在 DIY 3D 打印机设计中包含热熔断器是个好主意吗?

3D打印 打印机制造 DIY-3d-打印机
2021-05-10 17:15:47

3D 打印应该是相对安全的,但是,3D 打印机的固有特性,所有的加热部件,都构成了火灾风险。一台设计精良的 3D 打印机应该设计得尽可能安全,尤其是在家里使用的打印机……是的,建议是,在打印时,始终观看 3D 打印机,切勿让打印件无人看管。然而,由于某些打印时间持续数小时和数天,这并不总是可行的,也不实用。因此,应该包括一些内置的安全功能,以至少在一定程度上减轻火灾风险。

  • 使用温度保险丝1,2是个好主意3吗?

  • 你会使用不止一种吗?

  • 应该在哪里放置温度保险丝?在空气中的特定组件或独立组件旁边,以获得平均而不是高度局部化的温度?

  • 温度保险丝应放置在哪些组件上?有很多地方可供选择,例如旁边:

    • 热点?
    • 加热床?
    • 挤出机?
    • 每个步进电机?
    • 电源呢?
    • RAMPS 步进电机驱动器?
  • 较小的进口,应该使用哪种类型4,径向还是轴向?

普通温度保险丝

有人在他们的 3D 打印机上添加了热熔断器吗?或者是否有人检查过商用 3D 打印机设计中热熔断器的放置位置(如果有的话)?


背景

我最近发现自己不得不在泰国修理电饭煲和电扇。在那些中,通常需要更换热熔断器(电饭煲的轴向热熔断器和风扇的方形“径向”类型的热熔断器),因为它们在设备变得足够热以致起火之前已经熔断这让我想到了它们在 3D 打印机中的使用。


脚注

1我们不是在谈论标准的、可更换的、热熔断器或保险丝,它们在电流浪涌、短路等时熔断。这些是热熔断器,其中包含在特定温度下(永久)熔化的金属连接器(通常约为 135°C),从而断开电路。

2我也不是指自恢复保险丝(AKA PPTC、multifuse、polyfuse 或 polyswitch)

3发生火灾时,温度保险丝是否比热熔断器更可取?

4电饭锅用的温度保险丝为轴流式,风扇电机为径向

4个回答

您是否应该使用温度保险丝取决于您采取了哪些其他安全措施。您不能孤立地看待打印机的安全功能,您需要查看其他措施是否到位。

不幸的是,打印机的主要火灾隐患(仍然)是一些制造商在其电路板上使用被低估的连接器,并且一些用户将裸线放入螺钉端子或在拧紧端子时使用的扭矩不足。当电线松动时,它开始产生电弧并烧毁连接器。在这种情况下,温度保险丝无济于事(除非您将温度保险丝放在所有连接器附近,这是不切实际的)。反而:

  • 正确拧紧螺钉端子,检查它们,并考​​虑使用正确的接线端子(压接接线片)。

  • 在电线上使用应力消除。确保电线不会摩擦任何东西,并引导它们,以免它们弯曲成小半径。由于挤出机(或打印床)不断移动,这些电线会受到疲劳。

  • 确保连接器(尤其是加热床的连接器)符合流过它们的电流的额定值,并在必要时将电线直接焊接到电路板上。

使用普通保险丝可以防止电线在绝缘损坏时相互短路。保险丝通常已经集成到主板中。

大多数固件都包含一些热失控保护的变体,该功能可监控加热器并在发现问题时关闭打印机。这可以防止:

  • 热敏电阻松动/读取不正确的值/等...

但不反对:

  • 固件本身的错误

  • MOSFET 故障

大多数打印机使用 MOSFET 将电源切换到加热元件。不幸的是,当 MOSFET 发生故障时,它们通常会在关闭(即导通)时发生故障这意味着,即使固件检测到出现问题,它也无能为力。固态继电器 (TRIAC) 也会以同样的方式发生故障。

为了防止出现这种情况,在加热床上安装一个温度保险丝(或可复位双金属开关*)可能是个好主意。但是,额定值高达热端工作温度的热熔断器似乎不可用,因此这不是一种选择。

将保险丝物理连接到它正在监控的部分是最可靠的,但例如对于热端(如果您想保护它),这对于所涉及的高温可能不可行,因此您必须解决监控附近的气温。

还要考虑热平衡如果组件一开始就不会过热,则不需要温度保险丝。例如,大多数 MK2 加热床甚至难以达到 100C,因此即使 MOSFET 短路,它们也不存在危险。但是,如果您有强大的高功率(电源供电)加热床,则绝对应该安装热保护装置。

