2021年3月24日水曜日

石定盤 自作3Dプリンタ(中型)XYZ軸リードスクリュー駆動は少数派(3)

3Dプリンタを作ろう!

XYZ全部リードスクリュー駆動はどうして少数派なのだろう?

その理由がわかったような気がします.わたしが世間知らずでした.

リードスクリュー駆動はステージ移動速度が遅いようです.これがXY軸にリードスクリューが採用されない理由ではないか? (Z軸は移動速度が遅くても無問題)

実際にMarlinで動かしても見ましたが、ステッパモーターを高回転させようとすると脱調みたくなって動きませんでした.

ステッパモーターはどのくらいの回転数で動いてくれるものなのか? これはネットから拾ったステッパモーターの特性図です.トルクが平坦な上限回転数は1200rpmぐらいと読めます.
1200rpm=20rpsでpitch2mmのリードスクリューが進む速度は40mm/Secです.これは遅いです.

なぜなら、MarlinのConfigration.h には、XY移動速度についてこのような数字があります.
   60mm/Sec        XYZ全部リードスクリューのmakibox  遅い
   80mm/Sec        少数   XYベルト
  150mm/Sec       少数   XYベルト
  200mm/Sec       少数   XYベルト
  300mm/Sec       50%以上がこれ   XYベルト
  400mm/Sec       10%ぐらい   XYベルト
  500mm/Sec       20%ぐらい   XYベルト
40mm/Secなんつう遅い機種は見当たりません.前回で触れたmakiboxは60mm/sですから遅い部類です.

XY軸をベルト駆動に作り直します.うぇ~んベルト嫌い~


かしこ



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14 件のコメント:

  1. >リードスクリュー駆動はステージ移動速度が遅いようです
    これは、ちょっと誤解を招く表現ですね。正確には、
    「リードスクリュー構造を、ステッピングモータで駆動した時には、速度が出せない」
    ですね。
    ※自分ではないのですが、仕事で同じようなことにハマっていた人を知っています。
    もともと、ステッピングモータで駆動する装置のスピードを上げようとしていたのですが、
    「回転数を上げるとトルクが下がる」に、見事にハマっていました。
    (なので、「位置ずれ問題(脱調)」に、悩んでいました。)
    実はステッピングモータは「構造上、基本的にオープンループ制御」なので「正確な位置決め目的」には、不向きです。
    (軸にセンサを取り付けて、回転制御できそうな気がしますが、応答時間などの問題があって、うまくいかない。)
    なので「高速回転制御」を求めるなら「サーボモータ」を、使うしかありません。

    多分、リードスクリューでも「サーボモータ」を、使えばうまくいきます。が、
    サーボモータは「(制御ユニットとかが必須なので)値段が高い」です。
    ※ちなみに、工作機械などが「キュイーン」とかの音を出しているのは、サーボモータの制御音です。最近は「エレベータに乗ってても」こういう音がしますね。
    だいたい、数百キロから数メガヘルツくらいのクロックで制御してるので、ああいう音がします。

    まぁ、そういう意味では「コスト制約の厳しいところ」では、リードスクリューは使えないんでしょうね。
    ※なので別に「リードスクリューだからダメ」というわけではないです。工作機械のXYステージ制御に、この構造はよく使われてますし。ただし、サーボモータ必須ですが。

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    1. ちなみに、「ステッピングモータ」は、産業機器では、
      ・とりあえず、簡単な制御で動けばいい場所
      でしか使われてませんね。(昔よく「プリンタの紙送り部分」に、使われてました。)
      現在でも、「搬送系(位置決め精度が要らない場所)」位しか使われてる記憶がありません。
      ステージ制御(数十から数ミクロン以下までの制御)には、もっぱら
      「サーボモータ+リードスクリュー構造」が、使われてますね。
      (間違っても、「ベルト駆動」なんかはしていない。あんなの、簡単に10ミクロンくらいはズレるから。)

      で、おそらくは、
      「0.1mmから0.01mmくらいの精度でよい」3DプリンタのXY制御は、ちょうど
      「ステッピングモータ+ベルト駆動」が、よかったのかもしれません。
      ※3Dプリンタも、精度(10ミクロン以下)を要求されるようになれば、たぶん
      「リードスクリュー+サーボモータ」に、ならざるを得なくなると思います。
      (そう意味では、「リードスクリュー+サーボモータ」に、しておけば、将来性はあるかも。)

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    2. 知人が高精度かつ高速な3DPを開発していまして、それがリニアサーボモーターです.
      アクチュエータとしては最高級なんじゃないですかね.
      高価そうで目が潰れそうですwww

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    3. >ステージ制御(数十から数ミクロン以下までの制御)には、もっぱら
      「サーボモータ+リードスクリュー構造」が、使われてますね。
      追記。もっと精度が必要になると、これが、
      「リニアモータのダイレクト駆動」になります。値段的に一番高い。仕組み的には「サーボモータ」ではありますが、メカ的にモータが「リニア」になっただけ。これだと、いいやつだと数十ナノメートルくらいの制御ができる。

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    4. >それがリニアサーボモーターです
      書いてたら、先に書かれてしまったw

      ※もしかしたら「リードスクリュー+サーボモータ」は、飛ばされて、
      さきに「リニア」に、移行するかもしれませんね。構造は、こっちのが簡単だから。

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    5. 光学スケールまで搭載しているので、あれって1軸トータルで10万円じゃ買えないとおもうんです.1軸50万円ぐらい? 失禁しちゃう.

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    6. >光学スケール
      そうそう。これが「アホみたく高い」んですよね。
      多分、リニアモータはたぶん「モータ自体」は、高くないけど、それをとりまく
      「制御系」の、値段が高い。(というか、普通は「単体」では売ってない。)

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    7. >光学スケール
      見た目は「虹色」で、きれいです。ミクロン単位で「目盛り」が、入っていて、それが人間には虹色に見える。

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    8. 「ホログラム」の、一種とも言えるかも。

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    9. あの虹色光学スケールは中割りしててサブミクロンまで分解能があるんじゃないかと思うんですね.そして周辺機材一式でどんどん高価になります.

      ステッパモータのopen制御+中華通販なら1軸¥2000ぐらいでやんすw

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    10. >サブミクロンまで分解能がある
      もちろん、そうらしいです。もはや、メカの加工精度は
      「ミクロンは、当たり前」で、「サブミクロンや、ナノスケール」オーダーらしいです。

      ※そういえば、IBMだかが、電子顕微鏡配下で、「原子レベルで、加工」
      (何かの原子を「きれいに並べて」いた写真があったはず。)
      する時代(といっても、もう10年ぐらい前だった気がする)ですからね。

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    11. AFM顕微鏡の応用でしたかなそれって

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    12. >見た目は「虹色」
      そもそも、「可視光線の波長(数百ナノメートル)」くらいで加工されてなきゃ、そう見えませんね。

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    13. 光学波長が0.5umぐらいなわりに分解能が高くて、原理を調べたことがあるんですがもう忘れてしまいましt.

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