3D-printer thermistoren: Hun rol en hoe ze nauwkeurig printen garanderen

Wat is een 3D-printer thermistor?

Een thermistor is een weerstand wiens weerstandswaarde snel en voorspelbaar varieert met temperatuurveranderingen.

Thermistoren zijn gemaakt van halfgeleiders, voornamelijk germanium en silicium, en hun weerstandswaarde hangt af van de grootte in hun temperatuurbereik.

Wat doet een thermistor in een 3D-printer?

Thermistoren worden in 3D-printers gebruikt als temperatuursensoren. Ze zijn gemonteerd op temperatuurgevoelige punten zoals het verwarmde bed en de hotend. Op deze punten monitoren ze de temperatuur en sturen ze de data naar de microcontroller.

Om de printertemperatuur te regelen, gebruikt de microcontroller de gerelateerde data om de temperatuur van de printer te regelen.

Wanneer ze opwarmen, wordt hun weerstandsverandering gedetecteerd en afgebildet tegen calibratiedata door de firmware van de printer om de temperatuurveranderingen te berekenen.

Typen thermistoren

Er zijn twee typen thermistoren:

a) Negative Temperature Coefficient (NTC)

Dit is het meest gebruikte type thermistor in 3D-printers. De NTC-thermistor biedt variabele weerstand afhankelijk van temperatuur. Wanneer de temperatuur stijgt, daalt de weerstand van hoog naar laag, waardoor stroom kan vloeien.

Bij inschakeling biedt de NTC een additionele serieweerstand om inrush-stroom te dempen. De weerstand daalt tot een verwaarloosbaar bedrag tijdens normale temperaturen wanneer de thermistor zichzelf verhit met een stroom, waardoor normale stroomdoorlaat mogelijk is.

b) Positive Temperature Coefficient (PTC)

De PTC-thermistor biedt ook variabele weerstand afhankelijk van temperatuur. Naarmate de temperatuur stijgt, stijgt de weerstand van laag naar hoog en voorkomt overstroom.

PTC-thermistoren worden in specifieke scenario's gebruikt in plaats van NTC: bij extreme temperaturomstandigheden, in apparatuur met bijna nul reset-tijd zoals digitale thermometers (bekijk op Amazon), of in systemen die frequente schokken ervaren.

Waarom zijn thermistoren goede sensoren?

Thermistoren zijn voordelig voor gebruik in veel toepassingen als sensoren vanwege hun hoge duurzaamheid en gemak van gebruik, aangezien hun gedrag voorspelbaar is. Hun gebruik in toepassingen voor temperatuurmeting en -regeling is uitstekend.

Een verandering in elektrische weerstand van een thermistor door een corresponderende temperatuurverandering is opmerkelijk, ongeacht of de lichaamstemperatuur van de thermistor verandert door straling of geleiding uit de omgeving of door "zelfverhitting" veroorzaakt door vermogensdissipatie binnen het apparaat.

De lichaamstemperatuur van de thermistor hangt af van de thermische geleiding van de omgeving en de temperatuur wanneer een thermistor in een schakeling wordt gebruikt waar het gedissipeerde vermogen voldoende is om "zelfverhitting" te veroorzaken.

Thermistoren worden "zelfverhit" voor toepassingen zoals luchtstroomdetectie, vloeistofniveaudetectie of thermische geleidingsmetingen.

Hoe vervang ik de thermistor op mijn 3D-printer verwarmde bed?

De volgende stappen kunnen worden gebruikt om de thermistor en de verwarmingsbuis te vervangen.

Je hebt de volgende gereedschappen nodig:

• Een thermistor
• Verwarmingsbuis
• Een schaar
• Pinzet
• Dubbele doele schroevendraaier
• 1,5 mm inbussleutel
• Kabelbinder (bekijk op Amazon)

Stap 1: De ventilator naast de nozzle losmaken

Zorg er eerst voor dat de nozzle op kamertemperatuur is afgekoeld, om letsel te voorkomen. Demonteer de twee zijdekens met een schroevendraaier, los dan de twee schroeven naast de ventilator.

