Corrigindo o Erro: E1 Thermal Runaway (Ender 3)

Corrigindo o Erro: E1 Thermal Runaway (Ender 3)

Por Marcos Sobral

 

Introdução

A troca do termistor ou da resistência de aquecimento é uma grande mudança no sistema. Cada um desses elementos possui erros internos que diferem entre si.

Se o novo termistor substituído tiver uma resistência padrão diferente, seja ela um pouco menor ou maior da anterior, e/ou a resistência de Aquecimento nova for diferente da anterior, o microcontrolador receberá leituras que inesperadas.

É por isso que a substituição de um desses componentes (ou para um tamanho diferente e/ou material diferente do bloco do aquecedor) deve ser executada uma sintonia do controlador PID, atualizando no microcontrolador as constantes Kp, Ki e Kd do comportamento do novo sensor de temperatura e/ou Resistência de Aquecimento.

 

Especificação das peças

    • Termistor

Termistor são semicondutores sensíveis à temperatura. Existem basicamente dois tipos de termistores:

  • NTC (do inglês Negative Temperature Coefficient) – termistores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é negativo: a resistência diminui com o aumento da temperatura.
  • PTC (do inglês Positive Temperature Coefficient) – termistores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é positivo: a resistência aumenta com o aumento da temperatura.

Conforme a curva característica do termistor, o seu valor de resistência pode diminuir ou aumentar em maior ou menor grau em uma determinada faixa de temperatura.

Na Ender 3, o termistor tem as seguintes características:

  • Termistor 100KΩ NTC 3950;
  • Resistência de 100kΩ em 25°C;
  • Precisão ± 1%;
  • Comprimento do cabo: aprox. 1.2 m
termistor-ender3
Figura 1 – Termistor Ender 3

 

    • Resistência de Aquecimento (Tubo de Aquecimento)

A Resistência de Aquecimento converte energia elétrica em calor por meio do processo de aquecimento Joule, descoberto por James Prescott Joule em 1841. Ao fazer circular uma corrente elétrica por um condutor, observou que se libertava calor devido à resistência oferecida pelo condutor.

Atualmente a Resistência de Aquecimento é utilizada para uma infinidade de aplicações. A grande maioria delas é fabricada com um fio de liga de níquel cromo 80/20. Esta liga suporta temperaturas muito altas. É muito resistente aos impactos e é inoxidável.

A Resistência de Aquecimento conta com blindagem em tubo de aço inoxidável indicada para altas temperaturas. Fabricada em diversas formas e modelos, de acordo com a necessidade com dispositivo de fixação.

Na Ender 3, a resistência de aquecimento tem as seguintes características:

  • Material: Aço inoxidável;
  • Núcleo: Cerâmica;
  • Tensão: 24V;
  • Potência: 40W;
  • Diâmetro: 6mm;
  • Comprimento: 20mm;
  • Comprimento do fio: 100cm;
Figura 2 – Resistência de Aquecimento Ender 3

 

Controlador PID

Controlador proporcional integral derivativo, controlador PID ou simplesmente PID, é uma técnica de controle de processos que une as ações derivativa, integral e proporcional, fazendo assim com que o sinal de erro seja minimizado pela ação proporcional, zerado pela ação integral e obtido com uma velocidade antecipativa pela ação derivativa.

É baseado na resposta da modelagem matemática de uma malha de processo a ser controlada.

Na prática os PID são encontrados no interior de controladores eletrônicos chamados “single-loop”, muitas vezes com microprocessadores, e também através de software em Controladores programáveis e outros equipamentos de controle.

Os controladores contínuos podem controlar os processos de quatro formas distintas:

  • Controle Proporcional (P);
  • Controle Integral (I);
  • Controle Derivativo (D);

Estes três modos de controle são também designados de ações de controle, cada uma delas reagindo de forma distinta ao erro presente nos sistemas. O controle proporcional ajusta a variável de controle de forma proporcional ao erro. O controle integral ajusta a variável de controle baseando-se no tempo em que o erro acontece. O controle derivativo ajusta a variável de controle tendo como base a taxa de variação do erro. A combinação destes tipos de controle forma o controlador PID.

