Thermistances pour imprimantes 3D : Leur rôle et comment elles assurent une impression précise

Qu'est-ce qu'une thermistance d'imprimante 3D ?

Une thermistance est une résistance dont la valeur varie rapidement et de manière prévisible avec les changements de température.

Les thermistances sont faites de semi-conducteurs, principalement germanium et silicium, et leur valeur de résistance dépend de l'amplitude dans leur plage de température.

Que fait une thermistance dans une imprimante 3D ?

Les thermistances sont utilisées comme capteurs de température. Elles sont fixées aux points sensibles à la température comme le plateau chauffant et la hotend. À ces points, elles surveillent la température et envoient les données au microcontrôleur.

Pour contrôler la température de l'imprimante, le microcontrôleur utilise ces données pour réguler la température.

Quand elles chauffent, leur changement de résistance est détecté et comparé aux données de calibration par le firmware pour calculer les variations de température.

Types de thermistances

Il existe deux types de thermistances :

a) Coefficient de température négatif (NTC)

C'est le type le plus couramment utilisé dans les imprimantes 3D. La thermistance NTC offre une résistance variable selon la température. Quand la température monte, la résistance passe de haute à basse, laissant passer le courant.

À la mise sous tension, la NTC offre une résistance série additionnelle pour atténuer le courant d'appel. La résistance chute à un montant négligeable pendant les températures normales quand la thermistance s'auto-échauffe avec un courant, permettant le flux normal.

b) Coefficient de température positif (PTC)

La thermistance PTC offre aussi une résistance variable selon la température. Quand la température augmente, la résistance passe de basse à haute et empêche le surcourant.

Les thermistances PTC sont utilisées dans certains scénarios plutôt que les NTC : conditions de température extrêmes, équipements avec temps de réinitialisation quasi nul comme thermomètres numériques (voir sur Amazon), ou systèmes subissant des coups fréquents.

Pourquoi les thermistances sont-elles de bons capteurs ?

Les thermistances sont avantageuses pour de nombreuses applications comme capteurs grâce à leur haute durabilité et facilité d'utilisation, leur comportement étant prévisible. Leur utilisation pour la mesure et le contrôle de température est remarquable.

Évidemment, un changement de résistance électrique dû à un changement de température correspondant est notable, que la température du corps de la thermistance soit altérée par rayonnement ou conduction de l'environnement, ou par « auto-échauffement » causé par la dissipation de puissance dans le dispositif.

La température du corps dépendra de la conductivité thermique de son environnement et de sa température quand une thermistance est utilisée dans un circuit où la puissance dissipée suffit à causer l'« auto-échauffement ».

Les thermistances sont « auto-échauffées » pour des applications comme détection de flux d'air, détection de niveau liquide, ou mesures de conductivité thermique.

Comment changer la thermistance sur mon plateau chauffant ?

Les étapes suivantes peuvent être utilisées pour remplacer la thermistance et le tube chauffant.

Vous aurez besoin des outils suivants :

• Une thermistance
• Tube chauffant
• Une paire de ciseaux
• Pince à épiler
• Tournevis double usage
• Clé hexagonale 1,5 mm
• Collier de serrage (voir sur Amazon)

Étape 1 : Démontage du ventilateur à côté de la buse

Premièrement, assurez-vous que la buse est à température ambiante pour éviter les blessures. Détachez les deux caches latéraux avec un tournevis, puis desserrez les deux vis à côté du ventilateur.

Débranchez le connecteur du ventilateur avec la pince pour maintenir le port, puis démontez le ventilateur.

Étape 2 : Retrait de l'ancienne thermistance et du tube chauffant

Maintenant, avec la pince, débranchez les connecteurs de l'ancien tube chauffant et thermistance, puis coupez l'ancien tube et la thermistance.

Après la coupe, utilisez la clé hexagonale 1,5 mm pour desserrer la vis dans le bloc chauffant, et extrayez l'ancien tube et la thermistance.

Étape 3 : Installation de la nouvelle thermistance et du nouveau tube chauffant

Attachez le nouveau tube et la thermistance avec un collier de serrage, puis insérez-les dans le bloc chauffant. Une partie du tube doit dépasser de l'autre côté.

Assurez-vous que la thermistance est dans le bloc, puis serrez la vis et passez le nouveau tube et la thermistance à travers le module. Branchez les connecteurs dans les ports.

Le tube chauffant et la thermistance ne peuvent pas atteindre la hotend.

Étape 4 : Installation du ventilateur

Branchez le connecteur du ventilateur dans l'interface puis fixez-le au module.

Étape 5 : Assemblage des pièces

Installez les deux caches latéraux.

Étape 6 : Test de la thermistance

Connectez le module au contrôleur, puis allumez. Chargez le filament, calibre le plateau chauffant et lancez une courte impression pour tester.

Vérifiez s'il y a des problèmes pendant l'impression.

Comment tester la résistance d'un capteur de température ?

Il y a plusieurs façons de vérifier la résistance. Nous considérerons l'utilisation d'un multimètre.

La résistance n'est pas une valeur mesurable directement. Pour trouver la résistance de la thermistance, il faut déduire le flux de courant, puis mesurer la résistance résultante.

La lecture variera selon les températures car c'est une thermistance. Il est préférable de prendre la lecture à la résistance à température ambiante (25 ℃).

