Régulation ventilation interne Witbox 2

[Jacques]

Thingiverse https://www.thingiverse.com/thing:3029674
Boutique https://boutique.premium-computer.fr/sh ... ntilateur/

Dans la W2 nous avons le même problème qu'avec la W1 au niveau de l'impression par temps froid et le décollement des pièces.
Ce sujet est d'ailleurs présent sur toutes les imprimantes 3D sans plateau chauffant.
Le plateau chauffant c'est bien mais contraignant quand même, fils, surface non plane, chaleur importante.
Bref on aurait pu utiliser le réchauffeur Witbox 1 sauf que l'alimentation n'est pas assez puissante...

Dans ce contexte on va tenter une chose simple, le réchauffage se fait naturellement lors de la chauffe de la buse si la ventilation est coupée.
Sachant que la Witbox 2 met son ventilateur en marche buse à 50° et se coupe en dessous, je vais tenter de trouver une solution efficace pour réguler ce ventilateur à partir de 30° afin de conserver la chaleur dans l'enceinte de fabrication.
Dans cette hypothèse, pas question de mesurer la température de la buse mais celle de l'air ambiant de la même manière que ce que j'avais fait sur la Witbox 1.

L'idée pour faire simple et peu couteux, c'est de monter un circuit comprenant µcontrôleur, puissance PWM, sonde directement sur le ventilateur.
Ce montage sera alimenté comme avant par l'électronique à partir de 50° ou directement sur le 12V dans les autres cas.
Le ventilateur lui ne fonctionnera qu'arrivé au point de consigne 30°. Sa vitesse de rotation sera proportionnelle au delta du dépassement du point de consigne.
Le double effet est en plus de ne pas faire de bruit

En gros on aura un boitier fixé au ventilateur qui se monte en 5 minutes et rien d'autre à faire pour que ca fonctionne.
L'hiver il suffira de laisser l'imprimante en chauffe 10 à 30 minutes le matin. Une fois que le ventilateur commence à tourner c'est qu'on est à 30°. On pourra alors imprimer comme en plein été

Le coût sera plus bas que le réchauffeur et bien plus simple à installer !!!

Ce système, bien que dessiné pour la W2 sera tout à fait utilisable sur une autre imprimante ou caisson home made.
Je mettrai un kit tout fait dans la boutique pour ceux qui ne veulent pas se prendre la tête avec des soudures.

Motivez-moi

[Jacques]

Le Schéma est fait, c'est déjà ca !

Le schéma a été mis à jour, l'ancien était faux

[Jacques]

Dans cette version il n'y aura pas d'afficheur mais en y connectant un PC on aura la température et le taux de ventilation.
Des led donneront l'indication de fonctionnement de l'ensemble.

Dans tous les cas la ventilation s'arrêtera automatiquement par la baisse de la chaleur de l'imprimante à l'arrêt.
En effet, sur la W2 la ventilation s'arrête si la buse est en dessous de 50° donc plus d'alim, c'est radical. Dans le cas d'une autre imprimante n'ayant pas cette commande la ventilation s'arrêtera seule sauf s'il fait plus de 30° dans la pièce.
Dans ce cas il faudra peut être modifier le code pour réguler à partir de 35°

[Jacques]

Quelques photos du montage

Vent W2.JPG (72.15 Kio) Consulté 26490 fois

Vent W2b.JPG (42.24 Kio) Consulté 26490 fois

Simple et efficace, 2 fils à brancher sur la commande W2 ou directement sur le 12V

On ne voit rien mais il y a pas moins de 5 voyants !