 

Procedimentos de resolução

Conecte a impressora ao computador através de um cabo USB e execute um software que possa enviar GCODE bruto. Será utilizado nesse exemplo o Pronterface, mas outros softwares também podem ser utilizados.

É importante destacar que essa configuração só será assertiva se o conjunto Hotend foi corretamente montado.

Assim, conectada a impressora e com o software aberto, será realizada a digitação de códigos de controle no terminal do software:

pronterface
Figura 3 – Tela inicial do software Pronterface, em destaque em vermelho o local onde serão digitados os comandos.

 

1º Passo:

Digitar e enviar os códigos (e atenção a grafia e espaçamentos):

M303 E0 S200 C8

O comando M303 (PID autotune) inicia um processo de aquecimento e resfriamento para determinar os valores PID adequados para o Hotend especificado ou para a mesa aquecida.

tela do programa
Figura 4 – Tela do programa

 

Terminal
Figura 5 – Comando digitado no terminal

 

Figura 6 - Comando sendo executado
Figura 6 – Comando sendo executado

2º Passo:

Aguarde enquanto o Software comanda a impressora para a execução do PID autotune.

Durante esse procedimento a impressora irá aquecer o bico e a mesa, aguarde até a conclusão do processo.

3º Passo:

Ao final o software irá apresentar novos valores para as constantes P, I e D.

Figura 7 - Valores de Kp, Ki e Kd encontrado pelo software
Figura 7 – Valores de Kp, Ki e Kd encontrado pelo software

 

Adicione essas constantes com o comando M301, por exemplo (mais uma vez, cuidado na digitação dos códigos e na utilização de ponto ao invés de virgula):

M301 P17.28 I0.63 D118.87

O comando M301 (Set Hotend PID) define os valores que controlam o loop PID para o hotend.

Observação importante, não copie essas constantes Kp, Ki e Kd de outras pessoas, essas informações são características de cada impressora.

4º Passo:

Digitar o comando M500 para atualizar a EEPROM.

M500

Se esses passos não ajudarem, então temos um problema maior, vamos as soluções dos problemas!

 

Soluções Alternativas

Como as soluções anteriores não ajudaram, vamos analisar outros pontos, primeiro o hardware, depois o firmware.

    • Verifique o hardware

O hardware pode falhar, todos sabemos isso. Algumas dicas úteis para verificar em sua impressora quanto a risco de incêndio:

  • Um termistor em curto (Curto-circuito, 0Ω de Resistência) aciona o MAXTEMP;
  • Um termistor queimado (Circuito em aberto) aciona o MINTEMP;
  • Uma resistência de aquecimento não conectada ou queimada (circuito em aberto) aciona a fuga térmica, assim como qualquer outro erro que leva ao aquecimento anormal.

Mas com relação as falhas de hardware, felizmente, existem apenas 5 itens envolvidos que podem falhar:

    • Verifique todas as conexões

Se a resistência de aquecimento não estiver conectada corretamente, isso resultará em um erro de fuga térmica, pois o termistor não detecta nenhuma alteração.

Um termistor não conectado acionará um MINTEMP ERROR, um termistor em curto acionará um MAXTEMP ERROR.

 

    • Verifique a resistência de aquecimento

Uma resistência de aquecimento quebrada pode ter dois resultados:

  • Não conduz eletricidade, por exemplo, se um eletrodo está quebrado
  • Atua como um jumper e não tem resistência alguma.

Para verificar isso, use um multímetro e meça a resistência em Ohm, conectando-o aos fios do cartucho enquanto ele estiver desmontado. Um circuito quebrado no cartucho aciona o THERMAL RUNAWAY, um cartucho em curto pode queimar a placa na pior das hipóteses.

Para referência: as resistências de aquecimento do fabricante e3D estão documentados em cerca de:

  • 4,8Ω para 12 V e 30 W;
  • 3,6Ω para 12 V e 40 W;
  • 19,2Ω para 24 V 30 W;
  • 14,4Ω para 24 V 40 W;

Se o valor medido for infinito ou próximo de 0 Ω, a resistência de aquecimento está quebrada.

    • Verifique sua tensão de alimentação

Atenção neste ponto pois é um local perigoso, pois você medirá a tensão em um circuito energizado. Esteja ciente de que você está trabalhando com um circuito ligado, aos seus dedos em contato com fios não blindados!