Trek de connector van de ventilator los met een pinzet die de poort vasthoudt, en haal de ventilator los.

Stap 2: De thermistor en de oude verwarmingsbuis verwijderen

Nu, met de pinzet, trek je de connectors van de oude verwarmingsbuis en thermistor los, en knip je de oude verwarmingsbuis en thermistor door.

Na het knippen, gebruik de 1,5 mm inbussleutel om de schroef in het hitteblok los te draaien, en haal de oude verwarmingsbuis en thermistor eruit.

Stap 3: De nieuwe thermistor en verwarmingsbuis installeren

Bind de nieuwe verwarmingsbuis en thermistor vast met een kabelbinder, en steek ze in het hitteblok. Een deel van de verwarmingsbuis moet aan de andere kant van het hitteblok uitsteken.

Zorg dat de thermistor binnenin het hitteblok zit, draai de schroef vast en voer de nieuwe verwarmingsbuis en thermistor door de module. Stop de connectors in de poorten.

De verwarmingsbuis en thermistor mogen de hotend niet bereiken.

Stap 4: De ventilator installeren

Stop de ventilatorconnector in de interface en bevestig hem aan de module.

Stap 5: Onderdelen monteren

Monteer de twee zijdekens.

Stap 6: De thermistor testen

Sluit de module aan op de controller, schakel de stroom in. Laad het printerfilament, kalibreer het verwarmde bed en start een korte testprint.

Controleer of er problemen zijn tijdens het printen.

Hoe test ik de weerstand van een temperatuursensor?

Er zijn verschillende manieren om weerstand te controleren. We bekijken het met een multimeter.

Weerstand is geen waarde die je direct kunt meten. Om de thermistorweerstand te vinden, moet je de stroomdoorlaat in de thermistor afleiden en de resulterende weerstand meten.

De meting varieert per temperatuur omdat het een thermistor is. Het is beter om de meting te nemen bij kamertemperatuurweerstand (25 °C).

Stappen om de weerstand te controleren:

We hebben nodig: multimeter en multimeter meetpennen

Stap 1: Verwijder de glasvezelisolatie op de twee draden die de thermistor verbinden.

Stap 2: Stel de multimeterbereik in op de nominale weerstand van de thermistor, bijv. 100k.

Stap 3: Leg de meetpennen op de twee draden. De multimeter moet de temperatuurweerstand tonen.

Hoe weet ik of een thermistor defect is?

De meeste 3D-printthermistoren hebben een temperatuurweerstand van 100k bij kamertemperatuur. Symptomen van een defecte thermistor in een 3D-printer zijn:

• Printtemperaturen hoger dan normaal

Printmaterialen hebben aanbevolen printtemperaturen. Als de printer een hogere temperatuur vereist om het materiaal te extruderen dan de nominalwaarde, kan de thermistor defect zijn.

• Thermal Runaway

Thermal runaway is een situatie waarin een 3D-printer opwarmt tot extreme temperaturen en niet kan stoppen. Wanneer dit gebeurt, kan de printer vlam vatten!

Thermal runaway kan verschillende oorzaken hebben. De meest waarschijnlijke is een slecht uitgelijnde thermistor.

Door de slechte uitlijning zal de firmware de hitte voortdurend verhogen om het doel te bereiken.

Om thermal runaway te voorkomen, moet je thermal runaway bescherming in de printerfirmware installeren. De firmware alleen voorkomt thermal runaway niet; het probeert alleen de oververhitting te stoppen.

• Printer print niet, of veel printfouten door temperatuurproblemen
• Afwijkende temperatuurmeterwaarden op de printermonitor

Hoe kalibreer ik mijn 3D-thermistor?

Er zijn verschillende manieren om een 3D-thermistor te kalibreren. We leren kalibreren met een multimeter.

1. De thermocouple testen

Test of de thermocouple van de multimeter nauwkeurig is. Kook een beetje water, duik de thermocouple erin. Een meting van 100 °C geeft aan dat de thermocouple nauwkeurig is.

