» پرینتر3بعدی » موتور استپر: بخش الکترونیک چاپگر سه بعدی FDM
3d print guid

موتور استپر: بخش الکترونیک چاپگر سه بعدی FDM

در این مقاله درباره قطعه بسیار تاثیرگذار الکترونیک پرینتر سه بعدی یعنی stepper motor صحبت خواهیم کرد.

به نظر من، اختراع و گسترش استفاده از موتور استپر یا همان موتور گام یا پله ای، بهترین اتفاقی است که در عصر مدرن برای سازندگان رخ داده است. جایگزینی سِروُو موتورهای گران قیمت با موتور استپر ، هزینۀ خرید بسیاری از دستگاه های CNC موجود در فروشگاه های صنعتی مانند فرزهای CNC و برشگرهای لیزر/پلاسما را کاهش داد. این امر به سازندگان اجازه داد که بسیاری از این فناوریها را به خانۀ خود بیاورند. حقیقت این است که سروو موتورها همچنان پیشگامان دقت و درستی هستند، اما برای چاپ سه بعدی FFF موتور استپر دقت کافی و رضایت‌ بخش را به کاربر ارائه می دهد.

یک گام مختصر و مفید

برای درک عملکرد موتور استپر بهتر است به طور خلاصه در مورد برادر آن یعنی موتور DC صحبت کنیم. موتور DC انرژی الکتریکی را از طریق نیروهای جاذب و دافع الکترومغناطیسی به حرکت چرخشی تبدیل می کند. هر وقت که نیرو وارد ترمینال های موتور DC شود، روتور آن شروع به چرخش میکند. از طرف دیگر، موتور استپر در زمان دریافت نیرو همانند موتور DC آزادانه نمی چرخد.

در واقع قطعه ای به نام درایور استپر در حرکتی سازمان یافته به طور پیوسته مقادیر مختلف جریانِ معروف به پالس را از طریق سیم های موتور استپر ارسال می کند. هر پالسِ ارسال شده به موتور استپر منجر به یک «گام پله ایِ» چرخشی کوچک در شفت موتور می شود، از این رو آن را موتور گام میخوانند. هر گام چرخشی، مقداری ثابت دارد که معمولاً با نام موتور استپر گزارش می شود. به عنوان مثال، شفت یک موتور استپر 1.8 درجه ای در هر مرحله دقیقاً 1.8 درجه می چرخد. این استپرِ 1.8 درجه ای باید 200 پله گام بردارد تا این که چرخش شفت کامل شود. سیستم های بازخورد موقعیتیِ (positional feedback) گرانقیمت برای موتور های استپر ضروری نیستند زیرا تا زمانی که میکروکنترلر بتواند تعداد پالس هایی را که به موتور استپر فرستاده می شود پیگیری کند، مسافت چرخشیِ نهایی مشخص است.

گام بعدی: انتخاب استپ موتور برای پرینتر سه بعدی

stepper motor
یک استپر موتور متصل شده با میکروکنترلر پرینتر سه بعدی

موتورهای Stepper با مشخصات بسیار گوناگونی در دسترس هستند ولی برای کیفیت آنها باید دقت کنید. متاسفانه در بازار ایران انواع استپر موتورهایی با قیمتهایی بسیار ارزان وجود دارند که وسوسه کننده هستند ولی باید بدانید که کیفیت اکثر این مدلها پایین بوده یا دست دوم هستند. در شرایط فعلی ایران انواع موتور استپرهای ژاپنی برند اومگا OMEGA که گران هستند ولی کیفیت خوبی دارند هنوز یافت میشوند.

stepper motor

بر عکس اکثر کشورهای دیگر در ایران استاندارد خرید استپر موتور متفاوت است و بر اساس وزن کیلو میباشد مثلا 4 کیلویی امگا (البته در فروشگاههای اینترنتی انگلیسی زبان نیز وزن موتورها قید میشود). پس هنگام خرید، برند و وزن موتور را از فروشنده سوال کنید؛ در عین حال مشخصات طول و درجه گردش را هم در نظر داشته باشید تا سازگاری پلتفرم 3D Printer تان حفظ شود.

نکته مهم: برای عملکرد بهتر چاپگر سه بعدی بهتر است برای محور Z موتوری سنگینتر (قدرت بیشتر) انتخاب کنید.

