Detecção de Travamento ou Entupimento de Filamento

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A intenção deste documento é mostrar uma das formas de detectar travamento e fim de filamento e inclui algumas variações. O método foi desenvolvido para ter baixo custo e interferir o mínimo possível no funcionamento atual da impressora.

O método de detecção utiliza informação sobre o filamento e é independente do sistema extrusor e consegue detectar entre outras coisas: Travamento, entupimento, patinação no extrudor, perda de passos, nós no carretel e outras coisas que façam o filamento parar de se mover.

O sistema básico de detecção lê o movimento do filamento por contato e pequena fricção usando uma roda para movimentar um encoder. Se por qualquer motivo o filamento parar de se mover o sistema perceberá pois o encoder também vai parar e então o firmware pode tomar algumas atitudes.

Como a intenção é manter os custos baixos e interferir o mínimo possível no funcionamento atual da máquina o sistema de detecção é modular e independente, mesmo sendo possível integrar ao carro do extrusor para otimizar espaço.

Vou separar em três partes: Detecção Mecânica do Movimento, Leitura do Movimento e Interpretação das Leituras pelo Firmware.

Detecção Mecânica do Movimento

A detecção do movimento utiliza contato com o filamento para detectar seu movimento. Esta fricção deve ser mantida no mínimo possível para evitar perdas e não causar mudanças no sistema atual de tracionamento.

A funcionamento básico é dado por uma roda friccionando no filamento com dentes (assim como no extrusor) ou por contato com uma roda emborrachada ou similar. Então este movimento é enviado para um encoder com ou sem a ajuda de engrenagens que então utilizará de detectores ópticos ou mecânicos para determinar a posição.

IMAGE 01 Image 1 - Exemplo de um possível método de detecção

No exemplo acima foi utilizado uma roda dentada ou polia da mesma forma que vários extrusores atualmente usam e pressionam o filamento contra um rolamento. A pressão exata deve ser testada de forma a não atrapalhar o movimento. Este movimento é transferido com ou sem engrenagens a um encoder que fará a leitura do movimento da roda.

Existem várias formas de se fazer esta detecção, ente elas mas não se limitando à elas, pode-se utilizar uma roda emborrachada levemente pressionada no filamento para se ter um movimento sincronizado entre a roda e o filamento, então o mecanismo passa a informação para o encoder da mesma forma que no caso da polia.

Fazendo a Leitura do Movimento

A segunda parte é responsável por traduzir a informação mecânica em um sinal elétrico para o firmware. Isto pode ser feito tanto com sensores ópticos, mecânicos ou de efeito elétrico como um hall ou resistivo, como um potenciômetro ou trimpot ligado à roda e que enviaria o sinal para a placa de controle.

Veja a baixo algumas formas de detectar este movimento:

  • Uso de um sensor óptico para ler marcas na roda dentada ou no encoder;
  • Uso de um sensor mecânico para ler marcas na roda dentada ou no encoder;
  • Uso de um sensor de efeito hall para detectar a posição da roda pela da variação da corrente elétrica em detrimento da movimentação do conjunto;
  • Uso de um sensor de variação de tensão para detectar a posição da roda, de forma semelhante ao que os servomotores fazem;
  • Uso de sensores de posição para detectar a variação linear (veja Imagem 02)

IMAGE 02 Image 2 - Exemplo de uso de um detector de posição linear

Após o movimento ter sido detectado o sinal será enviado para a controladora/placa/circuito. Chamaremos este conjunto eletrônico apenas de "controladora" para simplificar o texto.

Interpretação das Leituras pelo Firmware

Assim que o sinal chega à controladora o firmware precisa manipular estes dados independente do formato do sinal, seja ele analógico ou digital.

O firmware tem duas formas de processar a posição. A mais simples é comprar o sinal recebido com os comandos de movimentação do extrusor e checar se eles estão razoavelmente próximos e não necessariamente idênticos. Outra forma é contar cada passo recebido e manter um controle preciso da posição. Neste ponto todos os problemas citados podem ser detectados e uma ação pode ser tomada. Independente da natureza dos problemas não há garantias que o problema em específico pode ser distinguido e o firmware precisa considerar este fato.

O problema mais imediato que pode ser detectado é a parada completa do filamento que pode tanto significar fim do filamento, entupimento do bico, sistema trator patinando ou nós no carretel. Estes casos a impressão pode ser pausada e o usuário pode resolver o problema e eventualmente salvar a impressão. Um segundo problema é o extrusor perdendo passos ou patinando eventualmente, neste caso a medição precisa da posição do filamento pode ser utilizada para comprar e contornar temporariamente o problema para tentar salvar a impressão. Repare que um entupimento parcial vai fazer com que o tracionador coma o filamento causando o mesmo efeito da perda de passo logo também é detectável.

Cada firmware precisa ser estudado para avaliar a possibilidade de implementação e cada necessidade.

O Firmware Repetier tem uma implementação parecida como FTS - Sistema de Rastreio de Filamento (Filament Tracking System) e mais informações podem ser encontradas em: [1]

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Files and Resources

Minha versão usando uma roda emborrachada de uma impressora jato de tinta antiga, alguns rolamentos, parafusos e porcas.


Trabalho a ser feito

Eu ainda não enviei as imagens, então por hora as manterei em outro lugar, você também as pode ver no documento original que está no link a baixo.

Sobre este documento

Este documento está licenciado duplamente sobre a licença Creative Commons de Atribuição para RafaelEstevam e foi escrito pela primeira vez em Setembro de 2016 por RafaelEstevam. A versão original pode ser encontrada neste link: [5]