石定盤 自作3Dプリンタ、extruderトルク不足、BL-Touch振動問題

3Dプリンタを作ろう！

盛大にトラブっております．トラブルの顛末を記しておくのは大切です．3Dプリンタというのはこういうトラブルに遭遇するものなんだーと、勇者諸氏に思っていただけると幸いです．

いきなり巨大物体をプリントしています．170x170mmの平板です．隅が剥がれたりするので巨大平板をプリントするのって難しんだよね．ところがextruderにトラブル続出です．それだけでなくBL-Touchのトラブルにまで発展しました．

ーーーートラブル１－－－－

extruderのモータートルクが不足していてフィラメントが進まなかった．

↓トルク増大のため、driverの電流制限を大きく調整する．フィラメント進まずはひとまず治った．

↓しかし電流増のせいで別の問題が発生．extruderモーターが熱々になっていて、熱のせいで固定のためのモールドがメルトダウン寸前という状況．キャーッ！！

↓手持ちのFANをテキトーに取り付けてプリント再開．

いままで、extruderの放熱器やFANなんか不要だろと思っていたのですが、いやいやそんなに甘い物じゃなかった．高電流駆動しないといけないextruderは発熱するのでした．

ーーーートラブル２－－－－

プリント中に突然、樹脂が吐出されなくなりました．トラブル１と似ているけど、トルク不足ではありませんでした．原因はフィラメントが何処かに引っかかってビクともしなくなっていました．

フィラメントが入らない原因がなかなか複雑でした．

誘因

extruderは、ギアでフィラメントに傷をつけてしまいます．傷のついたフィラメントがhotendへ入ってゆきます．削りカスも同時にhotendへ入ります．

フィラメントが詰まった場所はV6 hotendの赤線のところでした．溶ける場所ではありません．引き戻しOFFでやってるので引き戻し帰責ではありません．

引っ掛かり原因

詰まったとの表現は不正確で、引っ掛かっていたのが正確でした．赤線の箇所で穴径が4.5mm→2mmに変わっています．ここに削りカスが多く付着していました．でも削りカスは真の原因ではなさそうです．真の原因は、穴径が細くなる段差にフィラメントの傷が当たって引っ掛かっていたのです．

対処

穴径が細くなる段差の角をなるべく滑らかにします．細い丸ヤスリを突っ込んで角を削ります．こうすることでフィラメントに傷があっても引っ掛かりにくいようにします．

結果

現在、正常に動いています．

ーーーートラブル３－－－－

しばらくは正常なプリントが進行していたのですが、インフィルのプリントに移り、速度が60mm/secに増速したらまたしてもフィラメントが入らくなりました．トラブル１と同様にトルク不足でステッパモーターが脱調を起こしています．

  30mm/sec    トルク充分  OK

  60mm/sec    トルク不足  NG

という微妙な事態です．

改善対策をやってみた順に列挙します．

１）電流をmaxで流す（A4998の電流制限ボリウムmax）

２）FANで冷却

３）extruderモーターを1/16マイクロステップ駆動をやめて標準駆動にする

４）extrudeモーターを17HS2408(12Ncm)→17HS3401(28Ncm)に変える

５）12V電源を5A→20Aに変更

1～4は効果が無く、５番でようやく効果が認められました．プリント品質も安定しました．

12Vの消費電流は常時モニタしています．average 2.5Aぐらいです．しかし５番で効果があったということはpeak電流は5A近かったのだと推測します．

ーーーートラブル４－－－－

インフィルプリント時には多かれ少なかれ「樹脂の塊」が出現します．中には高さ1mmを超えるような樹脂の塊が出来ることもあり、ノズルが乗り越えられなくてそこでプリントは死亡します．

原因を推測するに、非力なモーターゆえextruderがトルク不足な状態ですと、樹脂の量が不安定だからか樹脂の塊が出来やすくなるように感じます．

←これは正常な状態

そこでなんとかしてモータートルクを強くしたいので、driverをDRV8825に変えてみました．根拠薄弱ですがDRV8825はA4998よりも大電流時の挙動が安定しているように思われるためです．やってみたらextruderの動作が安定し樹脂の塊も少なくなりました．結果オーライ

なお、フィラメントの引き戻し（リトラクション）量の増減も試みましたけど、これは手応え無しでした．スルーします．

恒久対策として、extruder＋モーターを換装します．

MK8 extruderと組み合わせて使われるモーター仕様を調べると、17HS2408(12Ncm)や17HS3401(28Ncm)ではなく、17HS4401(40Ncm)かその上が採用されているようです．なのでモーターを巨大化させます．

またこのextruderはギア形状が工夫されていてフィラメントの喰いつきが良いそうです．

←￥1700也

ーーーートラブル５－－－－

インフィルパターンをジャイロイドに変えたら、信じられないトラブルが発生しました．

ジャイロイドとはこういう内部模様です．sine波のような波打ち模様で、層によって模様が変化します．それゆえ樹脂の塊ができやすい構造と言えます．

←これは失敗状態

多少の樹脂の塊があっても、ノズルはそれを乗り越えて強引に進んでゆきます．ノズルを通じてhotendが上下振動を受けます．すると振動のせいでBL-Touchのピンが降りてしまうのです．プリント中にピンが降りてしまったら加工物に引っかかって瞬殺です．ステッパモータがグガガッと音を立ててプリント位置がずれて一巻の終わり．トラブル４もこれが原因だったのかもしれません．

そんな振動なんかでBL-Touchのピンが降りるもんか？ と思う賢明な勇者殿にはこの動画を見ていただきたい．カッターナイフで軽く叩いているだけなのに、ピンが降りてしまうんです．ピン収納のソレノイド磁石はとても弱いようです．

電気的ノイズを疑って、フィラメントを供給せずに3DPを稼働させる（＝空振りさせる）ならピン降りは発生しません．電気ノイズはシロ判定でよいでしょう．

BL-Touchのこの問題を回避するのはきびしいものがあります．どうしよう...

追記：静電容量型の近接センサを試そうと思います．BL-Touchから離れる方向で．

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かしこ

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