FDM 3D 打印機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方面的"無名英雄"，確保創(chuàng)建高質量的3D打印件。從細絲檢測、溫度調節(jié)、床調平到位置跟蹤，每個傳感器都發(fā)揮著獨特而關鍵的作用。它們協(xié)調工作，為打印機的控制系統(tǒng)提供實時反饋，使其能夠進行必要的調整并保持最佳的打印條件。南極熊將在本文中研究FDM打印機中的傳感器世界，探討它們的類型、工作原理以及它們在復雜的3D打印中發(fā)揮的關鍵作用。


△縱維立方的打印機

溫度傳感器
在 FDM 打印中，機器最重要的功能之一是維持系統(tǒng)溫度。打印機需要一定的控制擠出機、打印板和腔室的溫度。如果沒有適當?shù)臏囟龋現(xiàn)DM 機器就會出現(xiàn)故障，例如堵塞和粘附問題。FDM 打印機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。當金屬結點的連接端（測量端）和另一端（參考端）之間存在溫差時，就會產生與溫差成正比的小電壓。熱電偶產生的電壓由打印機的控制板測量并轉換成溫度讀數(shù)。

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

床調平傳感器
為了確保 FDM 打印機能夠成功打印，打印床必須調平。為此，床調平傳感器是 FDM 3D 打印機的關鍵組件。FDM 打印機中使用了多種類型的床調平傳感器。


△機械限位開關

●機械開關：這是最簡單形式的床調平傳感器，根據(jù)物理接觸原理工作。當連接到打印頭上的噴嘴或單獨的探針接觸打印床時，它會觸發(fā)開關，向打印機的控制板發(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。它們通常比機械開關更精確，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，在構建表面的許多點進行測量使系統(tǒng)能夠確定打印床的整體水平度。

光學限位傳感器
光學限位傳感器的工作原理是光中斷原理。一般來說，光學限位器由兩個主要部分組成：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）。光學終點擋板的位置使得來自發(fā)射器的光在正常情況下到達檢測器，當光束被中斷時，光學終點擋板檢測到物體的存在。

△光學終點擋板示例

在 FDM 打印機中，光學限位器通常位于打印機軸（X、Y 和 Z）的“起始”位置。當打印機啟動或需要重新確定其位置時，它會沿著每個軸移動，直到觸發(fā)相應的終點止動傳感器，表明已到達“起始”位置。這個過程被稱為“歸位”，確保打印機準確地知道它從哪里開始并能夠準確地控制打印頭和打印床的運動。

總結
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)控和調節(jié)系統(tǒng)溫度，防止故障并確保打印順利進行。床調平傳感器，包括機械開關、電容式和電感式傳感器，可確保打印床水平，實現(xiàn)完美打印。光學傳感器采用光中斷技術，使打印機能夠建立準確的起始位置并控制打印頭和打印床的移動。每個傳感器都是保證打印成功的關鍵工具，為將3D設計的現(xiàn)實做出了極大的貢獻！