Termistores para impresoras 3D: Su función y cómo garantizan una impresión precisa

¿Qué es un termistor de impresora 3D?

Un termistor es una resistencia cuya resistencia varía rápida y predeciblemente con los cambios de temperatura.

Los termistores están hechos de semiconductores, principalmente germanio y silicio, y su valor de resistencia depende de la magnitud en su rango de temperatura.

¿Qué hace un termistor en una impresora 3D?

Los termistores se usan en impresoras 3D como sensores de temperatura. Se fijan en puntos sensibles a la temperatura como la cama caliente y el hotend. En estos puntos, monitorizan la temperatura y envían los datos al microcontrolador.

Para controlar la temperatura de la impresora, el microcontrolador de la impresora usa los datos relacionados para regular la temperatura de la impresora.

Cuando se calientan, su cambio de resistencia es detectado y mapeado contra datos de calibración por el firmware de la impresora para calcular los cambios de temperatura.

Tipos de termistores

Existen dos tipos de termistores:

a) Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC)

Este es el tipo de termistor más comúnmente usado en impresoras 3D. El termistor NTC ofrece resistencia variable dependiendo de la temperatura. Cuando la temperatura sube, la resistencia va de alta a baja y permite que la corriente pase.

Al encender, el NTC ofrece una resistencia en serie adicional cuando se usa para mitigar la corriente de arranque. La resistencia cae a una cantidad insignificante durante temperaturas normales cuando el termistor se auto-calienta con corriente, permitiendo flujo de corriente normal.

b) Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC)

El termistor PTC también ofrece resistencia variable dependiendo de la temperatura. A medida que la temperatura aumenta, la resistencia sube de baja a alta y previene la sobrecorriente.

Los termistores PTC se usan en ciertos escenarios en lugar de termistores NTC. Estos son: en condiciones de temperatura extrema, en equipos con tiempo de reinicio casi cero como termómetros digitales (ver en Amazon), o en un sistema que experimenta disparos frecuentes.

¿Por qué los termistores son buenos sensores?

Los termistores son ventajosos para usar en muchas aplicaciones como sensores debido a su alta durabilidad y facilidad de uso ya que su comportamiento es bastante predecible. Su uso en aplicaciones para medición y control de temperatura es sobresaliente.

Evidentemente, un cambio en la resistencia eléctrica de un termistor debido a un cambio de temperatura correspondiente es notable independientemente de si la temperatura del cuerpo del termistor se altera debido a radiación o conducción del entorno circundante o debido a "auto-calentamiento" causado por disipación de energía dentro del dispositivo.

La temperatura del cuerpo del termistor dependerá de la conductividad térmica de su entorno y también de su temperatura cuando un termistor se usa en un circuito donde la potencia disipada dentro del dispositivo es suficiente para causar "auto-calentamiento".

Los termistores se "auto-calientan" para uso en aplicaciones como detección de flujo de aire, detección de nivel de líquido, o mediciones de conductividad térmica.

¿Cómo cambio el termistor en la cama caliente de mi impresora 3D?

Los siguientes pasos pueden usarse para reemplazar el termistor y el tubo calefactor.

Necesitarás las siguientes herramientas:

• Un termistor
• Tubo calefactor
• Un par de tijeras
• Pinzas
• Destornillador de doble propósito
• Llave allen de 1,5 mm
• Bridas de cable (ver en Amazon)

Paso 1: Desmontar el ventilador junto a la boquilla

Primero, asegúrate de que la boquilla esté enfriada a temperatura ambiente, para evitar lesiones. Desmonta las dos cubiertas laterales usando un destornillador, luego afloja los dos tornillos junto al ventilador.

Desconecta el conector del ventilador usando pinzas para sujetar el puerto, luego desmonta el ventilador.

Paso 2: Retirar el termistor y el tubo calefactor viejo

Ahora, usando las pinzas, desconecta los conectores del tubo calefactor viejo y el termistor, luego corta el tubo calefactor viejo y el termistor.