E3D 为其热端提供 25W、30W 和 40W 加热器。25W 加热器是更安全的选择,因为它限制了热端可以达到的最高温度,而使用 40W 加热器可以达到更高的温度(并更快地达到它们)。除非同时出现 (1) 电源出现故障并开始提供过高电压以及 (2) MOSFET 和/或固件出现故障的极不可能情况,否则尺寸与其驱动的负载相符的加热器永远不会造成任何危险。

我认为在步进器、步进驱动器或电源(应该有自己的保护)上安装温度保险丝并不常见。对于放置温度保险丝的每个可能位置,您可能会想到一种故障模式,在这种模式下,该保险丝可以挽救这一天,但在某个时刻,它只是变得矫枉过正。步进驱动器可能会在步进器变得足够热以构成威胁之前烧毁,并且步进驱动器的过热可能会(猛烈地)摧毁它,但之后它不应该构成任何威胁。

轴向与径向无关紧要,只需使用适合您情况的任何东西。

* 请注意,某些双金属开关在跳闸时会将一根引线短接到(金属)外壳,这会带来危险,尤其是对于电源供电的加热器。

是的,您应该使用温度保险丝。但只是为了保护电路板本身免受过热情况的影响。然而,PTC 保险丝;是没有。

PTC自恢复保险丝第一次跳闸后,很长一段时间都不会恢复到原来的低阻抗状态。有时数小时,有时数天,有时数年。由于即使系统未处于过热状态,它也能保持较高的电阻,因此下次保险丝会更快地跳闸。这可能会在打印或其他操作期间导致误报。

由于工作电流可能高于 PPTC 的保持电流,因此即使在电源仍然流动的情况下单独排除故障,也不会发生复位。设备可能无法恢复到原来的电阻值;它很可能会稳定在显着更高的电阻(高达初始值的 4 倍)。如果有的话,设备可能需要数小时、数天、数周甚至数年才能恢复到与其原始值相似的电阻值。

https://en.wikipedia.org/wiki/Resettable_fuse

目前,我正在研究霍尔效应电流传感器和一些电路的使用。根据电流的持续时间和大小,对一个小电容器充电。当达到阈值(由电压比较器确定)时,将撤回电源以让电容器放电(并且加热元件冷却)。应该可以防止加热元件达到高于可配置最大值的温度。

是的,减少火灾几率的措施是个好主意。

在DIY项目中,这样的保险丝确实是个好主意。我使用打印机/软件/固件包来监控温度并在读数超出范围时无法打开(移除电流);但是,还有硬件保护(热敏开关)以防其他预防措施失败。

恕我直言 - 如果您寻求无人值守的消防安全,您会看到比测量或限制打印机组件温度更适合该工作的东西。就它而言,这很好,当它起作用时,但它不像一个完整的解决方案。切断电源不会扑灭已发展为燃烧塑料等的火灾。合理的启动过电流保护。将打印机放在金属柜或水泥板衬里的壁橱(不可燃外壳)内,在该外壳的顶部添加一个热量和/或烟雾探测器,并安装它不仅可以切断打印机的电源,而且(考虑到事情已经到了足以引发它的程度)还引发了一种灭火装置(其有效性将通过外壳增强。)

一点点寻找发现(对于可预见的高价格,抱歉)确实存在带有“喷头”阀门的灭火器,用于这种类型的“现场抑制”工作,可以覆盖“点燃灭火器”无需任何权力即可完成工作的一部分。您仍然需要一个热探测器,它可以在外壳出现异常高温时关闭打印机的电源,并且您可能想要一个烟雾探测器也能做到这一点。

这大概代表了目前大约 0% 的实际安装,但如果发生严重故障,这将是降低风险的好方法。据推测,当前的风险分布看起来很像制造商所说的:

“建议在打印时,始终观看 3D 打印机,切勿让打印件无人看管。”

然后用户选择不这样做,将任何不良结果的责任归咎于用户不遵循制造商的建议,无论多么不切实际。