Termistores e termopares. Tipos e problemas comuns

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

Termistores NTC

Os termistores são o sensor mais comum, econômico e fácil de implementar, pois se conectam diretamente à placa da impressora. Eles são um elemento que varia sua resistência elétrica dependendo da temperatura, portanto, a impressora deve ter a tabela RT (resistência versus temperatura) específica preconfigurada em seu firmware para o modelo particular em uso. Se substituir um termistor por um modelo diferente, é essencial modificar o firmware da impressora para incluir a tabela RT específica do novo modelo; caso contrário, as leituras de temperatura serão incorretas. Se não for possível modificar o firmware da impressora, é essencial substituir sempre o termistor por um idêntico. Entre suas principais desvantagens estão não fornecer uma resposta linear e geralmente não serem adequados para altas temperaturas (acima de 300°C).

Imagem 1: Termistor NTC. Fonte: Filament2print

As principais causas de problemas com termistores são duas:

• Configuração incorreta de parâmetros no firmware: Como mencionado anteriormente, é essencial que o firmware da impressora tenha os valores RT específicos de um modelo específico de termistor configurados para converter com precisão os valores de resistência medidos em valores reais de temperatura. Todos os fabricantes de termistores fornecem seus próprios dados RT para cada modelo, e firmwares como Marlin ou RepRap FW incluem tabelas RT para os modelos mais comuns.

• Má condição dos cabos ou conexões: Um cabo danificado, conexão ruim ou comprimento excessivo de cabo pode aumentar a resistência medida pela placa, resultando em leituras de temperatura imprecisas. É essencial verificar periodicamente a condição dos cabos do termistor e as conexões. O termistor deve ser conectado diretamente à placa, evitando o uso de junções ou conectores e usando o comprimento mínimo necessário. No caso de usar conectores rápidos, eles devem ser da mais alta qualidade possível e crimpados corretamente. Para determinar se um termistor está instalado corretamente, a melhor maneira é medir a resistência no conector da placa com um multímetro e ver se corresponde ao valor especificado na tabela RT a 25°C.

Termopares

São compostos por uma junção bimetálica que varia sua condutividade dependendo da temperatura. Existem vários tipos, sendo o tipo K o mais comum na impressão 3D devido à ampla faixa de temperatura que cobrem (-200°C a 1400°C). Eles são muito econômicos e intercambiáveis; no entanto, têm duas limitações importantes:

• Têm precisão muito baixa (maior que 1°C).

• Requerem placas de amplificação para serem usados.

Até recentemente, eram a solução mais comum em impressoras 3D de alta temperatura; no entanto, foram substituídos por outras tecnologias, como termistores de alta temperatura ou sondas PT100.

Imagem 2: Termopar tipo K. Fonte: RS Componentes

As principais causas de problemas são:

• Má condição dos cabos ou conexões: Assim como os termistores, a temperatura é determinada medindo a resistência do termopar, portanto, defeitos no cabeamento ou conectores resultam em medidas de temperatura erradas.

• Ruído elétrico: Os termopares são sensíveis ao ruído elétrico, então a aparência de ruído no circuito altera as medições.

Sondas RTD

Similar aos termistores NTC, são compostas por um metal que varia sua resistência elétrica com a temperatura. Ao contrário dos termistores NTC, onde a resistência diminui com a temperatura, nas sondas RTD, ela aumenta. Isso permite que meçam com precisão temperaturas muito mais altas que os termistores, até 600°C. Embora apresentem muita precisão em uma ampla faixa de temperaturas, têm a desvantagem de serem mais caros e, como os termopares, exigem eletrônica adicional, o que aumenta ainda mais seu custo e complica sua instalação. O tipo mais comum de sonda RTD é a conhecida sonda PT100.

Imagem 3: Sonda PT100 com placa de amplificação. Fonte: E3D

Em geral, apresentam menos problemas do que os termistores NTC e os termopares, no entanto, assim como nos casos anteriores, é importante verificar o estado dos cabos e conectores, pois seu funcionamento também se baseia na leitura de resistência elétrica.

Problemas relacionados com a temperatura

Muitas vezes, os problemas de temperatura não estão relacionados ao sensor em si, mas ao modelo de controle de temperatura e às configurações de segurança da impressora. Para controlar a temperatura, as impressoras 3D FFF usam um modelo baseado na frequência de pulso conhecido como PID. Os coeficientes desse modelo determinam a frequência de pulso necessária para obter taxas de aquecimento mais altas ou mais baixas, portanto, a configuração correta desses parâmetros é essencial para um controle preciso da temperatura. Por isso, a maioria das impressoras 3D incorpora uma função chamada calibração PID, que determina automaticamente esses parâmetros. É recomendável realizar essa calibração periodicamente.

Além disso, é comum que as impressoras 3D implementem algoritmos de segurança que desativam o aquecimento quando as velocidades de aquecimento ou as temperaturas alcançadas não correspondem às do modelo. Nestes casos, erros de temperatura são frequentes. Quando ocorrem, deve-se verificar o seguinte:

• O estado dos sensores de temperatura

• O desempenho térmico do hotend

• Que o ventilador da camada não esteja direcionado para o bloco de aquecimento e o esteja resfriando.

• Que o bloco de aquecimento não esteja em contato com o dissipador do hotend.

• Realizar uma calibração PID.

Nota:  Este guia discute conceitos de maneira geral, sem focar em uma marca ou modelo específico, embora eles possam ser mencionados em algum momento. Pode haver diferenças significativas nos procedimentos de calibração ou ajuste entre diferentes marcas e modelos, portanto, é recomendável consultar o manual do fabricante antes de ler este guia.