سنسور اند استاپ یا ماژول توقف یا میکروسوییچ End Stops: قطعه الکترونیک پرینتر سه بعدی FDM

چاپگر سه بعدی به یک موقعیت مرجع نیاز دارد که به عنوان خانه شناخته ‌شود تا تمام حرکات بعدی خود را بر پایۀ آن انجام دهد. برای تعریف موقعیت خانه، باید ریل‌ های خطی را به عنوان محورهای یک مدار سه بعدی در نظر بگیرید، هر محور دارای یک جهت مثبت است که در یک حداکثر خاتمه می یابد و یک جهت منفی که در حداقل به پایان می رسد.

برای ساده سازی مسئله، فرض کنیم که موقعیت خانه در حداقل های محورهای Z و Y و X یا (0,0,0) قرار دارد. وقتی برق وصل می شود چاپگر چگونه این حداقلها را پیدا می کند؟ این فرایند با عنوان homing شناخته می شود و برای انجام آن باید سنسوری در هر محور قرار داد که با رسیدن حامل به میزان حداقل، فعال شوند.

این سنسورها با عنوان سوئیچ های محدود کننده یا متوقف کننده (Limit Switch – End Stop) یا «اند استاپ» در بازار شناخته میشوند. این سنسورهای تشخیص برخورد بر اساس نحوۀ فعال سازی دسته بندی می شوند. در این مقاله میخواهیم درباره ماژولهای end stop چاپگر سه بعدی FDM صحبت کنیم.

انواع سوئیچ های محدود کننده پرینتر سه بعدی

1. سوئیچ های محدود کنندۀ مکانیکی

سوئیچ محدود کنندۀ مکانیکی به دلیل سادگی و کم هزینه بودن بیشترین استفاده را دارد. این سوئیچ در واقع دکمه ای فشاری است که با فشرده شدن بازوی فنری اش فعال می شود. در زمان فشار دادن، بسته به نحوۀ سیم کشی، مدار سوئیچ باز یا بسته می شود. وقتی آن را روی یک ریل خطی قرار دهید، حامل به سوئیچ محدود کننده برخورد می کند و میکروکنترلر تغییر وضعیت سوئیچ را حس می کند و موتور استپر از کار می افتد.

2. سوئیچ های محدود کنندۀ نوری

سوئیچ های محدود کنندۀ نوری از یک LED و فوتوترانزیستور تشکیل شده‌ اند. وقتی مسیر نور بین LED و فوتوترانزیستور مسدود شود، جریان پایۀ فوتوترانزیستور کاهش می یابد. بیشتر سوئیچ های نوری، بر اساس وجود انسداد، سیگنال های دیجیتالی کم یا زیاد تولید می کنند و همین امر این سوئیچ ها را برای بسیاری از مادربردهای پرینترهای سه بعدی سازگار می کند. با این حال، برخلاف سوئیچ مکانیکی، سوئیچ نوری به سیم اضافی نیاز دارد که برق LED را تامین کند. با سوئیچ های نوری تشخیص حامل بصورت فرایندی بدون تماس خواهد بود که مزیتهایی دارد؛مثلا دیگر نگران تحلیل رفتن یا فرسودگی قطعاتی مانند بازوی فنری سوئیچ مکانیکی نخواهید بود. با این حال در برخی مدلهای ارزان، تداخل نور محیط ممکن است خطاهای اندکی به وجود آورد.

3. سوئیچ های محدود کنندۀ مغناطیسی

سوئیچ های محدود کنندۀ مغناطیسی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی یا بر پایۀ اثر هال کار می‌ کنند. همانند سوئیچ های نوری، سوئیچ های مبتنی بر اثر هال بدون تماس کار می کنند، اما به جای تشخیص تغییرات نوری، تغییرات میدان های مغناطیسی را اندازه گیری می کنند. این نوع سوئیچ ها برای اتصال به حامل نیاز به آهنربا دارند. وقتی حامل آهنربا و سنسور مغناطیسی را به نقطۀ حداقل نزدیک می کند، در فاصله ای مشخص سیگنال خروجی فعال می شود. همانند سنسور نوری، سنسور هال به سیم اضافی نیاز دارد، اما در این مورد از سیم برای تنظیم ولتاژ مرجع مورد نیاز برای اثر سوئیچ استفاده می شود. برخلاف سنسور نوری، سنسور هال تحت تاثیر نور محیط قرار نمی گیرد.

4. سوئیچ های محدود کنندۀ حساس به نیرو

آخرین مدل از سوئیچ های محدود کننده مقاومتی است. رزیستورهای حساس به نیرو (FSR)، همانطور که از نام آنها پیداست، هنگام وارد شدن نیرو تغییر مقاومت می دهند. هنگام استفاده از این نوع سوئیچ ها، برای اندازه گیری تغییرات مقاومتِ رزیستور، به یک بُرد کنترلر اضافی نیاز دارید. این برد کنترلرِ واسطه، سطحِ منطقی سیگنال را به مادربرد پرینتر منتقل می کند. همانند سوئیچ های مکانیکی، حامل باید رزیستور حساس به نیرو را لمس کند تا تشخیص داده شود. از این نوع سوئیچ ها به ندرت در چاپگرهای سه بعدی خانگی استفاده می شود.

• رزیستور حساس به نیرو برای محور  عمودی : Z PROBES

در حالی که بیشتر چاپگرهای سه بعدی در هر محور از سوئیچ های محدود کننده استفاده می کنند، برخی از طراحی ها به جای یا علاوه بر یک سوئیچ محدود کننده در محور Z، دارای یک Z Probe هستند. مهم ترین فاصله در چاپ سه بعدی فاصلۀ بین نازل اکسترودر و بستر چاپ در ابتدای پرینت است. اگر این فاصله خیلی زیاد باشد، فیلامنت مذاب به بستر نمی چسبد و در نتیجه چاپ با شکست مواجه می شود. اگر فاصله خیلی کم باشد، فشاری در نازل ایجاد می شود زیرا فضای کافی برای اکسترود فیلامنت وجود ندارد، که این امر می تواند باعث گرفتگی اکسترودر و خرابی چاپ شود. همانطور که می توان برای سوئیچهای محدود کننده حداقل ها را در محورها پیدا کرد، می توان یک  رزیستور حساس به نیرو را در فاصله‌ ای دقیق زیر صفحۀ ساخت یا بالای آن قرار داد و ارتفاع بستر چاپ را پیدا کرد. آنگاه اکسترودر پایین می آید تا صفحۀ ساخت یا مستقیماً رزیستور حساس به نیرو را لمس کند. این فرایند را پروبینگ یا کاوش و رزیستور حساس به نیرو را Z Probe می نامند. پروب ها نیز مانند سوئیچ ها انواع مختلفی دارند.