Jak skutecznie ogrzewać stół

Krótki wpis o braku czasu, bo wraz z upływem wiosen, człowiek coraz mniej ma ochotę tracić czas na rzeczy, na które wcale nie musi tracić czasu (trzeźwienie, uczenie się kolejnego wywróconego do góry nogami systemu MS, czy nagrzanie platformy w drukarce 3D). Ale od początku.

Oryginalna wersja

Drukarka w oryginale posiada podgrzewany stół (mk2b, 12V/24V). Jest on potrzebny aby ułatwić wykonywanie wydruków, termoplastiki mają takie paskudne nawyki do kurczenia się, a co za tym idzie - podwijania się na brzegach. Problem podobno nie jest szczególnie dokuczliwy w wypadku drukowania przy użyciu PLA. Ale, że ja mam to szczęście bycia mną (a to oznacza, że jak mam jakiś problem to nikt inny go nie ma, albo nikt nie wie jak go rozwiązać) to moje wydruki z PLA po wyłączeniu grzałek platformy podwijają się bardzo. A ABS to już w ogóle... Zainstalowana fabrycznie grzałka, umieszczona jest pod aluminiowym stołem. Specyfikacja mówi, że powinna dobić do maksymalnie 110 stopni Celsjusza. Ale jak to z Chińczykami bywa, zapominają dodać drobne szczegóły do tejże specyfikacji. I owszem, internety twierdzą, że 110 stopni na niej jest osiągalne, o ile zaizoluje się stół od dołu, a od góry wymieni aluminium na szkło. Jeśli tego nie zrobimy, to platforma do 100 stopni nie rozgrzeje się wcale (osiąga około 90), a i na to musimy poczekać 25 minut. Po przeprowadzeniu pomiaru rezystancji przewodów i napięć pracującej grzałki okazało się, że to cudo ma około 80W mocy, o 20‑30 za mało aby na aluminiowym stole rozgrzać się do 100 stopni w 24 stopniach temperatury otoczenia. Co trzeba zrobić? Wymienić grzałkę.

Opcje

Dostępnych rozwiązań jest co najmniej kilka, wszystkie jak zwykle mają swoje wady, większość ma jednak niezaprzeczalną zaletę - "jestem mocniejszą grzałką". Bo możemy skorzystać z takich dużych aluminiowych rezystorów, przymocowanych po kilka od spodu:

Albo upolować nowszy stół grzejny (mk3), zintegrowana z aluminiowa płytą grzałka:

Albo, co sam wybrałem, gdyż wydało mi się najsensowniejsze: uzbroić od spodu platformę w silikonową matę grzejną, mniej więcej rozmiaru samej platformy. Zalety: w miarę cienka, lekka, często posiada wbudowany termistor, dostępna w różnych rozmiarach, kształtach, wersje dostosowane do rożnych napięć, o różnej mocy. Tyle tylko, że wzmocnienie grzałek platformy oznacza wymianę zasilacza (albo i nawet większej liczby elementów). Oryginalny jest 12V/180W, z tego silniki zjadają około 20W, grzałka ekstrudera 40W. Zostaje niby 120W, ale... to i tak oznacza duży prąd, a to oznacza grube kable do grzałki, bo te co są, nawet przy 80W obecnej grzałki, trochę by się grzały. A poza tym 120W grzałka jakoś specjalnie mnie nie ratuje. Drugą opcją jest wymiana zasilacza na wersje 24V, to by dało mniejsze prądy (i co za tym idzie straty w przewodach), ale trzeba byłoby przy okazji wymienić grzałkę ekstrudera, wentylator i parę pierdółek. Trzecią opcją jest zastosowanie maty na 230V, minus jest taki, że napięcie robi się już nieco niebezpieczne, a dwa - płyta główna nie jest przystosowana do prądu zmiennego o takim napięciu. Ale od czego skill w elektronikę? Dorobi się sterownik i będzie. A grzałkę wybrałem o mocy 0,5kW, w rozmiarze 200x200mm i oczywiście na 230V (na eBay za 37$, prosto od producenta*).

Sterownik

Założenie jest takie, aby cały sterownik upchnąć pod płytą główną, ona jest zainstalowana na 15mm dystansach i w to miejsce musi się cały wcisnąć. Poza tym potrzeba nam przynajmniej 2,2A wydajności prądowej, co ważne - bez wspomagania się radiatorami (bo nie ma na nie miejsca).

Przekaźniki - proste w obsłudze, tolerują duże prądy (na ogół 10A), ich integracja jest banalna, bo wystarczy wpiąć w złącze na grzałkę. Z tym, że się zużyją (relatywnie szybko, bo iskrzenie styków), są względnie duże, i lubią klikać. Zostają zatem SSRy, albo coś bardziej wyszukanego jak triaki.

