Prusa i2, deel 3: Stappenmotors kiezen

NEMA 17 Stappenmotor
Er zijn eigenlijk drie soorten motortjes voor elektronicaprojecten: gelijkstroommotors (DC motors), servomotors en stappenmotors. Een gelijkstroommotor gaat gewoon draaien zodra er stroom loopt. Howel dit soort motors erg krachtig zijn, is een gelijkstroommotor niet nauwkeurig. Een servomotor daarentegen heeft ongeveer de kracht van een gelijkstroommotor maar is ook nog eens veel nauwkeuriger. Dit komt doordat een servomotor informatie krijgt over z’n eigen positie, en dan de stand van de motor kan aanpassen tot de gewenste positie bereikt is. Nadeel is dat servomotors in verhouding duur zijn, en constante stroom nodig hebben om hun positie te kunnen corrigeren. Stappenmotors tenslotte zijn erg nauwkeurig zonder dat er een terugkoppeling nodig is. Ze zijn ook nog eens relatief goedkoop. Helaas zijn ze niet zo krachtig. Voor een CNC-machine worden vaak servomotors gebruikt, terwijl een 3D printer met een stappenmotor uit kan.

Allereerst zijn de maten van de stappenmotor van belang. Voor de Prusa i2 heb ik NEMA 17 stappenmotors nodig: die hebben een frontplaat van 1,7 bij 1,7 inch, dus 43,2 bij 43,2 mm. Behalve de afmetingen van de frontplaat zegt het NEMA-nummer niks over de lengte van de motor of hoe krachtig deze is. Ook moeten de stappenmotors voor deze printer een schachtdiameter van 5 mm hebben.

De nauwkeurigheid en kracht van de motor zijn ook belangrijk. De meeste motors hebben een stapgrootte van 1,8°, en dat is voldoende voor mijn printer. Sommige hebben een stapgrootte van 0,9°, maar dankzij microstepping van de stappenmotordriver kan ook een minder nauwkeurig motor kleine stapjes maken. Het stilstandskoppel (holding torque) dat de motor kan leveren is de voornaamste weergave van de kracht van de motor. Hoe hoger dit getal in N·cm, hoe meer koppel de motor kan leveren in stilstand. Hoe meer massa de motor moet verplaatsen, hoe hoger het stilstandskoppel moet zijn. De Mendel heeft voor de X-, Y- en Z-as officieel een minimaal stilstandskoppel van 13,7 N·cm nodig, en voor de extrudermotor minimaal 40 N·cm. De motors die ik heb gevonden hebben een koppel van 47,1 N·cm, dus dat zou genoeg moeten zijn.

Tenslotte is de maximale stroomsterkte van de motor ook nog iets om naar te kijken. Meestal is de maximale stroomsterkte van de motor hoger dan wat de stappenmotordriver kan aansturen. Minder stroom betekent minder kracht, maar ook dat de motor minder warm wordt. Maar als de stappenmotordriver veel minder stroom kan leveren dan de motor nodig heeft, dan draait de motor enorm ondermaats en raakt de driver misschien oververhit. Een 1,7 A motor op een 1,5 A driver is een goede combinatie. Maar ook een 2,5 A motor op een 2 A driver moet lukken. Met een potmetertje op de driver kan de aanstuurstroom worden ingesteld. De motors die ik heb gekozen hebben een maximale stroomsterkte van 2,5 A. De eerder gekozen DRV8825 drivers kunnen wel tot 2,2 A leveren (met heatsinks), dus dat moet wel werken.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

To create code blocks or other preformatted text, indent by four spaces:

    This will be displayed in a monospaced font. The first four 
    spaces will be stripped off, but all other whitespace
    will be preserved.
    
    Markdown is turned off in code blocks:
     [This is not a link](http://example.com)

To create not a block, but an inline code span, use backticks:

Here is some inline `code`.

For more help see http://daringfireball.net/projects/markdown/syntax