Réparer un moteur pas-à-pas d'imprimante 3D : Guide étape par étape

Bien que je pense connaître mon chemin autour d'une imprimante 3D, cela me fait toujours peur quand une machine tombe en panne à cause d'un problème matériel potentiel. Contrairement au changement de quelque paramètre obscur dans le trancheur, mon cœur a tendance à rater un battement quand je traite des pièces mécaniques et électriques.

Tôt ou tard, vous devrez faire face à un moteur pas-à-pas qui ne fonctionne pas correctement. Si vous êtes comme moi, vous préférez certainement faire des recherches avant d'essayer des choses potentiellement irréversibles. Bien que nous allions creuser plus profondément dans chaque cause, voici les causes les plus courantes d'un moteur pas-à-pas qui ne fonctionne pas correctement.

Le moteur pas-à-pas d'une imprimante 3D peut ne pas fonctionner en raison d'un courant électrique insuffisant, d'une perte de continuité le long du câblage ou d'un connecteur, ou d'un driver de moteur pas-à-pas ou d'une carte de contrôle défectueux.

Bien sûr, ce bref résumé n'est pas très utile quand il s'agit de résoudre votre problème, alors commençons !

Comment réparer un moteur pas-à-pas qui ne bouge pas

Lorsqu'il s'agit de problèmes liés à du matériel non fonctionnel, le chemin recommandé pour les résoudre est toujours d'aller du plus simple au plus compliqué. Il est inutile de vérifier les paramètres du firmware ou de modifier des configurations avancées de notre imprimante si nous ne vérifions pas d'abord que la machine est allumée. Bien que cela paraisse bête, la plupart des problèmes sont généralement résolus via des vérifications presque triviales et très basiques. Quand on traite des moteurs pas-à-pas, ce n'est pas une exception à la règle.

Avant de commencer à traquer le problème qui n'autorise pas le moteur à bouger, je vais vous poser une question : le problème est-il causé par le moteur pas-à-pas lui-même ?

Beaucoup d'utilisateurs ne le savent pas (et pourquoi le sauraient-ils ?), mais le firmware de l'imprimante 3D est configuré pour empêcher le moteur de l'extrudeur de bouger quand la hotend est froide. Cela signifie qu'avant d'essayer de le bouger, vous devez préchauffer la hotend à une température au-dessus du minimum (je recommande 200 degrés, pour être sûr).

Maintenant que nous en sommes conscients, essayons de réparer ce moteur agaçant !

Moteur pas-à-pas ne recevant pas de courant électrique

Premièrement, vous devez vérifier que le moteur reçoit du courant électrique. Pour ce faire, vous n'avez pas besoin de multimètre ou d'outil particulier, allumez simplement l'imprimante et essayez de bouger les moteurs depuis le menu.

Sur les imprimantes de type Marlin, sélectionnez « Préparer » -> « Déplacer l'axe » et sélectionnez l'axe du moteur qui ne fonctionne pas. Ordonnez un mouvement suffisamment long, comme 150 mm sur les axes X/Y, ou 100 mm sur l'axe Z. Si pendant le mouvement vous pouvez bouger le moteur avec votre main, cela signifie que le champ magnétique n'est pas généré à l'intérieur du moteur, ce qui est nécessaire à son fonctionnement. Comme le champ est généré par un courant électrique, c'est très probablement un problème d'alimentation.

Vérifiez la tension fournie par la source avec un multimètre. Certaines imprimantes fonctionnent en 12 V, d'autres en 24 V. La lecture doit être stable en tout temps. Si les bornes de l'alimentation ne délivrent pas la tension nécessaire, les composants de l'imprimante commenceront à faillir. Remplacez l'alimentation si nécessaire.

Une fois cela fait, assurez-vous que les fiches de connexion du moteur sont correctement connectées, et vérifiez qu'il n'y a pas de broches tordues. Essayez de vérifier la continuité de chaque fil en utilisant un multimètre (la vidéo ci-dessous vous montre comment faire). Une défaillance sur l'un des fils entraînera un mauvais fonctionnement du moteur. Si vous trouvez un fil qui ne passe pas le test de continuité, remplacez le connecteur.

Vérifiez la carte de driver du moteur pas-à-pas

L'étape suivante pour trouver la cause de la panne est de vérifier le driver. Typiquement, un Pololu A4988 est utilisé. Cette petite carte régule la puissance du moteur pas-à-pas et sert de lien entre la carte de contrôle et le moteur pas-à-pas.

Essayez de déplacer le driver vers une autre prise et voyez si le problème est transféré au moteur où vous avez connecté ce driver. Soyez très prudent en connectant le driver, car ses broches doivent être orientées correctement (cherchez la broche « Enable » sur le driver et la carte et faites-les correspondre). Le placer à l'envers fera griller le driver ou la carte de contrôle.

Si vous trouvez que le problème venait du driver, remplacez-le par le même ou un équivalent. Il existe des modèles plus silencieux et à plus longue durée de vie, mais ils sont beaucoup plus chers que le driver A4988.

Maintenant, il est temps de vérifier la carte de contrôle. Les imprimantes RepRap utilisent souvent une combinaison Arduino Mega + Ramps car ce sont les versions les moins chères et les plus fiables que vous puissiez obtenir. Vous aurez besoin d'une autre carte pour tester si le problème persiste.

Comment réparer un moteur pas-à-pas bruyant/cliquetant

Augmentez la tension du driver pour atteindre le couple requis

Lorsqu'un moteur pas-à-pas doit générer un couple vraiment important (plus élevé que ce qu'il peut fournir), il s'arrête de bouger, mais le champ magnétique continue de demander à l'arbre du moteur de tourner. Cela s'entend comme un ou plusieurs « clics » à l'intérieur du moteur.