2. De hotend identificeren

Open nu de printerfirmware. Controleer om de hotend te identificeren. Er is meestal een bestand in het printerprogramma dat de hotend regelt. De handleiding kan de locatie van het bestand voor je printer aangeven.

3. Hotend verbinden met de multimeter

Verbind de thermocouple van de multimeter met de hotend. Een geschikte manier is een ruimte tussen de hotend en de nozzle te vinden en het erin te steken.

4. Tabel kopiëren

Open de temperatuurtabel in de firmware. De tabel bevat waarden van thermistorweerstand versus temperatuur. Om de temperatuur te bepalen uit de gemeten weerstand, gebruikt de printer dit bestand. Kopieer de tabel, verwijder de temperatuurkolom in de nieuwe tabel.

5. Tabel invullen

In de oude tabel, stel de hotend in op de temperatuurwaarde, meet dan de nauwkeurige temperatuur op de multimeter. Kopieer de metingen naar de weerstandswaarde in de nieuwe tabel die overeenkomt met de waarde in de oude tabel, en herhaal voor alle weerstandswaarden.

6. Tabel vervangen

Verwijder de oude thermistortabel en vervang hem door de nieuwe nadat je de gewenste temperatuur voor de weerstandswaarden hebt gevonden.

Factoren die leiden tot fouten in temperatuurbereik

Ondanks alle databerekeningen met betrekking tot thermistoren, tonen thermistormetingen nog steeds abnormaal hoge foutmarges van meer dan de acceptabele 1% in 3D-printers. Deze fouten kunnen toegeschreven worden aan:

1. Kennelijke thermistordefect

Thermistordraden zijn kwetsbaar. Ze kunnen gemakkelijk beschadigen bij het wisselen van de nozzle. Een beschadigde thermistor kan leiden tot extreme lage temperatuurmeteringen. Dit kan rampzalig zijn voor de printer omdat de gemelde waarden niet de echte temperatuur zijn. In zeldzame gevallen kan het tot brand leiden.

2. Drift in de tijd

Thermistoren slijten na verloop van tijd door continue blootstelling aan hoge temperaturen. De blootstelling leidt tot een stijging van de weerstand, wat kan vertalen naar abnormaal lage temperatuurmeteringen.

Deze blootstelling is een additionele factor bij de normale drift in de tijd die verwacht wordt in elke machine of component door degradatie.

3. Ongenaauwkeurige calibratiedata

Onjuiste calibratiedata kan fouten in thermistoren veroorzaken. Naast fouten door tolerantie, zal de foutmarge hier veel hoger zijn dan verwacht.

4. Tolerantie

Thermistoren zijn redelijk consistent in prestaties, maar hun toleranties nemen af met stijgende temperatuur.

De afwijking voor thermistoren in sommige 3D-printer hotends is niet noodzakelijk accuraat op 1%. Het kan hoger zijn, zoals 2%, en nog hoger tijdens het printen.

5. Moederbordschakeling

Sommige componenten op het moederbord of abnormaal hoge weerstand in verbindingskabels kunnen thermistortemperatuurmeterfouten veroorzaken. Deze incidenten kunnen veranderen en driften in de tijd.

6. Slechte PID-afstelling

Slechte PID-afstelling kan de temperaturen van het verwarmde bed of de hotend laten zwaaien en in sommige gevallen verkeerd rapporteren.

Een thermistor kopen

De hoofddoel om een thermistor te kopen is als de huidige defect is.

Tweedens, je kunt er een nieuwe kopen als je je printer wilt aanpassen om te printen bij een hogere temperatuur dan standaard ontworpen voor.

Je moet ook overwegen om bij een erkende dealer te kopen, zodat wat je koopt echt is.

Conclusie

Een thermistor is een klein component in een 3D-printer, maar speelt een cruciale rol in het printen. De status van de thermistor mag niet genegeerd worden, want het kan alles tot stilstand brengen.