FDM 3Dプリンターで使用されるさまざまなセンサー：分類、原理、機能

FDM（熱溶解積層法）3Dプリンターはますます普及し、多くの初心者でも簡単に使い始められ、独自の3Dプリント部品を作ることができます。 FDM 印刷の精度、信頼性、および全体的な成功は、プリンターに統合された一連のセンサーに大きく依存します。これらのセンサーは見落とされがちですが、印刷プロセスのあらゆる側面を監視および制御し、高品質の 3D プリントを確実に作成する、陰の立役者です。フィラメント検出、温度調節、ベッドのレベリングから位置追跡まで、各センサーは独自の重要な役割を果たします。これらは連携して動作し、プリンターの制御システムにリアルタイムのフィードバックを提供し、必要な調整を行って最適な印刷条件を維持できるようにします。この記事では、FDM プリンターのセンサーの世界を詳しく調べ、その種類、仕組み、複雑な 3D 印刷で果たす重要な役割について説明します。

△縦型キューブプリンター

温度センサー<br /> FDM 印刷では、機械の最も重要な機能の 1 つはシステム温度を維持することです。プリンターでは、押し出し機、印刷プレート、チャンバーの温度をある程度制御する必要があります。適切な温度がないと、FDM マシンは詰まりや固着などの不具合が発生する可能性があります。 FDM プリンターで使用される最も一般的な 2 つの温度センサーには、熱電対とサーミスタがあります。

△熱電対温度センサー

熱電対は、2 つの異なる金属を結合して構成される温度センサーです。金属接合部の接続端（測定端）と他端（基準端）の間に温度差があると、温度差に比例した小さな電圧が発生します。熱電対によって生成された電圧はプリンターの制御ボードによって測定され、温度の読み取り値に変換されます。

一方、サーミスタは、特定の半導体材料の抵抗が温度によって変化するという原理に基づいて動作します。温度が上昇すると、負温度係数 (NTC) サーミスタの抵抗は減少します。サポート回路を使用すると、プリンターの制御ボードはこの抵抗を測定し、それを温度の読み取り値に変換して、必要に応じて加熱要素を調整できます。

ベッドレベリングセンサー<br /> FDM プリンターで正常に印刷するには、プリントベッドを水平にする必要があります。このため、ベッドレベリングセンサーは FDM 3D プリンターの重要なコンポーネントです。 FDM プリンターで使用されるベッドレベリングセンサーにはいくつかの種類があります。

△機械式リミットスイッチ

●機械式スイッチ：最もシンプルな形式のベッドレベリングセンサーで、物理的な接触の原理で動作します。プリントヘッドに取り付けられたノズルまたは別のプローブがプリントベッドに触れると、スイッチが作動し、プリンターの制御ボードに信号が送信されます。

●静電容量式および誘導式センサー: これらのセンサーは、物理的に接触することなくベッドまでの距離を検出するため、摩耗を軽減します。これらのセンサーは電界または磁界の変化を検出し、印刷面までの距離を測定します。一般的に機械式スイッチよりも正確ですが、読み取り値は温度や湿度などの環境要因の影響を受ける可能性があります。

両方のタイプのセンサーを使用して、ビルド表面上の多くのポイントで測定を行うことで、システムはプリントベッドの全体的な水平性を判断できます。

光学式リミットセンサー<br /> 光制限センサーは光の遮断の原理に基づいて動作します。一般的に、光学ストッパーは、発光体 (IR LED など) と光受信機または検出器 (フォトトランジスタなど) の 2 つの主要部分で構成されます。光学エンドストップは、エミッターからの光が通常通り検出器に到達するように配置され、光線が遮断されると、光学エンドストップが物体の存在を検出します。

△光学エンドストップ例

FDM プリンタでは、光学ストップは通常、プリンタ軸 (X、Y、Z) の「ホーム」位置に配置されます。プリンタが起動するか、位置を再確立する必要がある場合、プリンタは対応するエンドストップセンサーがトリガーされ、「ホーム」位置に到達したことを示すまで各軸に沿って移動します。このプロセスは「ホーミング」と呼ばれ、プリンターが開始位置を正確に認識し、プリントヘッドとプリントベッドの動きを正確に制御できるようにします。

要約する
FDM はセンサーと制御システムによって駆動されます。熱電対やサーミスタなどの温度センサーは、システム温度を継続的に監視および調整し、誤動作を防ぎ、スムーズな印刷を保証します。機械式スイッチ、静電容量式センサー、誘導式センサーなどのベッドレベリングセンサーにより、プリントベッドが水平になり、完璧なプリントが実現します。光学センサーは光遮断技術を使用して、プリンターが正確なホームポジションを確立し、プリントヘッドとプリントベッドの動きを制御できるようにします。各センサーは印刷の成功を確実にするための重要なツールであり、3D デザインを現実のものにするために大きく貢献します。

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