[Jacques]

Comme on peut le remarquer sur la vidéo le bruit du ventilateur est relativement présent a petite vitesse.
Ce bruit est lié au PWM Arduino qui fonctionne à 500hz, une fréquence audible qui fait siffler le ventilateur.
J'ai ajouté un condensateur afin de le limiter. Plus le condensateur est gros, moins il y a de bruit mais par contre la vitesse mini reste importante.
Je dois donc trouver un compromis bruit/vitesse lente.
A cela s'ajoute un autre problème Arduino, c'est la régularité des mesures de température qui sont influencées par le PWM

Courbe temp Arduino PWM ctn.JPG (44.05 Kio) Consulté 26477 fois

On constate que de très fortes erreurs de mesure sont présentes (pic vers le bas) et sont liées au PWM, une limite de ce que peut faire ces petites puces.
Je peux bien entendu utiliser un autre type de capteur mais c'est contraire au point de départ, le prix.
Je dois donc utiliser le soft pour corriger ces imprécisions.

[Jacques]

Afin de tenter de corriger les erreurs, je prends 3 mesures de température et fait la moyenne pour obtenir l'actuelle.
Ensuite je vérifie que la différence de température est moins de 1° avec la précédente mesure faite une seconde avant.
Si cette nouvelle mesure trop écartée de la précédente, je la supprime et reprend l'ancienne comme actuelle.
De cette manière on obtient une mesure plus régulière.

Ensuite je vérifie l'écart avec la consigne fixé dans le code.
Si l'écart est positif (température trop haute) je détermine le taux de ventilation à mettre en oeuvre. Sachant que le minimum est de 20/255 afin que le ventilateur tourne un minimum.
En gros j'ai déterminé un facteur de puissance correspondant à 4% de puissance supplémentaire pour 1/10 de degré de trop.
De cette manière la régulation sera faite avec une précision qui ne pourra pas dépasser 2° par temps chaud ou froid.
Il était possible d'être plus précis mais ca impliquait des variations de vitesse importante qui nuisent à la régularité du bruit de ventilation.
Dans la pratique, une fois la consigne atteinte, le ventilateur commence à tourner puis la température baisse et il s'arrête pour redémarrer un peu plus tard.
S'il fait chaud dans la pièce le ventilateur tournera sans arrêt mais à une vitesse un peu différente suivant le moment.

Note : du fait du principe de moyenne utilisé et du rejet des "mauvaises" mesures, la température doit monter progressivement afin de ne pas perturber le bon fonctionnement du système. Dans la pratique, mettre la sonde entre ses doigts peut bloquer le système à une valeur de ventilation sans qu'elle ne puisse changer à cause de cette variation trop rapide (> 1° par seconde) de température. Il est bien entendu possible d'y remédier par le code, je vous laisse le faire...

Les voyants:
Rouge power et à sa droite le bleu témoin de la prise de température
En dessous USB Réception et transmission
Plus bas le rouge dont la puissance lumineuse indique le taux de ventilation

[Jacques]

Vous vous demandez certainement comment les leds sont câblées sur le couvercle.
N'insistez pas, je vais vous le dire
En fait les leds sont celles des cartes utilisées dont la lumière est conduite à l'extérieur par une fibre optique.
Pour bien isoler chaque led du groupe de 4, les conduits sont inclinés de façon à écarter les leds qui sont en réalité espacées de 1,2mm
Sur l'image la fibre est représentée en rouge et la carte avec les leds en jaune.

Led nano.JPG (57.66 Kio) Consulté 26441 fois

Dans la pratique le boitier est imprimé avec un petit trou et ensuite je l'alèse (à la main) avec un foret de 0,8mm la fibre faisant 0,75mm
Je rentre dans chaque trou la fibre qui ira toucher la led. Ensuite avec un scalpel je coupe à raz la fibre

Le temps d'impression du capot, de la base et du bras de mesure est de 1h40 en 200µ

Finalement dans le boitier les câblage reste simple avec 6 ou 7 fils dont 3 entre les deux cartes.
Malgré la complexité et la précision que doit avoir l'ensemble, le proto n'a été imprimé qu'une fois et sans retouche.
Comme quoi il faut réunir de la précision dans le dessin, du PLA de bonne qualité mais aussi une petite expérience et c'est une réussite du premier coup.

