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ぼちぼち、BonsaiLab BS01+の静音化に取り組もう

ぼちぼち、BonsaiLab BS01+の静音化に取り組もう機体重量200g未満のクワッドコプターも注文中のGPS BN-880が届けば最終形態での
完成の目処が付いたので、棚上げ状態だった
うちの3DプリンターBonsai Lab BS01+の静音化に手をつけようと思う。

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静音化と行ってもステッピングモータの駆動音なので駆動周波数によって音の周波数が
変化して音楽を奏でているような音の事。

たぶん、僕みたいな仕事でメカ屋さんをやってる人はステッピングモータの駆動音の
静音化という課題を何回もやっていると思うが・・・コストやモータートルクなどの
性能を維持しつつ静音化ってムッチャ難しい。

ギアやベルトの駆動系だったらギアの精度を上げたり表面の平滑性改善とかでなんとか
なるんだけどステッピングモータの駆動音は難しい。
当然、駆動周波数と機構系の共振周波数も加速時に通過するので避けられない。

だって、静音化って
・ステッピングモータの取り付けダンパーの追加
・ステッピングモータ軸にイナーシャとなるフライホイール追加
・駆動電流値の適正化
・モータドライバと回路での電流値立ち上がり曲線の適正化
などなどを組み合わせて対応するからね。

ダンパーやフライホイールはコストに大きく響くので仕事では避けたい部品追加。
ただ、脱調(ステッピングモータが駆動周波数についてこれなくて止まる)には
効果的なので電流値を下げることができるというオマケもあるからね。

ただ、今回は仕事ではなく趣味の世界なのでコストはあまり関係ない。
なので、モータドライバの変更をしようと思う。

ステッピングモータって2相励磁、1/2相励磁と分解能をあげることで駆動音も小さく
なるんだけど、今はもっと細かいマイクロステップ制御のモータドライバで物理的な
分解能よりも細かい分解能を制御で作り出している。
っていうか、今じゃそれを使うのが当たり前みたいな感じ。

当然、Bonsai Lab BS01+もマイクロステップ制御機能を持っているモータドライバで
ステッピングモータを駆動しているのでそれなりに静か。
でも、日頃ステッピングモータ駆動音を聞き慣れていない一般の人にはうるさいと思う。

なので、うちの家族にもうるさいと思われている。

っで、交換しようと考えているモータドライバはTMC2100というモータドライバ素子を
搭載したアッセンブリー。
個人輸入も考えたんだけど日本で通販で購入した方が安いみたい。
通販で2,150円で買えるんだけど、TMC2100モータドライバ素子を搭載していて
3Dプリンタ(Arduinoのボードを積んでるやつ)に対応しているものは中国メーカが
作っているのもあって個人輸入で800円ぐらいで買える。

ただ、写真を見る限り基板上の抵抗などの素子の取り付けが雑でちょいと気になるし
ヒートシンクはいらない前提の設計ってのも気になる。

んじゃ、TMC2100ってどんな特別な制御するの?って気になるがメカ屋な僕の知識を
超えていてよくわからない。
マイクロステッピングでの分解能が1/256って記載してあるのでかなり細かい分解能。
たしか、仕事では1/32の分解能ぐらいまでしか使ったないような気がする。

※2相のステッピングモータなので基本的な分解能は1.8°。1/2相制御で0.9°。
なので1パルスで1.8°/256=0.007°回転ってことかな。
でもステッピングモータの仕様じゃ1.8°±0.05°だと思うからホントに0.007°の
分解能かはわからない。

なので、たぶん
・マイクロステップの分解能を1/256したことにより静音化。
・電流の立ち上げカーブの最適化による静音化。
なのかなぁと想像中。

そうそう、マイクロステッピング制御を細かくすれば静かになるけど悪さもするんだよね。
脱調限界の電流値が高くなる。
つまり、正常に動作する電流値が高めになってしまう。

まぁ、注文して届いて取り替えたら脱調限界を確認して調整しないとダメなんだろうなぁ。

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