Termistores de Impressora 3D: Seu Papel e Como Garantem Impressão Precisa

O Que é um Termistor de Impressora 3D?

Um termistor é um resistor cuja resistência varia rapidamente e de maneira previsível com mudanças de temperatura.

Termistores são feitos de semicondutores, principalmente germânio e silício, e seu valor de resistência depende da magnitude em sua faixa de temperatura.

O Que um Termistor Faz em uma Impressora 3D?

Termistores são usados em impressoras 3D como sensores de temperatura. Eles são fixados em pontos sensíveis à temperatura, como a mesa aquecida e o hot end. Nestes pontos, eles monitoram a temperatura e enviam os dados para o microcontrolador.

Para controlar a temperatura da impressora, o microcontrolador da impressora usa os dados relacionados para regular a temperatura da impressora.

Quando aquecem, a mudança de resistência é detectada e mapeada contra dados de calibração pelo firmware da impressora para calcular as mudanças de temperatura.

Tipos de Termistores

Existem dois tipos de termistores:

a) Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC)

Este é o tipo de termistor mais comumente usado em impressoras 3D. O termistor NTC oferece resistência variável dependendo da temperatura. Quando a temperatura sobe, a resistência vai de alta para baixa e permite que a corrente passe.

Na ligação, o NTC oferece uma resistência em série adicional quando usado para mitigar corrente de inrush. A resistência cai para uma quantidade insignificante durante temperaturas normais quando o termistor se auto-aquece com uma corrente, permitindo fluxo de corrente normal.

b) Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC)

O termistor PTC também oferece resistência variável dependendo da temperatura. À medida que a temperatura aumenta, a resistência sobe de baixa para alta e previne a sobrecorrente.

Termistores PTC são usados em certos cenários em vez de termistores NTC. Estes são: em condições extremas de temperatura, em equipamentos com tempo de reset quase zero, como termômetros digitais (ver na Amazon), ou em um sistema que experimenta disparos frequentes.

Por Que Termistores São Bons Sensores?

Termistores são vantajosos para uso em muitas aplicações como sensores devido à sua alta durabilidade e facilidade de uso, já que seu comportamento é bastante previsível. Seu uso em aplicações para medição e controle de temperatura é excepcional.

Evidentemente, uma mudança na resistência elétrica de um termistor devido a uma mudança correspondente de temperatura é notável, independentemente de a temperatura do corpo do termistor ser alterada devido a radiação ou condução do ambiente circundante ou devido ao "autoaquecimento" causado pela dissipação de energia dentro do dispositivo.

A temperatura do corpo do termistor será dependente da condutividade térmica de seu ambiente e também de sua temperatura quando um termistor é usado em um circuito onde a energia dissipada dentro do dispositivo é suficiente para causar "autoaquecimento".

Termistores são "autoaquecidos" para uso em aplicações como detecção de fluxo de ar, detecção de nível de líquido ou medições de condutividade térmica.

Como Troco o Termistor na Minha Mesa Aquecida de Impressora 3D?

Os seguintes passos podem ser usados para substituir o termistor e o tubo de aquecimento.

Você precisará das seguintes ferramentas:

• Um termistor
• Tubo de aquecimento
• Um par de tesouras
• Pinças
• Chave de fenda de dupla finalidade
• Chave sextavada de 1,5 mm
• Presilha de cabo (ver na Amazon)

Passo 1: Deslocando o ventilador próximo ao bico

Primeiramente, certifique-se de que o bico esteja resfriado à temperatura ambiente, para evitar ferimentos. Desprenda as duas tampas laterais usando uma chave de fenda, então solte os dois parafusos próximos ao ventilador.

Desconecte o conector do ventilador usando pinças para segurar a porta, então desloque o ventilador.

Passo 2: Removendo o termistor e o antigo tubo de aquecimento

Agora, usando as pinças, desconecte os conectores do antigo tubo de aquecimento e termistor, então corte o antigo tubo de aquecimento e termistor.