[Jacques]

Courbe de fonctionnement du régulateur.
Pour les tests j'ai utilisé une boite en carton ouverte en bas avec le ventilateur régulateur en partie haute.
La chauffe se fait par une cartouche de 40W dans la boite et la mesure de température plus la courbe de ventilation est directement issue de la carte Arduino de régulation via le câble USB connecté.

Simulation d'impression

En bleu la température et en orange la ventilation qui se met en marche environ chaque minutes pour quelques secondes.
L'impression commence avec une température ambiante de 24,2° et monte jusqu'à la consigne de 30°.
La ventilation se met alors discrètement en marche entre 20 et 38% et stabilise la température autour de 30°.
Vous pensez certainement que nous pourrions ventiler autant avec une marche plus lente mais continue. En fait ce n'est pas possible de faire fonctionner le ventilateur à moins de 20% car en dessous il n'aura pas assez de couple pour tourner. Le code n'autorise donc son fonctionnement qu'au dessus de 20%. C'est donc l'explication de son fonctionnement intermittent.
Note : la courbe de puissance tient compte du condensateur mis en parallèle du ventilateur. Celui-ci est destinée à limiter le bruit mais augmente la puissance de ventilation. De fait le véritable fonctionnement du PWM est plus bas que ce qui est représenté sur la courbe (8 à 15%).

N'ayant pas de réchauffeur, la température montera de 6° en 4,5 minutes, ce qui est relativement rapide. Pour sécuriser une impression il suffira de préchauffer la buse quelques minutes avant de lancer l'impression.

Le bruit de ventilation est à peine perceptible au calme de mon salon mais sera imperceptible avec l'imprimante en marche.
La moyenne de fonctionnement du ventilateur est d'environ 2 à 3% de la puissance maximum de ventilation. On voit qu'on est très loin d'avoir besoin d'un ventilateur pour limiter la température interne de l'imprimante.

[Jacques]

Le code source Arduino

Code : Tout sélectionner

/*
Régulateur de ventilation Witbox 2 ou autre caisson d'imprimante 3D
Juillet 2018 Premium Computer Services
https://www.premium-forum.fr/viewtopic.php?f=55&t=1834&sid=43f97199de51f3662e3e1bea28c56df4
Le lien Thingiverse https://www.thingiverse.com/thing:3029674
Driver CH340 https://sparks.gogo.co.nz/ch340.html
*/
int ThermistorPin = 0;
int V1;// mesure 1
int V2;// mesure 2
int V3;// mesure 3
int Vo; //Mesure CTN
int Vr; //Valeur CTN utilisée (rejet mauvaises mesures)
int Tvent;
int Consigne;
int FacteurPV; //facteur accelération 10 = 100/255 par dégré
float R1 = 10000;
float logR2, R2, T, Tc, Tf;
float c1 = 1.009249522e-03, c2 = 2.378405444e-04, c3 = 2.019202697e-07;

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);   // sets the pin as output
  analogWrite(3,255);   // lancement à froid du ventilateur 0,5 secondes (le but est que vous puissiez vérifier que la ventilation fonctionne bien dès le début de l'impression)
  delay (500);
  analogWrite(3,0);
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  Vo = analogRead(ThermistorPin);
  Vr = Vo;
  Consigne = 30; // température de consigne
  FacteurPV = 10;// Facteur de progression ventilation 10=+2,5° pour 100% ventilation 
}
void loop() {
//analogWrite(3,55);
    V1 = analogRead(ThermistorPin);
    V2 = analogRead(ThermistorPin);
    V3 = analogRead(ThermistorPin);
  Vo = (V1+V2+V3)/3; // moyenne des trois mesure
if (Vr - Vo <= 10)
{
  Vr = Vo; // mesure moyenne sans trop de variation on transfere la nouvelle valeur de température
}
else {Serial.println ("Exception");}// problème de mesure, mesure supprimée on prendra la prochaine dans 1 seconde
  R2 = R1 * (1023.0 / (float)Vr - 1.0);
  logR2 = log(R2);
  T = (1.0 / (c1 + c2*logR2 + c3*logR2*logR2*logR2));
  Tc = T - 273.15;
//  Tf = (Tc * 9.0)/ 5.0 + 32.0; // °F