Coloque o multímetro na escala de tensão DC. Conecte as pontas de prova à saída da fonte de alimentação que entra na placa. Ligue a fonte de tensão. Deve ler perto 24V, se a sua impressora for uma Ender 3.

    • Verifique a tensão fornecida pela placa

Novamente, atenção neste ponto pois é um local perigoso.

Se a fonte de alimentação estiver funcionando, pode ser que a placa não esteja alimentando corretamente a resistência. Então, precisamos medir se ela tem energia. Como:

formula

Onde:

I = Corrente Elétrica

R = Resistência

U = Tensão

 

Estabelecemos que R não é 0 ou infinito, como informado no tópico anterior, podemos estabelecer se existe corrente simplesmente medindo U, que é a tensão.

Coloque o multímetro na escala de tensão DC. Verifique se eles têm contato. Conecte a máquina na energia e inicie-a. Meça a resistência de aquecimento, ela deve mostrar uma tensão semelhante à sua tensão de alimentação, 24V no caso da Ender 3.

 

    • Termistor

O termistor pode disparar um erro se estiver com defeito, mas não totalmente quebrado. Um termistor quebrado deve acionar o erro MINTEMP, e se ele estiver em curto, apresentar o erro MAXTEMP. A única maneira de testar isso seria medi-lo em relação a itens de temperatura conhecida, por exemplo, usando o sensor da mesa como referência.

 

    • Verifique o firmware

Para essa etapa, você irá configurar os arquivos da impressora, é aconselhável realizar um backup dos dados caso algo dê errado.

Nessa etapa serão modificados alguns itens na programação da impressora. Para isso, será necessário utilizar um compilador com suporte a arquivos .h.

Só realize essas etapas se você tem algum conhecimento.

    • Configurações do termistor

Em alguns casos, as tabelas de temperatura dos termistores não são compatíveis e é necessário alterar as configurações para isso no firmware.

No Marlin 1.9, você faz isso no arquivo Configuation.h no cabeçalho Configurações térmicas. Na Ender 3, isso é feito na linha 289:

#define TEMP_SENSOR_0 5

 

Isso significa que meu sensor de temperatura 0 (o do hotend) é do tipo 5, onde o tipo 5 é definido no bloco acima. A linha relevante 256 do arquivo diz:

*5 : 100K thermistor – ATC Semitec 104GT-2 (Used in ParCan & J-Head) (4.7k pullup)

 

A escolha mais comum nos hotends chineses para usar esta tabela de termistor pull-up de 4,7 quiloohm (kΩ), e a tabela específica real para a maioria delas é razoavelmente próxima da 5. Outros termistores podem estar razoavelmente sobrepostos, mas caso você mude o estilo do termistor, geralmente é recomendável alterar esse valor adequadamente.

Sempre execute um ajuste PID após alterar a tabela do termistor.

 

    • Proteção contra fugas térmicas

As configurações da Proteção contra fugas térmicas podem ser analisadas. Talvez esteja com as configurações errada, no arquivo Configuration_adv.h contém um bloco intitulado Configurações térmicas; informando quando acionar o desligamento de emergência. Para a Ender 3, fica assim:

#if ENABLED(THERMAL_PROTECTION_HOTENDS)

#define THERMAL_PROTECTION_PERIOD 40        // Seconds

#define THERMAL_PROTECTION_HYSTERESIS 4     // Degrees Celsius

 

No registro de erros, a impressora pode estar configurada como 30 segundos. Seria tecnicamente seguro aumentar esse tempo para até 120 segundos, mas é preferível não exceder os 60 segundos.

 

Conclusão

Esse artigo teve como objetivo ser um guia para auxiliar usuários a resolver o problema E1 Thermal Runaway, mas para alguns pontos algum conhecimento específico é necessário.

Caso não tenha a competência técnica para resolver esse problema, procure sempre empresas especializada com mão-de-obra qualificada pra resolver este e outros problemas

A INOVECTOR 3D dispões de Assistência técnica especializada para impressoras do tipo FDM de pequeno porte (tipo Desktop), entre em contato caso necessário.

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