamento.

Polímetro
Destornillador cerámico
Llaves Allen
polimetro_digital trimmer allen

Pon todo a punto…

Lo primero que vamos a hacer es medir el voltaje al que están los drivers. Con las llaves Allen abrimos la tapa de la base para destapar la electrónica. Ahora, con el destornillador para trimmer de cerámica vamos a ajustar cada uno de los drivers al valor que nos interesa. Iremos girando poco a poco el potenciómetro, mientras que con el polímetro comprobamos el valor. Observa la colocación del polímetro para medir el voltaje.

polimetro-b

polimetro-a

  1. eje X
  2. eje Y
  3. eje Z
  4. Extrusor
Tenemos que ajustar cuatro voltajes, uno por cada eje más el del extrusor. Primero vamos a realizar las pruebas para la intensidad óptima de funcionamiento. Por lo tanto, cada uno de los drivers lo ajustaremos a la potencia indicada en la primera tabla del post. Para ello debes conocer la correspondencia entre un driver y eje del motor que mueve.
Sujeta el filamento con las dos piezas que encontrarás en formato STL en la zona de descargas, e introduce un prisionero para fijar el cable, de manera que quede totalmente inmóvil. De lo contrario el filamento deslizará por la pieza al realizar las pruebas y los valores que obtendrás no serán reales. traccion witbox

Lo único que te falta por hacer es montar el soporte. Colócalo encima de tu Witbox, pon el dinamómetro y cuelga la pieza con el filamento. ¡Ya está todo listo!

medicion-traccion-witbox-22 medicion-traccion-witbox

Una vez que hagas las pruebas con esta intensidad (es decir, las correspondientes a intensidad óptima), tendrás que cambiar la intensidad del driver del extrusor, para hacer las pruebas con la máxima intensidad permitida girando el potenciómetro hasta el máximo. Debes probar a extruir el filamento y bajar la intensidad hasta que el motor pueda extruir sin perder pasos. Esa será la máxima fuerza de extrusión.

La potencia a la que hemos hecho las pruebas para obtener la fuerza de tracción de la máquina, a la que el motor no pierde pasos, es de 1,78 V.

Resultados y análisis

Combinando los factores que nombramos al comienzo del post, vamos a tener un total de seis pruebas diferentes, tal y como muestra la tabla.

Para cada una de las combinaciones, se han realizado cinco medidas diferentes, y se ha sacado una media de los valores obtenidos, que será la fuerza de tracción, en kilopondios.

No se realizan pruebas con FilaFlex en el extrusor HeatCore Unibody porque no son compatibles.


Extrusor
Material
Intensidad
Fuerza de tracción
DDG
PLA
óptima
3,985
HeatCore Unibody
PLA
óptima
2,400
DDG
PLA
máxima ofrecida
5,120
HeatCore Unibody
PLA
máxima ofrecida
2,720
DDG
FilaFlex
óptima
0,330
DDG
FilaFlex
máxima ofrecida
0,510

Como ya habíamos explicado en el post anterior, la fuerza de tracción que se obtiene con el extrusor DDG es mucho mayor que la ofrecida por el HeatCore Unibody. Esto es resultado de la combinación de mejoras que se han implementado en el nuevo extrusor, basándonos en las debilidades del anterior y las opciones de cambio que ofrecía.

Observa el experimento:


¿Tienes una Hephestos y eres atrevido? Diseña tu propia pieza para hacer las pruebas en tu máquina. Los resultados deben ser los mismos, puesto que, como ya hemos dicho, los motores que llevan ambas máquinas son iguales.

3 comentarios

  1. To measure the force with an electronic dynamometer it’s convenient to use an elastic connecting the hook to the filament.

  2. Pingback: Hephestos 2: Der neue DIY 3D-Drucker von BQ | Articles

  3. Pingback: Hephestos 2, a nova impressora da BQ | Artigos

Los comentarios están cerrados.