Termistores e termopares. Tipos e problemas comuns

As impressoras 3D FFF podem utilizar diferentes tipos de sensores de temperatura, sendo os mais comuns os termistores NTC, termopares e sondas PT100.

Termistores NTC

Os termistores são o sensor mais comum, mais barato e mais simples de implementar, uma vez que estão ligados directamente à placa da impressora. É um elemento que varia a sua resistência eléctrica em função da temperatura, pelo que a impressora deve ter a tabela RT (resistência vs. temperatura) do modelo específico a ser utilizado pré-configurado no seu firmware. Se quiser substituir um termistor por um modelo diferente, é essencial modificar o firmware da impressora incluindo a tabela RT específica do novo modelo, caso contrário, as medições de temperatura estarão erradas. Se não for possível modificar o firmware da impressora, o termistor deve ser sempre substituído por um idêntico. Entre as suas principais desvantagens estão o facto de não fornecerem uma resposta linear e de não serem geralmente adequados para temperaturas elevadas (acima de 300 ºC).

Imagem 1: Termistor NTC. Fonte: Filament2print

Há duas causas principais de problemas de termístores:

• Uma má configuração dos parâmetros no firmware: Como mencionado anteriormente, é essencial que o firmware da impressora tenha os valores RT específicos configurados para um modelo de termistor específico, a fim de poder converter com precisão os valores de resistência medidos em valores de temperatura reais. Todos os fabricantes de termistores fornecem os dados RT para cada modelo, e firmware como o Marlin ou RepRap FW inclui tabelas RT para os modelos mais comuns.

• Mau estado dos cabos ou ligações: Um cabo em mau estado, uma má ligação ou um comprimento excessivo de cabo, pode aumentar a resistência medida pela placa, resultando em leituras de temperatura erradas. É essencial verificar periodicamente o estado dos cabos e ligações do termistor. O termistor deve ser ligado directamente à placa, evitando o uso de fichas de ligação e utilizando o comprimento mínimo necessário. Se forem utilizados conectores rápidos, estes devem ser da mais alta qualidade possível e ser crimpados correctamente. Para determinar se um termistor é instalado correctamente, a melhor maneira é medir a resistência no conector da placa com um multímetro e ver se é o mesmo que o especificado na tabela RT a 25 °C.

Termopares

São compostos por uma junção bimetálica que varia a sua condutividade em função da temperatura. Existem vários tipos, sendo o tipo K o mais comum na impressão 3D devido à vasta gama de temperaturas que cobrem (-200 ºC - 1400 ºC). São muito económicos e permutáveis, mas têm duas limitações importantes:

• Ter uma precisão muito baixa ( superior a ºC).
• Exigir a instalação de placas amplificadoras a serem utilizadas.

Até recentemente eram a solução mais comum para impressoras 3D de alta temperatura, mas foram deslocadas por outras tecnologias, tais como termistores de alta temperatura ou sondas PT100.

Imagem 2: Termopar tipo K. Fonte : RS Componentes

As principais causas de problemas são:

• Mau estado dos cabos ou ligações: Tal como os termistores, a temperatura é determinada através da medição da resistência do termopar, pelo que defeitos nos cabos ou conectores causam medições erradas da temperatura.

• Ruído eléctrico: Os termopares são sensíveis ao ruído eléctrico, pelo que o seu aparecimento no circuito altera as medidas.

Sondas RTD

Semelhantes aos termistores NTC, são compostos por um metal que varia na resistência eléctrica com a temperatura. Ao contrário dos termistores NTC onde a resistência diminui com a temperatura, as sondas de RTD aumentam com a temperatura. Isto significa que podem medir com precisão temperaturas muito mais elevadas do que os termistores, até 600 °C. Embora sejam muito precisos numa vasta gama de temperaturas, têm a desvantagem de serem mais caros e, tal como os termopares, requerem electrónica adicional, o que aumenta ainda mais o seu custo e complica a sua instalação. O tipo mais comum de sonda de RTD é a conhecida sonda PT100.

Imagem 3: Sonda PT100 com placa amplificadora. Fonte: E3D.

Em geral, apresentam menos problemas do que os termistores e termopares NTC, contudo, como nos casos anteriores, é importante verificar o estado dos cabos e conectores, uma vez que o seu funcionamento se baseia também na leitura da resistência eléctrica.

Problemas relacionados com a temperatura

Em muitos casos, os problemas de temperatura não estão relacionados com o sensor em si, mas sim com o modelo de controlo de temperatura e definições de segurança da impressora. Para controlar a temperatura, as impressoras 3D FFF utilizam um modelo baseado na frequência de pulso conhecido como PID. Os coeficientes deste modelo determinam a frequência dos impulsos necessários para alcançar uma taxa de aquecimento mais alta ou mais baixa, pelo que a definição correcta destes parâmetros é essencial para se conseguir um controlo preciso da temperatura. É por isso que a maioria das impressoras 3D incorpora uma função chamada calibração PID, que determina estes parâmetros automaticamente. É aconselhável efectuar esta calibração periodicamente.

Além disso, é comum as impressoras 3D implementarem algoritmos de segurança que desactivam o aquecimento quando as velocidades ou temperaturas de aquecimento atingidas não correspondem às do modelo. Nestes casos, ocorrem frequentemente erros de temperatura. Quando aparecem, devem ser verificados os seguintes aspectos:

• O estado dos sensores de temperatura

• A eficiência térmica do hotend
• O ventilador de camada não está de frente para o bloco aquecedor e arrefece-o.
• Que o bloco aquecedor não está em contacto com o dissipador de calor do hotend.
• Efectuar uma calibração PID.

Nota: Este guia discute conceitos de uma forma geral e não se concentra numa determinada marca ou modelo, embora possam ser mencionados em algum momento. Pode haver diferenças importantes nos procedimentos de calibração ou ajuste entre diferentes marcas e modelos, pelo que se recomenda que o manual do fabricante seja consultado antes da leitura deste guia.