SSR - Solid State Relay, prosty w obsłudze jak przekaźnik, nie klika i nawet może tolerować ładne prądy. Tylko producenci lubią je robić w takich mało fajnych obudowach jak te:

Co skutecznie uniemożliwi wepchnięcie ich w te 15mm przestrzeni (w sumie to 9). Także, też niestety odpadają. Zostają zatem bardziej wymyślne elementy.

I o ile triaki znane są niemal od zarania dziejów i, tak w sumie, to wcale nie są wymyślne. Z grubsza dwa tyrystory spięte razem (bo tyrystory to tylko w jedną stronę przewodzą, a tu prąd zmienny). Sterowane prądowo (jak tranzystory bipolarne), potrzebują jakiegoś sterownika i dla bezpieczeństwa galwanicznej izolacji od układu sterowania. Znaczy, że w żadnym punkcie nie mogą być połączone elektrycznie z płytą główną. Bo to jednak wysokie i niebezpieczne napięcie. I o ile napięcie samo w sobie bardzo groźne nie jest, tak im wyższe, tym przepływ większego prądu spowoduje, jeśli coś pójdzie nie tak, a prąd... Jest takie elektryczne porównanie: napięcie jest jak woda, nie jest specjalnie mordercza, można w niej pływać i nic ci nie zrobi. A prąd jest tym sztormem i wielkimi falami, które w końcu cię zatopią. No ale...

Prosty układ na dwóch triakach BTA24. Akurat te, bo mają wysoki dopuszczalny prąd i izolowany tab, jakkolwiek by się nie nazywał po polsku. Jeden pozwala na przepływ 24A, czyli z grubsza 10x więcej niż potrzeba, ale jest jeszcze drugi cel - brak radiatorów. Byłem zbyt leniwy aby policzyć moc strat cieplnych, więc dałem dwa i założyłem, że 2,2A przy dopuszczalnych 50A będzie wystarczające, aby radiatorów nie instalować. Do tego każdy ma swój sterownik w postaci MOC3043, bo akurat takie miałem, a poza tym oferują optyczną izolację obwodów. Każdy z nich potrzebuje 3 elementów pasywnych, konkretnie rezystorów podłączonych do MT1/MT2 i któregoś wyprowadzenia LEDa. Do tego złącze na przewody w postaci zacisków ARK, dwie diody do sygnalizacji stanu, sumarycznie:

TR1 i TR2 - BTA24 R3, R4, R6, R12 - 330R R1, R2 - 0R, po prostu zwora IC2, IC2 - MOC304X (tutaj MOC 3043, ale może być i 3042 lub 3041, różnią się tylko prądem diody, no ale wtedy trzeba zmienić R7 i R9) R8 - 470k R7, R9 - 680R - 1k R10, R11 - 2k LED1, LED2 - jakieś LEDy, tutaj zielony i czerwony.

Jako, że płyta główna steruje grzałką od strony masy (N‑MOSFET), to żeby wszystko działało, potrzebujemy 3 pinów z płyty głównej:

1: masy 2: masy ze złącza grzałki, czyli sygnału sterującego 3: +12V

Otwory dostosowane są rozstawem do Melzi 2.0 (czyli tego co mam). Źródło płytki

Obudowa

Pozostaje problem fizycznego odizolowania sterownika od operatora i płyty głównej, ale od czego mamy drukarkę? Szybki skok do blendera:

I mamy obudowę, która jest izolująca (elektrycznie) i przy okazji przewiewna, nie mówiąc o tym, że pełni rolę dystansówek. Jakby ktoś chciał, to pliki STL dostępne są tutaj. Pozostaje przetestować. Pierwej stronę niskiego napięcia i miernikiem czy strona wysokiego napięcia działa. Potem podpiąć tylko pod 230V i upewnić się, że nie ma nigdzie przebić (jakbym wcześniej elektrycznie nie testował płytki przed zmontowaniem, ale ćśś), i potem czy wszystko razem działa. Działa i do tego pięknie mieści się pod Melzim. :3

60 stopni osiąga w 20s, wcześniejszej zajmowało to 5 minut. Do 110 stopni dobija w minutę, poprzednia tej sztuki nie była w stanie dokonać. ;)

* - i w sumie mogę ich polecić, keenovo. Mili ludzie, dostawa co prawda zajęła prawie dwa miesiące, ale to dlatego, że ChinaPost ma najwolniejsze samoloty na świecie. Przesyłka wyleciała z Szanghaju 23 listopada, a doleciała do Warszawy 30 grudnia. Bardzo wolne samoloty.