//  Serial.print("Temperature: "); // validez les lignes que vous souhaitez visualiser dans le moniteur série
    Serial.print(Tc); // température en centigrade
//  Serial.print("   Vo ");   
//  Serial.print(Vo);
    Serial.print(";");
//  Serial.println (Vr);
//  Serial.println(" %; ");

// calcul du taux de ventilation avec son minimum et maximum
Tvent = ((Tc*10)-(Consigne*10))*FacteurPV+20; // offset 20 additionné pour un minimum de puissance
if (Tvent < 20)
{
  Tvent = 0;
}
else if (Tvent > 255)
{
  Tvent = 255;
}
  analogWrite (3,Tvent); // transfert du taux de ventilation 0 à 255, minimum 20
  Serial.println (int((Tvent)/2.5)); // impression du taux de ventilation 0 à 100%

  delay(500);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  
  delay(100);                    
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); 
  delay(400); // une mesure toute les secondes                  

}

Ce code est une version beta pour CTN 100K (celle utilisée sur nos buses)

Les cartes livrées par Premium sont généralement équipées d'un chip CH340 moins onéreux qu'un FTDI ordinaire.
Configurez correctement votre logiciel Arduino (Carte, processeur et port com)

Arduino.JPG (59.86 Kio) Consulté 26210 fois

Testez votre code en cliquant sur la coche en haut à gauche. Si tout est parfait cliquez sur la flèche à coté de la coche pour compiler et installer votre firmware sur la carte Nano.
Si vous laissez la connexion USB à votre PC, vous pourrez lire les valeurs température et % de fonctionnement sur le moniteur série ou le traceur série inclus dans le logiciel Arduino IDE (Outils).
Attention, lors de la programmation votre montage sera alimenté par l'USB en 5V. Votre ventilateur pourra fonctionner mais à une vitesse qui sera bien plus basse que normalement. Connectez le 12V sur le bornier IN pour que l'ensemble fonctionne normalement.

Le code est facilement modifiable en changeant certains paramètres. Amusez-vous à le modifier pour votre propre usage et venez nous en parler sur le forum. La valeur "consigne" est la température de consigne à 30° de base, vous pouvez la modifier. "FacteurPV" qui est à 10 est le facteur de puissance qui est appliqué en fonction de la température. Plus vous montez cette valeur, plus la régulation sera parfaite mais plus votre ventilateur fera de bruit.

[Jacques]

Pour le fun j'ai pris la moyenne des températures mesurées après la première mise en marche du ventilateur.
Sur 1200 mesures la moyenne est de 30,002°

[Jacques]

Le plan de câblage

Rien de très compliqué
Coupez un peu les pattes des composants sous la carte de puissance (ca doit dépasser 1mm pas plus)
Cette carte se monte en pliant légèrement la base pour faire ressortir les ergots de maintien
La carte Arduino de monte en glissant de bas en haut dans la base. Attention à ne pas faire trop dépasser les soudures et que rien ne gène pour fermer le boitier)
Le connecteur 3p de la carte de puissance est très proche des bornes VIN et GND Arduino. Soudez les fils et résistance très proche du circuit de façon à passer en dessous du connecteur (attention aux court circuits).
Le condensateur 10µ est polarisé (le moins est indiqué sur le corps)
Le connecteur de sonde est à coller sur le dessous du capot en y ajoutant son propre petit capot
A la fermeture du boitier attention à ne pas coincer des fils entre les leds et les supports fibre.
Le condensateur 100n n'est finalement pas très utile je ne l'ai pas mis