Después de cortar, usa la llave allen de 1,5 mm para aflojar el tornillo en el bloque de calor, y extrae el tubo calefactor viejo y el termistor.

Paso 3: Instalar el termistor y el nuevo tubo calefactor

Une el nuevo tubo calefactor y termistor con una brida de cable, luego inserta el nuevo tubo calefactor y termistor en el bloque de calor. Parte del tubo calefactor debe sobresalir del otro lado del bloque de calor.

Asegúrate de que el termistor esté dentro del bloque de calor, luego aprieta el tornillo y pasa el nuevo tubo calefactor y termistor a través del módulo. Conecta los conectores en los puertos.

El tubo calefactor y el termistor no pueden alcanzar el hotend.

Paso 4: Instalar el ventilador

Conecta el conector del ventilador a la interfaz y luego sujétalo al módulo.

Paso 5: Montar las piezas

Instala las dos cubiertas laterales.

Paso 6: Probar el termistor

Conecta el módulo al controlador, luego enciende la alimentación. Carga el filamento de la impresora, calibra la cama caliente e inicia una impresión corta para probar.

Verifica si podría haber problemas mientras imprime.

¿Cómo pruebo la resistencia de un sensor de temperatura?

Hay varias formas de comprobar la resistencia. Para esta discusión, consideraremos comprobar la resistencia usando un multímetro.

La resistencia no es un valor que puedas medir directamente. Para encontrar la resistencia del termistor, tendrás que inferir el flujo de corriente en el termistor, luego medir la resistencia resultante.

La lectura variará según las temperaturas ya que es un termistor. Es preferible tomar tu lectura a resistencia a temperatura ambiente (25℃)

Pasos para comprobar la resistencia:

Para comprobar la resistencia de temperatura necesitaremos: multímetro y puntas de multímetro

Paso 1: Retira el aislamiento de fibra de vidrio en el par de cables que conectan el termistor.

Paso 2: Configura el rango del Multímetro a la resistencia nominal del termistor, ej. 100k.

Paso 3: Aplica las puntas del multímetro a los dos cables. El multímetro debería mostrar la resistencia de temperatura.

¿Cómo sé si un termistor está mal?

La mayoría de termistores de impresión 3D tienen una resistencia de temperatura de 100k a temperatura ambiente. Varios síntomas de un termistor malo en una impresora 3D incluyen:

• Cuando las temperaturas de impresión son más altas de lo habitual

Los materiales de impresora normalmente tienen temperaturas de impresión recomendadas. Si la impresora requiere una temperatura más alta para extruir los materiales que la temperatura nominal, el termistor puede estar mal.

• Fuga térmica (Thermal Runaway)

Una fuga térmica es una situación en la que una impresora 3D se calienta a temperaturas extremadamente altas y no puede detenerse. ¡Cuando esto ocurre, la impresora puede incendiarse!

La fuga térmica puede deberse a una variedad de razones. Sin embargo, la causa más probable es cuando el termistor no está correctamente alineado.

Debido a la mala alineación, el firmware aumentará continuamente el calor para que alcance el objetivo.

Para prevenir la fuga térmica, necesitas instalar protección contra fuga térmica en el firmware de la impresora. Solo el firmware no previene la fuga térmica. Solo intenta detener el sobrecalentamiento de la impresora en seco.

• Fallo al imprimir por la impresora, o muchos errores de impresión debido a problemas de temperatura
• Lecturas anormales de variaciones de temperatura en el monitor de la impresora

Cómo calibrar tu termistor 3D

Hay diferentes formas de calibrar un termistor 3D. Vamos a aprender cómo calibrar usando un multímetro.

1. Probando el termopar

Prueba si el termopar del multímetro es preciso. Hierve una pequeña cantidad de agua, luego sumerge el termopar en el agua. Una lectura de 100℃ indica que el termopar es preciso.

