ทำไมเครื่องพิมพ์ 3 มิติถึงไม่ใช้มอเตอร์เซอร์โว? มันต่างจากมอเตอร์สเต็ปเปอร์อย่างไร?

มอเตอร์เป็นส่วนประกอบกำลังที่สำคัญมากในระบบเครื่องพิมพ์ 3 มิติความแม่นยำของการพิมพ์ 3 มิติมีความเกี่ยวข้องกับคุณภาพที่ดีหรือไม่ดีของงานพิมพ์ 3 มิติ โดยทั่วไปแล้วการพิมพ์ 3 มิติจะใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์

สรุปแล้วมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติรุ่นไหนบ้างที่ใช้มอเตอร์เซอร์โว? มันเจ๋งและแม่นยำมาก แต่ทำไมไม่ใช้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไปล่ะ?

ข้อเสียอย่างหนึ่งคือ ราคาแพงเกินไป! เมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไปแล้ว ถือว่าไม่คุ้มค่า หากเทียบกับเครื่องพิมพ์อุตสาหกรรมแล้ว ก็พอๆ กัน อาจช่วยเพิ่มความแม่นยำได้เล็กน้อย

ในที่นี้เราจะนำมอเตอร์สองตัวนี้มาวิเคราะห์เปรียบเทียบอย่างละเอียดเพื่อดูความแตกต่าง

คำจำกัดความที่แตกต่างกัน

มอเตอร์สเต็ปเปอร์เป็นอุปกรณ์เคลื่อนที่แบบแยกส่วน ซึ่งแตกต่างจากเครื่องปรับอากาศทั่วไปมอเตอร์ DCมอเตอร์ทั่วไปใช้ไฟฟ้าในการหมุน แต่สเต็ปเปอร์มอเตอร์นั้นไม่เป็นเช่นนั้น สเต็ปเปอร์มอเตอร์จะรับคำสั่งเพื่อทำการหมุนทีละขั้น

มอเตอร์เซอร์โวเป็นกลไกที่ควบคุมการทำงานของชิ้นส่วนเชิงกลในระบบเซอร์โว ซึ่งสามารถควบคุมความเร็วและความแม่นยำของตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ และสามารถแปลงสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเป็นแรงบิดและความเร็วเพื่อขับเคลื่อนวัตถุที่ต้องการควบคุมได้

แม้ว่าทั้งสองจะมีความคล้ายคลึงกันในโหมดควบคุม (สายพัลส์และสัญญาณทิศทาง) แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญในด้านประสิทธิภาพการใช้งานและโอกาสในการใช้งาน ต่อไปนี้คือการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้งานของทั้งสอง

ความแม่นยำในการควบคุมแตกต่างกัน

สองเฟสมอเตอร์สเต็ปเปอร์ไฮบริดโดยทั่วไปมุมของขั้นบันไดจะอยู่ที่ 1.8° หรือ 0.9°

ความแม่นยำในการควบคุมของมอเตอร์เซอร์โว AC นั้นรับประกันได้ด้วยตัวเข้ารหัสแบบหมุน (rotary encoder) ที่ด้านหลังของเพลามอเตอร์ ตัวอย่างเช่น สำหรับมอเตอร์เซอร์โว AC แบบดิจิทัลเต็มรูปแบบของ Panasonic สำหรับมอเตอร์ที่มีตัวเข้ารหัสมาตรฐาน 2500 เส้น ค่าเทียบเท่าพัลส์คือ 360°/10000 = 0.036° เนื่องมาจากเทคโนโลยีความถี่สี่เท่าที่ใช้ภายในไดรฟ์

สำหรับมอเตอร์ที่มีตัวเข้ารหัส 17 บิต ไดรฟ์จะได้รับพัลส์ 217 = 131072 พัลส์ต่อการหมุนหนึ่งรอบของมอเตอร์ ซึ่งหมายความว่าพัลส์เทียบเท่าของมันคือ 360°/131072 = 9.89 วินาที ซึ่งเป็น 1/655 ของพัลส์เทียบเท่าของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่มีมุมขั้น 1.8°

ลักษณะความถี่ต่ำที่แตกต่างกัน

มอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ความเร็วต่ำจะเกิดการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ ความถี่ของการสั่นสะเทือนนั้นสัมพันธ์กับสภาวะการรับภาระและประสิทธิภาพของไดรฟ์ และโดยทั่วไปถือว่าอยู่ที่ครึ่งหนึ่งของความถี่เริ่มต้นขณะไม่มีภาระของมอเตอร์

ปรากฏการณ์การสั่นสะเทือนความถี่ต่ำที่เกิดจากหลักการทำงานของมอเตอร์สเต็ปเปอร์นั้นเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อการทำงานปกติของเครื่องจักร เมื่อมอเตอร์สเต็ปเปอร์ทำงานที่ความเร็วต่ำ โดยทั่วไปควรใช้เทคโนโลยีการลดแรงสั่นสะเทือนเพื่อเอาชนะปรากฏการณ์การสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ เช่น การเพิ่มตัวลดแรงสั่นสะเทือนให้กับมอเตอร์ หรือการใช้เทคโนโลยีการแบ่งย่อยในการขับเคลื่อน

มอเตอร์เซอร์โว AC ทำงานได้อย่างราบรื่นมากและไม่สั่นสะเทือนแม้ในความเร็วต่ำ ระบบเซอร์โว AC มีฟังก์ชันระงับการสั่นสะเทือน ซึ่งสามารถชดเชยความแข็งแรงที่ไม่เพียงพอของเครื่องจักร และระบบยังมีฟังก์ชันความละเอียดความถี่ภายใน ซึ่งสามารถตรวจจับจุดสั่นสะเทือนของเครื่องจักรและช่วยให้การปรับแต่งระบบทำได้ง่ายขึ้น

ประสิทธิภาพการทำงานที่แตกต่างกัน

การควบคุมมอเตอร์สเต็ปเปอร์เป็นการควบคุมแบบวงเปิด หากความถี่เริ่มต้นสูงเกินไปหรือโหลดมากเกินไป อาจทำให้เกิดปัญหาการสูญหายของขั้นตอนหรือการติดขัดได้ และหากความเร็วในการหยุดสูงเกินไป ก็อาจทำให้เกิดการโอเวอร์ชูตได้ ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการควบคุม จึงควรแก้ไขปัญหาเรื่องความเร็วที่เพิ่มขึ้นและลดลง

ระบบขับเคลื่อนเซอร์โว AC สำหรับการควบคุมแบบวงปิด ตัวขับสามารถสุ่มตัวอย่างสัญญาณป้อนกลับจากตัวเข้ารหัสของมอเตอร์ได้โดยตรง การประกอบภายในของวงจรตำแหน่งและวงจรความเร็ว โดยทั่วไปจะไม่เกิดปรากฏการณ์มอเตอร์สเต็ปเปอร์สูญเสียขั้นตอนหรือโอเวอร์ชูต ประสิทธิภาพการควบคุมจึงน่าเชื่อถือยิ่งขึ้น

โดยสรุปแล้ว ระบบเซอร์โวมอเตอร์ AC มีประสิทธิภาพดีกว่าสเต็ปเปอร์มอเตอร์ในหลายๆ ด้าน แต่ในบางกรณีที่ไม่ต้องการประสิทธิภาพสูงมากนัก ก็ยังคงใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ในการขับเคลื่อนอยู่ เครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นกรณีที่ไม่ต้องการประสิทธิภาพสูงมากนัก และเซอร์โวมอเตอร์มีราคาแพง ดังนั้นโดยทั่วไปจึงนิยมใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์