در اینترنت با جستجوی موتور استپر به نمونه های نقره ای و مشکی زیادی برخورد می کنید که روی آنها نام سازنده و یک عدد در ادامه آمده است. این عدد به اندازۀ صفحۀ موتور استپر اشاره دارد؛ برای مثال، یک موتور NEMA 17 دارای صفحۀ 1.7 اینچ در 1.7 اینچ خواهد بود.

نکتۀ مهم دیگر این که همۀ موتورهای یک برند معمولا از سوراخ های نصب مشابهی برخوردار هستند، بدین معنی که شما می توانید دو موتور پله ای که عدد مشابه دارند را با یکدیگر عوض کنید. آنچه توسط استاندارد موتور استپر معمولا مشخص نمیشود، عمق یا طول موتور استپر است.

 به طور معمول، هر چه موتور استپر طول بیشتری داشته باشد، گشتاور یا نیروی چرخش بیشتری خواهد داشت. هر دستۀ موتور در طول های مختلف عرضه می شود؛ به همین دلیل موتورهای استپر مشخصات بسیار متنوعی دارند. شما باید موتوری را انتخاب کنید که به اندازۀ کافی قدرتمند باشد که محورهای خطی پرینتر سه بعدی را بدرستی هدایت کند. با این حال، باید حواستان باشد که موتور استپر بیش از حد بزرگ یا بیش از حد قدرتمندی خریداری نکنید، زیرا این استپرها برای عملکرد صحیح به نیروی بیشتری نیاز دارند. فرضا برای ساخت یک پرینتر سه بعدی معمولی (دست ساز)، موتورهای استپر 17 با مقدار گشتاور 60 اونس گزینۀ مناسبی محسوب می شوند.

موتورهای استپر دنده ای

برخی از موتورهای استپر دارای بخشی هستند که از صفحۀ جلویی خارج می شود (به تصویر زیر نگاه کنید).

stepper motor

این فلز اضافی که به آن gearhead گفته می شود، شامل یک سری چرخ دنده است که موجب افزایش گشتاور، سرعت و اندازۀ گام های استپر میشوند. ولی موتورهای استپر دنده ای معمولاً سرعت را فدای افزایش گشتاور می کنند و بهمین دلیل در محورهای خطیِ چاپگرهای سه بعدی، که به حرکت سریع نیاز دارند، استفاده نمی شوند.

با این وجود، کاربردی برای موتورهای استپر دنده ای در 3D Print وجود دارد: فرایند فشردن فیلامنت به داخل اکسترودر و خروج از هات‌اِند در سرعتهای پایین به نیرویی بسیار زیاد نیاز دارد. بنابراین، از موتورهای پله ای دنده ای معمولاً در فرایند اکستروژن استفاده می شود، که در قسمت اکسترودر چاپگر سه بعدی توضیح بیشتری  داده ایم.

مثالهایی از استپر موتور برای چاپگر سه بعدی

بسته به پرینتری که قصد دارید بسازید، ممکن است موتور استپرهای معرفی شده سازگار باشند یا نباشند یا قادر نباشید در بازار آنها را پیدا کنید؛ بنابراین با کمی جستجو و مشورت با افراد خبره حوزه برق الکترونیک، میتوانید یک برند خوب stepper motor را از بازار الکترونیک شهر خود تهیه کنید. بهتر است محصولات زیر را به عنوان نمونه در نظر بگیرید و محصولات مشابه را در اینترنت بررسی کنید.

نتیجه گیری:

چنانچه میخواهید خودتان یک چاپگر سه بعدی ساده ای بسازید که هزینه ساخت زیادی برایتان نداشته باشد، با در نظر گرفتن معیارهای خودتان از کاربرد 3D Printer، استپر موتور مناسب با قیمت کم را خریداری و اسمبل کنید. 

ولی اگر قصد خرید یک پرینتر سه بعدی آماده از شرکتهای ایرانی را دارید، کیفیت، وزن و تعداد موتور استپرهای سه محور چاپگر را جدی بگیرید و بخوبی از فروشنده بخواهید آنها را برای شما توضیح دهد. کیفیت پایین موتورهای گام 3d Printer یا نحوه اتصال نامناسب به محورهای حرکتی (خطای کالیبراسیون و غیره) میتواند در آینده وقتی مداوما از دستگاه کار بکشید، مشکل ساز شود و عاقلانه است در ابتدا هزینه بالاتری بدهید تا خیالتان از کیفیت و دوام دستگاه راحت باشد.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Enter Captcha Here : *

Reload Image