Le kit
- Arduino nano3 Atmega168 (attention à la position des leds sur le circuit)(driver USB CH340 à télécharger)
- Carte puissance IRF520N
- CTN verre 2mm 100K ohms
- Connecteur 3p Dupont avec 3 fils mini 5cm
- Condensateur 10µ 25V
- Résistance 100K ohms
- Connecteur mâle sécable 2 points
- Connecteur 2p Dupont avec deux fils 10 cm
- Ventilateur 80*25 2 ou trois fils (le troisième fil ne sert à rien dans ce montage)
- Gaine thermo 1mm et 1,6mm
- 10cm de tube téflon 0,5mm (pour la sonde)
- 1 vis 2*5 pour fermer le boitier
- Fibre optique 0,75mm 20 cm
- 4 vis ventilateur

Imprimez les pièces avec du sélection Premium ou de l'Innofil pour avoir un résultat propre (0,6 dessus/dessous - 0,8 murs - 20% - support en contact avec le plateau)

Le lien Thingiverse https://www.thingiverse.com/thing:3029674
Driver CH340 https://sparks.gogo.co.nz/ch340.html
Le driver s'installe en cliquant sur le fichier d'installation. Une fois installé, branchez votre carte Arduino à votre PC, vous devez retrouver un nouveau port com dans votre gestionnaire de périphériques que vous sélectionnerez dans IDE Arduino afin de communiquer avec votre carte.

Il va vous manquer :
- un fer à souder pointe fine
- un peu de fil fin de soudure
- un peu de colle chaude ou bi-composants ou colle en gel
- un cutter ou scalpel avec lame neuve (pour la fibre optique)
- de bons yeux ou des lunettes et une loupe pour certains (comme moi)

Witbox 2
Dans le cas de la Witbox 2 le ventilateur est celui qui est déjà installé sur l'imprimante.
Vous devez démonter le panneau arrière pour pouvoir tirer un peu (délicatement) le câble d'alimentation afin de pouvoir le faire entrer dans le régulateur jusqu'au bornier et repartir vers le ventilateur. Comme ce câble n'est pas démontable du ventilateur il faudra donc le couper à la bonne distance pour pouvoir le brancher sur les deux borniers disponibles (entrée électronique : VIN GND et sortie ventilateur V+ et V-). Le fil rouge étant le plus et le noir le moins.
Autre subtilité, la grille en plastique d'origine devra être un peu limée pour laisser passer la sonde sur un coté. Je vais de ce pas créer une grille spécifique à imprimer

Autres imprimantes
Vous alimentez en 12V VIN et GND et vous connectez le ventilateur sur le bornier V+ et V- toujours en respectant la polarité.

[Jacques]

Deux grilles ajoutées sur Thingiverse (la 4 branches est suffisante)

Grille80.JPG (68.49 Kio) Consulté 26257 fois

[Jacques]

Notre ami Torvast va recevoir le premier kit régulateur et nous donnera ses impressions sur sa Witbox 2.
En principe c'est complet, on va voir le résultat...

[Torvast]

Bonjour Jacques et merci .

Dès que je le reçois, je l'analyse et l'installe aux petits oignons avec des photos pour en faire un retour ici même .
J'effectuerai des tests sur plusieurs jours pour avoir des résultats plus fiables et réalistes, même si je me doute que vous en avez déjà effectués .

Notre ami Torvast va recevoir le premier kit régulateur et nous donnera ses impressions sur sa Witbox 2.
En principe c'est complet, on va voir le résultat...

[Jacques]

Merci Torvast
Notez que j'ai mis 2 condensateurs différents, le plus petit permet au ventilateur de démarrer plus lentement mais devrait faire un peu plus de bruit.
Ca ne changera rien au résultat, c'est juste pour tester si vous avez le temps