Введение 5
1 Состояние вопроса 6
1.1 Формулирование актуальности, цели и задач проекта 6
1.2 Обзор существующих решений 6
1.3. Выводы по обзору и выбор параметров разрабатываемой
системы 24
1.4. Расчет необходимой тепловой мощности 24
1.5. Возможности проведения экспериментальных исследований. ... 27
2 Разработка электрической принципиальной схемы 29
2.1 Исходные данные для расчетов 29
2.2. Разработка функциональной схемы 29
2.3. Разработка электрической принципиальной схемы 30
2.4. Выбор компонентов 31
3. Программная часть 37
4. Экспериментальная часть 45
Заключение 53
Список используемой литературы 54
3D - принтер - это устройство с числовым программным управлением, позволяющее печатать объемные детали. Как правило, печать ведется различными пластиками. Самыми распространёнными являются пластики типа PLA и ABS. Они отличаются друг от друга свойствами, в том числе необходимыми тепловыми режимами. Для подстройки под тепловые режимы 3D-принтеры позволяют задавать температуру печатающей головки, осуществляющей расплавление пластика, и температуру стола, на который пластик прилипает.
Самые дешевые принтеры обладают открытым столом, который может обдуваться случайными потоками воздуха, сквозняками, имеющими разную температуру. Такой случайный обдув ухудшает качество печати и уменьшает повторяемость изделий. Поэтому более дорогие модели принтеров обладают закрытым столом. То есть имеют стенки, ограничивающие пространство печати от посторонних воздушных потоков. Из-за подогретого стола и нагретого сопла температура воздуха внутри такого принтера более стабильна и немного больше температуры окружающего воздуха. Это благоприятно сказывается на качестве печати. Одной из проблем печати на принтерах является уменьшение линейных размеров напечатанной модели в ходе ее остывания. Из-за этого происходит искажение геометрии модели (ее «ведет») и отслоение модели от стола (полностью или приподнятие углов). Для дополнительной возможности настройки печати будет хорошо иметь возможность регулировать температуру воздуха внутри зоны печати. Температура воздуха будет влиять на качество печати, в частности, на искажение геометрии модели и ее отслоение от стола. Большинство продаваемых принтеров такой возможности не имеют.
В данной ВКР предполагается разработать систему подогрева воздуха внутри принтера с возможностью задания необходимой температуры.
В данной ВКР было разработана система подогрева и поддержания температуры воздуха в 36-принтере.
Для достижения цели работы были решены следующие задачи:
1. Обзор состояния вопроса
2. Анализ исходных данных и существующих решений
3. Разработка электрической принципиальной схемы
4. Написание программы для микроконтроллера
5. Проведение экспериментальных исследований, тестирование различных алгоритмов поддержания температуры.
Центральным элементом разработанной схемы является микроконтроллер Ардуино. Он получает информацию с датчика температуры и управляет транзисторами, коммутируя подачу напряжения на нагревательный элемент и вентилятор. Задание необходимой температуры и индикацию достигнутой осуществляется модулем дисплея с кнопками LCD Shield, подключенным непосредственно к Ардуино.
В экспериментальной части было практически апробировано 5 различных алгоритмов управления и подобраны коэффициенты к ним. Результаты были сравнены между собой. Наилучшем для наших задач был выбран пороговый алгоритм с дифференциальной составляющей, позволяющий регулировать температуру до 70 °С с максимальной погрешностью -0.4...+0.5 °С во всем диапазоне регулирования.
Согласно полученному алгоритму управления была модернизирована программа для микроконтроллера, управляющая нагревательным стендом, который используется при проведении лабораторных работ по дисциплине «Электротехнические материалы».
Работа оформлена в соответствии с требованиями [1, 3, 4, 5, 12, 13, 14,
