OVK01 その他のモータードライバの選定と印刷品質を決める要素の考察

記事の内容が前後していますが、今回はモータードライバの選定にまつわる話です。

前回の記事で紹介したモーターとドライバの組み合わせ以外にも別の組み合わせならどうなるかという考察でもあります。

OVK01で使うコントローラにsmoothie互換品を選んだことから、ドライバはpololu互換、しくはpololu互換の信号（EN信号、DIR信号、STEP信号）で制御できる事が前提となります。

以下に候補を挙げます
A4988：16分割対応。事実上のreprap標準のモータードライバです。
DRV8825：32分割対応。最近はこちらが採用される事が多いですね。
TMC2100：16分割対応。「StealthChop」機能対応でモーター動作音を抑えることが可能。でも調整が難しいみたい。
THB6128：128分割対応。象虎さんに使われているっぽいです。Pololu互換のraps128という製品がドイツで売られています。
THB7128：ボックス形状のコントローラがebay.comにて見かけられます。THB6128のハイパワー版です。NCミル用に出回っている様です。

今更A4988を選ぶ理由は無いのでまずは却下。TMC2100は他の方が試されているのを参照する限りでは印刷品質の向上には貢献している感じではないので様子を見よう。Raps128を買うならTHB7128コントロールボックスのほうが使い勝手が良さげ。よって自分が使うとしたらDRV8825かTHB7128に絞ります。

話は変わって、3Dプリンタにおける水平軸の論理位置精度は、タイミングプーリーの歯数とそのピッチ、モータのフルステップ数（１週するのに必要なステップ数）と分割能力で決まります。（実際には誤差というものが存在しますが、あくまで論理的な話なのでここでは無視します）

ベルトはピッチが2mmで制御ソフトからすれば計算誤差も出にくく扱いやすいGT2にします。プーリーの歯数は16T、20T、32Tが入手性が良いです。歯数が少なければそれだけモーターの回転に対する移動量も減りますが、歯数を減らすと１歯辺りに掛かるトルクが増えるのでズレが増えるはずです。また、モータの仕事量も増えます。逆に歯数を増やすとベルトがしっかり架かりますが、今度はモーターの回転角に対する移動量が増えて位置精度が悪くなります。位置精度を改善するためにドライバで分割数を上げると、今度は脱調の恐れがあります。これらを考慮して、バランスの良い組み合わせを選定しなければなりません。

また、分割数を上げたうえでより正確な制御するには、モーターの巻き線抵抗のばらつきや組立て精度も考慮しなければなりません。国産のモーターが安く入手できればいいのですが、、、

なーんて考えていたらお安く入手できました。日本電産の KH42KM2-951

モータ自体が安く手に入ったことから、ひとまずはコストパフォーマンス優先でPololu互換のDRV8825でKH42モーターを動かしてみることにします。THB7128は資金に余裕ができたらやってみよう。

DRV8825に20歯のGT2プーリー200フルステップの２相バイポーラステップモーターと組み合わせて、32マイクロステップで動かせば理論上の精度は0.00625mm=6.25ミクロンです。同条件で16歯のGT2プーリーを使えば理論上の精度は0.005mm=5ミクロンとキリの良い数字になります。

 

だたし、上記の選択はあくまで机上の理論でのスペックです。理論上のスペックが良くても結果としての印刷品質が悪ければなにも意味がありません。

印刷品質を決めるパラメータとしては、筐体剛性／駆動力の伝達に関わる部品の精度（モーター、プーリー、ベルト）／リニアガイド等の位置を決める直動部品の精度＆剛性／組み立て精度／ノズル周りの粘性流体力学的な挙動（ノズル径、ノズル内での熔融量、ヒーターの能力、押し出し機の制御精度）／ノズル排出後の収縮の抑制／制御ソフトの挙動（動作時のパラメータの最適化を含む）／スライサが生成するGコードと制御用マイコンファームウェアとのマッチング／フィラメントの品質及び特性とのマッチング等が上げられます。

OVK01の製作はPRN3Dの改造も絡めてこれらを一ずつ潰していく作業でもあります。

制御ソフトと駆動力系の比較はやったことがないので、入手したKH42モーターをPRN3Dに組み込んでMomoinoloruM3で制御して、はたしてどれだけ違いがでるのかいずれやってみようと思います。その前にPRN3Dは筺体剛性の強化とX軸周りの見直しが必要かな、、、

 

ちなみに、上記の様に色々と試してみたいことに対して、色々なアイテムを海外通販サイトでポチポチしてあります。しかしながらそれらアイテムに輸入ラグが生じていることから待つしかないのが現状です。

待ってる間に妄想が色々と膨らんであれやこれやと手を出してしまうところは相変わらずの悪い癖ですが、当サイトは「手段を目的」としておりますのであしからず。

モノを買う事ばかりしてないで手を動かすターンをやりたくてうずうずしています　｀・ω・´

 

ではまた。

 

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