Puisque la carte de contrôle n'a pas de retour d'information sur la position de l'extrudeur, l'impression continue comme si de rien n'était et le pas est « perdu ». Cela produit un décalage de couches dans l'objet, ou des secteurs sans filament déposé quand le moteur qui perd des pas est le moteur de l'extrudeur.

La cause la plus courante de perte de pas sur les axes de mouvement est une tension trop basse réglée dans le driver du moteur. Pour augmenter la tension, les drivers ont un petit potentiomètre sur le dessus. En utilisant un tournevis à pointe en céramique, tournez le potentiomètre dans le sens des aiguilles d'une montre. En même temps, la tension délivrée doit être lue avec un multimètre.

La tension nécessaire varie selon chaque imprimante, type de moteur pas-à-pas, et charge requise par le moteur. Les moteurs de l'axe Z et de l'extrudeur nécessiteront souvent plus de tension que les autres. Certains font des calculs pour déterminer la tension selon le moteur utilisé, mais dans mon expérience, cela doit être fait empiriquement, en augmentant la valeur de tension jusqu'à obtenir un fonctionnement fiable.

Autres causes courantes

• Manque de lubrification des guides : cela fait que le mouvement demande un couple plus important.
• Tension excessive sur les courroies : la courroie tire fortement sur l'arbre du moteur, le tendant inutilement. Les courroies doivent être relativement tendues, mais assurez-vous de ne pas exagérer.
• Température d'extrusion trop basse : si le filament n'est pas assez chaud, il ne s'écoulera pas fluidement à travers la hotend, causant une augmentation de la pression nécessaire pour l'extrusion. Une tour de température est le meilleur test pour établir la température d'impression optimale.
• Défaillance du refroidissement du corps de chauffe (barrel cooling) : si la chaleur « remonte » le long du corps, elle ramollit le filament. La partie supérieure du filament doit agir comme un piston, donc elle doit être aussi froide que possible. Quand cela échoue, le moteur est forcé davantage, le menant à perdre des pas et à créer un bourrage dans la buse. Ajouter un radiateur et/ou un ventilateur de refroidissement peut aider.
• La vitesse réglée est excessive : l'accélération requise du moteur doit être dans ses capacités. Quand le moteur ne répond pas à la demande de mouvement, il perd des pas. Les axes X/Y sont les plus affectés.
• Jeu sur l'arbre (Backlash) : si la courroie est trop lâche, ou si le système de guidage permet un petit jeu, les premiers pas dans un changement de direction seront perdus, causant une distorsion de l'objet.
• Surcharge du driver : Comme les drivers gèrent de très grands courants, ils doivent dissiper de grandes quantités de chaleur. Pour cela, des radiateurs en aluminium sont généralement attachés à la puce principale du driver. Quand la chaleur est excessive, le driver commence à mal fonctionner et l'un des symptômes les plus fréquents est la perte de pas du moteur. Pour éviter cela, je recommande de placer un ventilateur de refroidissement pointant directement vers les drivers.

Autres questions fréquemment posées

Un moteur pas-à-pas peut-il devenir trop chaud ?

Si vous touchez les moteurs pendant une impression très longue, vous remarquerez qu'ils peuvent devenir assez chauds. Cela arrive parce qu'une partie de la puissance générée par les moteurs est transformée en énergie mécanique et une autre partie est perdue en chaleur.

Le boîtier du moteur et ses composants internes sont conçus pour supporter beaucoup de chaleur, mais si une température maximale est dépassée, ils pourraient être endommagés.

La température maximale de fonctionnement d'un moteur pas-à-pas est toujours spécifiée sur la fiche technique du modèle spécifique. Bien que les valeurs spécifiques varient pas mal, elle se situe généralement dans la plage de 70 °C à 100 °C.

En règle générale, on pourrait dire que si vous ne pouvez pas toucher le moteur pas-à-pas, c'est qu'il est clairement trop chaud. Bien que ce soit relatif, c'est un bon point de départ. Réglez la tension dans les drivers à un point milieu, où le fonctionnement est comme prévu mais sans augmenter la température trop.

Une fois que vous avez une bonne configuration, je recommande de noter les valeurs pour chaque moteur pas-à-pas. Au cas où vous auriez besoin de remplacer un driver, vous n'aurez pas à refaire ce test.

Les moteurs pas-à-pas nécessitent-ils de la maintenance ?

Les moteurs pas-à-pas sont sans maintenance. Il n'est pas nécessaire d'entrer dans les détails, mais contrairement aux moteurs à courant continu courants, ils n'ont pas de balais ou de pièces en contact qui peuvent s'user. Assurez-vous simplement de les garder exempts de poussière et de saleté. Si vous utilisez de la laque pour améliorer l'adhérence au plateau, assurez-vous de couvrir toutes les pièces électroniques avant de vaporiser.

Comment remplacer un moteur pas-à-pas

Si vous êtes arrivé ici sans trouver le problème, le moteur pas-à-pas est très probablement hors service et vous devez le remplacer. Pour ce faire, il est important que vous sachiez que la désignation NEMA 17 (la plus utilisée en impression 3D) ne fait référence qu'à la distribution des trous de fixation filetés. Dans cette gamme de moteurs, il y a d'innombrables variantes qui peuvent ou non correspondre aux spécifications dont vous avez besoin.

Avant d'acheter un nouveau moteur, vérifiez auprès du fabricant de l'imprimante les spécifications concernant :

• Tension de fonctionnement
• Couple
• Degrés de rotation par pas (nombre de pas par révolution)
• Hauteur du moteur (pour s'assurer qu'il rentre au même endroit que le précédent)

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