Stampante 3D fai da te: driver motori stepper

Se vuoi costruire una stampante 3D fai da te devi conoscere i driver che comandano i motori passo-passo (in inglese stepper motor).

I motori passo-passo vengono utilizzati per muovere i carrelli/assi della stampante 3D. Un motore viene anche utilizzato per caricare il filamento nell’ugello estrusore.

I motori passo-passo hanno il vantaggio di potersi muovere con piccoli movimenti, detti step. E’ un vantaggio perché possiamo calcolare a priori, sapendo gli step che eseguirà il motore, lo spostamento angolare.

Questo vantaggio diventa un limite, perché gli spostamenti sono eseguiti a scatti. Per cui i movimenti, per essere fluidi e lineari, hanno bisogno di più step possibili.

I motori passo passo maggiormente utilizzati  nelle stampanti 3D fai da te hanno 200 step. Ciò significa che un passo/step muove il perno del motore di 360° / 200 step = 1,8° angolari.

I driver per stampante 3D fai da te

I driver per motori passo passo sono dei circuiti elettronici che, non solo alimentano il motore, ma ne controllano la velocità. Lo stepper motor si muove per scatti angolari. Più vogliamo che il movimento sia fluido e più passi deve avere il motore.

Un driver deve poter alimentare il motore con una corrente adeguata al suo assorbimento elettrico. E’ bene che il driver sia protetto dal corto circuito e dalla sovra-temperatura in caso il motore venga bloccato o lavori in modo sforzato.

Alcuni driver possono aumentare “virtualmente” il numero totale dei passi del motore. Questa capacità viene chiamata micro-stepping.

E’ bene che il driver utilizzato per comandare i motori della stampante 3D abbia la possibilità di regolare la corrente massima assorbita dal motore. Questo per evitare che i motori si surriscaldino, e brucino, quando vengono forzati oltre le loro possibilità o addirittura bloccati nel movimento. Quando un motore viene bloccato, gli avvolgimenti magnetici assorbono molta corrente fino diventare dei cortocircuiti.

I migliori driver per motori passo passo

I migliori driver devono costare poco ed avere ottime caratteristiche tecniche. I driver utilizzati nelle stampanti 3D sono dotati di circuito stampato ed un connettore comodo per i collegamenti elettrici. In questo modo possono essere sostituiti facilmente nelle schede più famose chiamate RAMPS.

Una shield RAMPS è una scheda di espansione per Arduino MEGA (shield = scheda di espansione) che ospita fino a 5 schede stepper driver. E’ la più usata nelle stampanti 3D fai da te derivate dal progetto open source reprap.

stampante 3D fai da te - schema elettrico RAMPS

I migliori driver sono: A4988 della Allegro Microsystems, DRV8825 della Texas Instrument, il SANYO THB6128 ed il TMC2100 della Trinamic.

Vediamo di fare un confronto tra i vari driver.

Driver A4988

Questo chip si trova già montato sulla scheda pololu stepper driver, pronta per essere inserita nella scheda shield RAMPS. Può funzionare con alimentazioni da 8 a 35 Volt. Riesce a generare microstep fino a 1/16 di passo. E’ protetto da cortocircuito e sovra-temperatura del chip e può fornire una corrente massima di 2,1A. La resistenza RDS_On dei mosfet  è in media di 0,32 Ohm. Il circuito integrato è alloggiato in un contenitore QFN di 28 pin, dotato di una zona termica che raffredda il dispositivo.

stampante 3d fai da te - driver pololu a4988stampante 3d fai da te - chip driver a4988

Driver DRV8825

Al momento questo driver ha il miglior rapporto costi-benefici per chi sta costruendo o migliorando la sua stampante 3D fai da te. Lo potete trovare facilmente anche su schedina Pololu stepper driver compatibile, già pronta per essere integrata nella scheda shield RAMPS. Può funzionare con alimentazioni da 8,2 a 45 Volt. Riesce a generare microstep fino a 1/32 di passo. E’ protetto da cortocircuito e sovra-temperatura del chip e può fornire una corrente massima di 1,8 A continuativi (e 2,5A di picco per brevi periodi). La resistenza RDS_On dei mosfet  è in media di 0,25 Ohm. Ha il pin 18 che segnala un errore di temperatura o sovra corrente. Il circuito integrato è alloggiato in un contenitore HTSSOP di 28 pin, dotato di una zona termica che raffredda il dispositivo.

stampante 3d fai da te - driver pololu bottom DRV8825stampante 3d fai da te - driver pololu top DRV8825

Driver TMC2100

Il solo chip integrato costa mediamente 5€ al pezzo. Può funzionare con alimentazioni da 4,75 a 46 Volt. Riesce a generare microstep fino a 1/256 di passo. E’ protetto da cortocircuito e sovra-temperatura del chip e può fornire una corrente massima di 1,2 A continuativi (e 2,5A di picco per brevi periodi). La resistenza RDS_On dei mosfet  è in media di 0,5 Ohm. Ha due segnali di errore che permettono di sapere quando l’uscita è in cortocircuito con il polo negativo GND e quando il motore non è in fase con il movimento/posizione atteso. E’ un chip molto complesso che promette bassi consumi senza rumori del motore ed un controllo accurato delle sequenze di stepping. Il chip è racchiuso in contenitore QFN36 con zona di dissipazione ceramica integrata. Il circuito stampato deve fornire zone di raffreddamento adeguate.

Driver THB6128

Questo driver costa mediamente 15€ al pezzo e si trova anche già montato su schedina per shield RAMPS – pololu compatibile. Può funzionare con alimentazioni da 10 a 25 Volt. Riesce a generare microstep fino ad 1/128 di passo. Con le schede RAMPS con microprocessore ad 8 bit è consigliabile utilizzarla al massimo con 1/32 di passo di risoluzione. E’ protetto da cortocircuito e sovra-temperatura del chip e può fornire fino a 2,2A di corrente. La corrente massima erogabile può essere regolata con potenziometro esterno. Può essere utilizzato con le schede a 32 bit RADDS, dotate di scheda Arduino DUE.

stampante 3d fai da te - stepstick thb6128stampante 3d fai da te - ic thb28

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Autore dell'articolo: Lucio Sciamanna

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