Após cortar, use a chave sextavada de 1,5 mm para soltar o parafuso no bloco de calor, e extraia o antigo tubo de aquecimento e termistor.

Passo 3: Instalando o termistor e o novo tubo de aquecimento

Prenda o novo tubo de aquecimento e termistor com uma presilha de cabo, então insira o novo tubo de aquecimento e termistor no bloco de calor. Parte do tubo de aquecimento deve se estender do outro lado do bloco de calor.

Garanta que o termistor esteja dentro do bloco de calor, então aperte o parafuso e passe o novo tubo de aquecimento e termistor pelo módulo. Conecte os conectores nas portas.

O tubo de aquecimento e termistor não podem alcançar o hot end.

Passo 4: Instalando o ventilador

Conecte o conector do ventilador na interface, então prenda-o ao módulo.

Passo 5: Montando as partes

Instale as duas tampas laterais.

Passo 6: Testando o termistor

Conecte o módulo ao controlador, então ligue a energia. Carregue o filamento da impressora, calibre a mesa aquecida e inicie uma impressão curta para testar.

Verifique se pode haver problemas enquanto imprime.

Como Testo a Resistência de um Sensor de Temperatura?

Existem várias maneiras de verificar a resistência. Para esta discussão, consideraremos verificar a resistência usando um multímetro.

A resistência não é um valor que você pode medir diretamente. Para encontrar a resistência do termistor, você terá que inferir o fluxo de corrente no termistor, então medir a resistência resultante a ele.

A leitura variará entre temperaturas, já que é um termistor. É preferível fazer sua leitura na resistência de temperatura ambiente (25℃)

Passos sobre Como Verificar a Resistência:

Para verificar a resistência de temperatura, precisaremos de: multímetro e pontas de prova do multímetro

Passo 1: Remova o isolamento de fibra de vidro no par de fios conectando o termistor.

Passo 2: Defina o alcance do Multímetro para a resistência nominal do termistor, ex. 100k.

Passo 3: Aplique as pontas de prova do multímetro nos dois fios. O multímetro deve exibir a resistência de temperatura.

Como Sei se um Termistor Está Ruim?

A maioria dos termistores de impressão 3D tem uma resistência de temperatura de 100k à temperatura ambiente. Vários sintomas de um termistor ruim em uma impressora 3D incluem:

• Quando as Temperaturas de Impressão São Mais Altas que o Normal

Materiais de impressora normalmente têm temperaturas de impressão recomendadas. Se a impressora requer uma temperatura mais alta para extrudar os materiais que a temperatura nominal, o termistor pode ser ruim.

• Runaway Térmico (Thermal Runaway)

Um runaway térmico é uma situação em que uma impressora 3D aquece a temperaturas extremamente altas e não consegue parar. Quando isso acontece, a impressora pode pegar fogo!

O runaway térmico pode ser devido a uma variedade de razões. No entanto, a causa mais provável é quando o termistor não está alinhado corretamente.

Devido ao mau alinhamento, o firmware continuará aumentando o calor para que atinja o alvo.

Para prevenir runaway térmico, você precisa instalar proteção de runaway térmico no firmware da impressora. O firmware sozinho não previne o runaway térmico. Ele apenas tenta interromper o superaquecimento da impressora em seus rastros.

• Falha em imprimir pela impressora, ou muitos erros de impressão devido a problemas de temperatura
• Leituras anormais de variação de temperatura no monitor da impressora

Como Calibrar Seu Termistor 3D

Existem diferentes maneiras de calibrar um termistor 3D. Vamos aprender como calibrar usando um multímetro.

1. Testando o Termopar

Teste se o termopar do multímetro é preciso. Ferva uma pequena quantidade de água, então mergulhe o termopar na água. Uma leitura de 100℃ indica que o termopar é preciso.