2. Identificando el Hotend

Ahora abre el firmware de la impresora. Verifica para identificar el hotend. Generalmente hay un archivo en el archivo de programa de la impresora controlando el hotend. El manual del propietario puede indicar la ubicación del archivo para tu impresora.

3. Conectando Hotend al Multímetro

Une el termopar del multímetro al hotend. Una forma apropiada es encontrar un espacio entre el hotend y la boquilla e insertarlo.

4. Copiando la tabla

Abre la tabla de temperatura en el firmware. La tabla contiene los valores de resistencia del termistor versus temperatura. Para determinar la temperatura desde la resistencia medida, la impresora usa este archivo. Ahora copia la tabla, luego elimina la columna de temperatura en la nueva tabla.

5. Rellenando la tabla

En la tabla antigua, configura el hotend al valor de temperatura, luego mide la lectura de temperatura precisa en el multímetro. Copia las lecturas al valor de resistencia en la nueva tabla coincidiendo con el valor en la tabla antigua, luego repite los pasos para todos los valores de resistencia.

6. Reemplazando la tabla

Elimina la tabla antigua del termistor y reemplázala con la nueva después de haber encontrado la temperatura deseada para los valores de resistencia.

Factores que pueden llevar a error en el rango de temperatura

A pesar de todos los cálculos y computación de datos relacionados con termistores, las medidas de termistores aún muestran márgenes de error anormalmente altos de más del 1% aceptable en impresoras 3D. Estos errores pueden atribuirse a:

Los siguientes son varios factores que causarán tales errores:

1. Aparente fallo del termistor

Los cables del termistor son bastante frágiles. Pueden dañarse fácilmente al cambiar la boquilla. El termistor dañado podría llevar a una lectura de temperatura extremadamente baja. Esto podría ser a su vez desastroso para la impresora ya que las lecturas reportadas no son la temperatura real. En algunos casos raros, puede llevar a un brote de incendio.

2. Deriva con el tiempo

Los termistores se desgastan con el tiempo como resultado de la exposición continua a altas temperaturas. La exposición a altas temperaturas lleva a un aumento en la resistencia, lo que puede traducirse en lecturas de temperatura anormalmente más bajas de lo que realmente es.

Esta exposición es un factor adicional a la deriva normal en el tiempo esperado en cualquier máquina o componente de una máquina debido a la degradación.

3. Datos de calibración inexactos

Datos de calibración incorrectos pueden causar errores en termistores. Por tanto, además de errores causados por tolerancia, el margen de error aquí será mucho mayor que el esperado.

4. Tolerancia

Los termistores son relativamente consistentes en rendimiento, sin embargo, sus tolerancias disminuyen con un aumento de temperatura.

La desviación para termistores usados en algunos hotends de impresoras 3D puede no ser necesariamente precisa al 1%. Puede ser mayor como 2%, e incluso superior durante la impresión.

5. Circuito de la placa base

Algunos componentes en la placa base de la impresora o resistencia anormalmente alta en cables de conexión pueden causar errores en lecturas de temperatura del termistor. Estos incidentes pueden cambiar y derivar con el tiempo.

5. Mal ajuste PID

Un mal ajuste PID puede hacer que las temperaturas de la cama caliente o hotbed de la impresora oscilen hacia adelante y atrás y, en algunos casos, se reporten erróneamente.

Comprar un termistor

La razón principal para comprar un termistor es si el que tienen se ha vuelto defectuoso.

En segundo lugar, uno podría comprar uno nuevo si desea modificar su impresora para imprimir a una temperatura más alta que la usualmente diseñada.

También deberías considerar comprar a un distribuidor reconocido para que lo que compres sea genuino.

Conclusión

Un termistor es un componente pequeño en una impresora 3D, pero juega un papel fundamental en la impresión. El estado del termistor no debe pasarse por alto ya que podría paralizar todo.