Étapes pour vérifier la résistance :

Pour vérifier la résistance thermique, il faut : multimètre et pointes de multimètre

Étape 1 : Retirez l'isolation en fibre de verre sur les deux fils connectant la thermistance.

Étape 2 : Réglez la plage du multimètre sur la résistance nominale de la thermistance, ex. 100k.

Étape 3 : Appliquez les pointes du multimètre aux deux fils. Le multimètre doit afficher la résistance thermique.

Comment savoir si une thermistance est défectueuse ?

La plupart des thermistances d'impression 3D ont une résistance de 100k à température ambiante. Voici les symptômes d'une thermistance défectueuse :

• Températures d'impression plus élevées que d'habitude

Les matériaux ont des températures d'impression recommandées. Si l'imprimante nécessite une température plus élevée pour extruder que la température nominale, la thermistance peut être défectueuse.

• Emballement thermique (Thermal Runaway)

Un emballement thermique est une situation où l'imprimante chauffe à des températures extrêmes et ne peut pas s'arrêter. L'imprimante peut prendre feu !

L'emballement peut avoir plusieurs causes. La plus probable est un mauvais alignement de la thermistance.

À cause du mauvais alignement, le firmware augmentera continuellement la chaleur pour atteindre la cible.

Pour prévenir l'emballement, installez une protection dans le firmware. Le firmware seul ne l'empêche pas ; il essaie seulement d'arrêter la surchauffe.

• Échec d'impression ou nombreuses erreurs dues à des problèmes de température
• Variations anormales de température sur l'écran de l'imprimante

Comment calibrer votre thermistance 3D

Il y a différentes façons de calibrer une thermistance. Nous apprendrons avec un multimètre.

1. Test du thermocouple

Testez si le thermocouple du multimètre est précis. Faites bouillir un peu d'eau, puis trempez le thermocouple. Une lecture de 100 ℃ indique la précision.

2. Identification de la hotend

Ouvrez le firmware de l'imprimante. Identifiez la hotend. Il y a généralement un fichier contrôlant la hotend. Le manuel peut indiquer l'emplacement du fichier pour votre imprimante.

3. Connexion de la hotend au multimètre

Connectez le thermocouple du multimètre à la hotend. Une façon appropriée est de trouver un espace entre la hotend et la buse et de l'y insérer.

4. Copie du tableau

Ouvrez le tableau de température dans le firmware. Il contient les valeurs de résistance vs température. Pour déterminer la température à partir de la résistance mesurée, l'imprimante utilise ce fichier. Copiez le tableau, puis supprimez la colonne température dans le nouveau.

5. Remplissage du tableau

Dans l'ancien tableau, réglez la hotend à la valeur de température, puis mesurez la température précise au multimètre. Copiez les lectures vers la valeur de résistance dans le nouveau tableau correspondant à la valeur de l'ancien, puis répétez pour toutes les valeurs.

6. Remplacement du tableau

Supprimez l'ancien tableau de thermistance et remplacez-le par le nouveau après avoir trouvé la température désirée pour les valeurs de résistance.

Facteurs pouvant mener à une erreur dans la plage de température

Malgré tous les calculs, les mesures de thermistance affichent encore des marges d'erreur anormalement élevées, supérieures aux 1 % acceptables. Ces erreurs peuvent être attribuées à :

Voici plusieurs facteurs causant ces erreurs :

1. Défaillance apparente de la thermistance

Les fils de thermistance sont fragiles. Ils peuvent facilement être abîmés en changeant la buse. Une thermistance endommagée pourrait mener à une lecture de température extrêmement basse. Cela pourrait être désastreux car les lectures ne reflètent pas la température réelle. Dans de rares cas, cela peut mener à un incendie.

2. Dérive dans le temps

Les thermistances s'usent avec le temps par exposition continue aux hautes températures. L'exposition mène à une hausse de résistance, se traduisant par des lectures de température anormalement basses.

Cette exposition s'ajoute à la dérive normale attendue dans toute machine ou composant par dégradation.

3. Données de calibration inexactes

Des données de calibration incorrectes peuvent causer des erreurs. En plus des erreurs de tolérance, la marge sera bien plus élevée qu'attendu.

4. Tolérance

Les thermistances sont relativement cohérentes, mais leurs tolérances diminuent avec la hausse de température.

La déviation pour les thermistances dans certaines hotends peut ne pas être précise à 1 %. Elle peut être plus élevée comme 2 %, et plus encore pendant l'impression.

5. Carte mère

Certains composants sur la carte mère ou une résistance anormalement élevée dans les câbles de connexion peuvent causer des erreurs de lecture. Ces incidents peuvent changer et dériver avec le temps.

6. Mauvais réglage PID

Un mauvais réglage PID peut faire osciller les températures du plateau ou hotbed, et dans certains cas, être mal rapportées.

Acheter une thermistance

La raison principale d'acheter une thermistance est si celle qu'on a est devenue défectueuse.

Deuxièmement, on pourrait en acheter une nouvelle pour modifier l'imprimante pour imprimer à une température plus élevée que celle prévue.

Vous devriez aussi acheter chez un revendeur reconnu pour garantir l'authenticité.

Conclusion

Une thermistance est un petit composant dans une imprimante 3D, mais joue un rôle crucial. Son état ne doit pas être négligé car il pourrait tout arrêter net.