FDM 3D 打印機(jī)中使用的多種傳感器：分類、原理、作用

FDM（熔融沉積制造) 3D打印機(jī)越來越普遍，許多的新手也可以輕松上手，制造屬于自己的3D打印零件！FDM 打印的精度、可靠性和整體成功在很大程度上依賴于打印機(jī)中集成的一套傳感器。這些傳感器常常被忽視，但卻是監(jiān)控和控制打印過程各個(gè)方面的"無名英雄"，確保創(chuàng)建高質(zhì)量的3D打印件。從細(xì)絲檢測、溫度調(diào)節(jié)、床調(diào)平到位置跟蹤，每個(gè)傳感器都發(fā)揮著獨(dú)特而關(guān)鍵的作用。它們協(xié)調(diào)工作，為打印機(jī)的控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋，使其能夠進(jìn)行必要的調(diào)整并保持最佳的打印條件。南極熊將在本文中研究FDM打印機(jī)中的傳感器世界，探討它們的類型、工作原理以及它們在復(fù)雜的3D打印中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。


△縱維立方的打印機(jī)

溫度傳感器
在 FDM 打印中，機(jī)器最重要的功能之一是維持系統(tǒng)溫度。打印機(jī)需要一定的控制擠出機(jī)、打印板和腔室的溫度。如果沒有適當(dāng)?shù)臏囟龋現(xiàn)DM 機(jī)器就會出現(xiàn)故障，例如堵塞和粘附問題。FDM 打印機(jī)中最常用的兩種溫度傳感器包括熱電偶和熱敏電阻。


△熱電偶溫度傳感器

熱電偶是一種溫度傳感器，由兩種不同的金屬連接在一起組成。當(dāng)金屬結(jié)點(diǎn)的連接端（測量端）和另一端（參考端）之間存在溫差時(shí)，就會產(chǎn)生與溫差成正比的小電壓。熱電偶產(chǎn)生的電壓由打印機(jī)的控制板測量并轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)。

另外一種，熱敏電阻的工作原理是某些半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻的電阻會降低。通過支持電路，打印機(jī)的控制板可以測量該電阻并將其轉(zhuǎn)換為溫度讀數(shù)，從而可以根據(jù)需要調(diào)整加熱元件。

床調(diào)平傳感器
為了確保 FDM 打印機(jī)能夠成功打印，打印床必須調(diào)平。為此，床調(diào)平傳感器是 FDM 3D 打印機(jī)的關(guān)鍵組件。FDM 打印機(jī)中使用了多種類型的床調(diào)平傳感器。


△機(jī)械限位開關(guān)

●機(jī)械開關(guān)：這是最簡單形式的床調(diào)平傳感器，根據(jù)物理接觸原理工作。當(dāng)連接到打印頭上的噴嘴或單獨(dú)的探針接觸打印床時(shí)，它會觸發(fā)開關(guān)，向打印機(jī)的控制板發(fā)送信號。

●電容式和電感式傳感器：這些傳感器無需物理接觸即可檢測到床的距離，從而減少磨損。這些傳感器檢測電場或磁場的變化，確定與打印表面的距離。它們通常比機(jī)械開關(guān)更精確，但讀數(shù)會受到溫度和濕度等環(huán)境因素的影響

使用這兩種類型的傳感器，在構(gòu)建表面的許多點(diǎn)進(jìn)行測量使系統(tǒng)能夠確定打印床的整體水平度。

光學(xué)限位傳感器
光學(xué)限位傳感器的工作原理是光中斷原理。一般來說，光學(xué)限位器由兩個(gè)主要部分組成：光發(fā)射器（例如，IR LED）和光接收器或檢測器（例如，光電晶體管）。光學(xué)終點(diǎn)擋板的位置使得來自發(fā)射器的光在正常情況下到達(dá)檢測器，當(dāng)光束被中斷時(shí)，光學(xué)終點(diǎn)擋板檢測到物體的存在。

△光學(xué)終點(diǎn)擋板示例

在 FDM 打印機(jī)中，光學(xué)限位器通常位于打印機(jī)軸（X、Y 和 Z）的“起始”位置。當(dāng)打印機(jī)啟動或需要重新確定其位置時(shí)，它會沿著每個(gè)軸移動，直到觸發(fā)相應(yīng)的終點(diǎn)止動傳感器，表明已到達(dá)“起始”位置。這個(gè)過程被稱為“歸位”，確保打印機(jī)準(zhǔn)確地知道它從哪里開始并能夠準(zhǔn)確地控制打印頭和打印床的運(yùn)動。

總結(jié)
FDM由傳感器和控制系統(tǒng)提供動力。熱電偶和熱敏電阻等溫度傳感器會持續(xù)監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，防止故障并確保打印順利進(jìn)行。床調(diào)平傳感器，包括機(jī)械開關(guān)、電容式和電感式傳感器，可確保打印床水平，實(shí)現(xiàn)完美打印。光學(xué)傳感器采用光中斷技術(shù)，使打印機(jī)能夠建立準(zhǔn)確的起始位置并控制打印頭和打印床的移動。每個(gè)傳感器都是保證打印成功的關(guān)鍵工具，為將3D設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)做出了極大的貢獻(xiàn)！