2. Identificando o Hot End

Agora abra o firmware da impressora. Verifique para identificar o hot end. Geralmente há um arquivo no arquivo de programa da impressora controlando o hot end. O manual do proprietário pode indicar a localização do arquivo para sua impressora.

3. Conectando Hot End ao Multímetro

Conecte o termopar do multímetro ao hot end. Uma maneira apropriada é encontrar um espaço entre o hot end e o bico e colocá-lo lá.

4. Copiando a Tabela

Abra a tabela de temperatura, no firmware. A tabela contém os valores de resistência do termistor versus temperatura. Para determinar a temperatura a partir da resistência medida, a impressora usa este arquivo. Agora copie a tabela, então delete a coluna de temperatura na nova tabela.

5. Preenchendo a Tabela

Na tabela antiga, defina o hot end para o valor de temperatura, então meça a leitura de temperatura precisa no multímetro. Copie as leituras para o valor de resistência na nova tabela correspondendo ao valor na tabela antiga, então repita os passos para todos os valores de resistência.

6. Substituindo a Tabela

Delete a antiga tabela do termistor e substitua-a pela nova depois que você encontrou a temperatura desejada para os valores de resistência.

Fatores Que Podem Levar a Erro na Faixa de Temperatura

Apesar de toda computação de dados e cálculos relacionados a termistores, as medições de termistores ainda exibem margens de erro anormalmente altas de mais de 1% aceitável em impressoras 3D. Esses erros podem ser atribuídos a:

Os seguintes são vários fatores que causarão tais erros:

1. Falha Aparente do Termistor

Fios de termistor são bastante frágeis. Eles podem ser facilmente estragados ao trocar o bico. O termistor danificado pode levar a uma leitura de temperatura extremamente baixa. Isso pode, por sua vez, ser desastroso para a impressora, pois as leituras relatadas não são a temperatura real. Em alguns casos raros, pode levar a incêndio.

2. Deriva ao Longo do Tempo

Termistores se desgastam com o tempo como resultado de exposição contínua a altas temperaturas. A exposição a altas temperaturas leva a um aumento na resistência, o que pode se traduzir em leituras de temperatura anormalmente mais baixas do que realmente é.

Esta exposição é um fator adicional ao desvio normal no tempo esperado em qualquer máquina ou componente de uma máquina devido à degradação.

3. Dados de Calibração Incorretos

Dados de calibração incorretos podem causar erros em termistores. Portanto, além de erros causados por tolerância, a margem de erro aqui será muito maior que o esperado.

4. Tolerância

Termistores são relativamente consistentes em desempenho, no entanto, suas tolerâncias diminuem com o aumento da temperatura.

O desvio para termistores usados em alguns hot ends de impressora 3D pode não ser necessariamente preciso em 1%. Pode ser maior como 2%, e ainda maior durante a impressão.

5. Circuito da Placa-Mãe

Alguns componentes na placa-mãe da impressora ou resistência anormalmente alta em cabos de conexão podem causar erros de leitura de temperatura do termistor. Esses incidentes podem mudar e derivar ao longo do tempo.

6. Sintonia PID Ruim

Sintonia PID ruim pode fazer as temperaturas da mesa aquecida ou hotbed da impressora oscilarem para frente e para trás e, em alguns casos, serem relatadas incorretamente.

Comprando um Termistor

A principal razão pela qual se deve comprar um termistor é se o que eles têm se tornou defeituoso.

Em segundo lugar, alguém poderia comprar um novo se desejar modificar sua impressora para imprimir a uma temperatura mais alta que a normalmente projetada.

Você também deve considerar comprar de um revendedor reconhecido para que o que você compra seja genuíno.

Conclusão

Um termistor é um pequeno componente em uma impressora 3D, mas desempenha um papel fundamental na impressão. O status do termistor não deve ser negligenciado, pois pode trazer tudo a uma parada brusca.