¿Qué son los stepper drivers?

Todas las impresoras lo tienen, pero ¿qué son los stepper drivers exactamente? ¿Cómo funciona un stepper driver? En este artículo vamos a tratar de despejar todas las dudas sobre este componente vital para el funcionamiento de las impresoras 3D y de explicar qué es un stepper driver.

¿Qué son los motores paso a paso?

Motor paso a pasoSi ya conoces el mundo de la impresión 3D seguro que estas familiarizado con este tipo de motores. Básicamente son unos motores que te permiten tener mayor precisión y sobre los que podemos tener control total sobre sus movimientos. Por eso se utilizan en robots, CNCs o impresoras 3d. Desde un ordenador o desde un arduino podemos hacer que el motor se mueva una distancia determinada.

Para poder hacer esto, nos hará falta un controlador, que en este caso sera un Stepper Driver.

 

¿Que es un stepper driver?

Los Stepper Drivers son los encargados de controlar las bobinas del interior de los motores, haciendo que estos roten de una forma controlada. Dependiendo de la electrónica que utilicemos con nuestra impresora, estos controladores pueden venir integrados directamente, o pueden tener unos pines para montarlos de manera externa.

¿Como funcionan?

Bobinas de un motor paso a pasoLos Stepper drivers tienen un chip central que traduce la información entrante que le llega de la electrónica en una serie de movimientos para cada eje. Los motores paso a paso tienen un numero determinado de pasos para completar una rotación. En el caso de los Nema17 (los mas usados comúnmente) suelen tener alrededor de 200 pasos o, lo que es lo mismo 1’8 grados por cada paso. Pero aunque es lo habitual, últimamente se están poniendo de moda los motores con 400 pasos, o 0’9 grados por paso, ya que con ellos puedes tener mas precisión en los movimientos, y se consigue aumentar muchísimo la precisión de cada motor. Este movimiento se consigue magnetizando una de las bobinas, haciendo que el eje rote. Magnetizando distintas bobinas en tiempos intercalados, conseguimos hacer que el motor de vueltas.

 

¿Que son los micro pasos?

Al igual que con un stteper podemos producir pasos completos, también son capaces de producir lo que se conoce como «micro pasos». Esto quiere decir, que el controlador, ademas de controlar un paso completo del motor (1’8 o 0’9 grados) puede aplicar la energía justa para conseguir una fracción determinada de estos pasos. Por norma, se suele utilizar 1/16 de micro paso, o lo que es lo mismo 1’8 grados dividido entre 16. Pero no solo eso, dependiendo del driver, podemos aplicar 1/32, 1/64, 1/128 o incluso 1/256 micropasos para los stepper drivers mas avanzados. A mayor numero de micropasos, mayor sera la cantidad de energía que necesitaremos para mantener el torque en esas posiciones.

¿Que controladores se usan habitualmente?

Controlador A4982 o AllegroLos mas baratos y comúnmente utilizados son los A4982 o Controladores Allegro. Estos suelen ser los mas sencillos de utilizar y suelen ser bastante ruidosos. Están limitados a 1/16 de micro paso pero por la contra son los mas baratos que se pueden encontrar a día de hoy. La mayoría de kits baratos que vemos hoy en día, suelen montar este tipo de stepper driver.

 

 

Controlador DRV8825 de Texas intrumentSubiendo un poco en la escala, nos encontramos con los DRV8825 de Texas instrument. Se pueden usar con 1/32 de micro paso y son la opción mas habitual cuando queremos actualizar los controladores de la marca Allegro. Son un poco menos ruidos pero también son algo mas caro. El problema de estos drivers es que a veces, y no siempre, producen unas pequeñas vibraciones en el resultado final de las piezas. Es por esto que es habitual subir un nivel mas en la escala para evitar estos problemas.

 

 

Controlador TMC2130 de TrinamicPor encima de los DRV8825, ya nos vamos a los controladores de Trinamic o TMC2130. Estos drives son la joya de la corona. Permiten utilizar 1/250 de micro paso. Son super silenciosos. Tienen detección de perdida de pasos e incluso se pueden utilizar sin finales de carrera. Pero por la contra, el firmware que utilicemos en nuestra impresora debe soportar este tipo de drivers. Pero tranquilos, a día de hoy, la mayoría de los firmwares los soportan sin problema. De todos modos estos no son los únicos drivers fabricados por Trinamic. Tienen muchos modelos, cada cual con mas o menos utilidades según el rango de precio. Prácticam0000ente podemos encontrar un Driver para cada uno de las necesidades que tengamos.

 

¡Hay que mantenerlos frescos!

Todas estas propiedades de los controladores de pasos tienen que tener una contra, y esta viene en forma de calor. Es totalmente necesario refrigerar los stepper drivers, ya que al realizar muchísimas operaciones pro segundo se calientan y bastante. Pero hacerlo es bastante fácil. Existen kits de disipadores de aluminio que se pegan directamente sobre el microchip y listo.

Aunque si queremos ir un paso mas allá, siempre podemos poner un ventilador encima de la electrónica, para que ayude a su refrigeración en general. De esta forma aumentaremos la vida de nuestros componentes y evitaremos errores durante la impresión como perdidas de paso o micro atascos producidos por un sobrecalentamiento de algún componente.

Stealthchop y Spreadcycle

Estas dos características son únicas para los drivers tipo TMC y significan lo siguiente:

Stealthchop quiere decir que el drivers es muy silencioso, tanto que es mas fácil que escuches los ventiladores y rodamientos de la impresora antes que los propios motores. Y ademas, quiere decir que funciona con una corriente muy baja. Lo malo es que si la impresora se mueve muy rápido o de manera muy abrupta es mas fácil que se pierda alguna pequeña perdida de pasos, así que si usamos este modo, lo mejor es ser un poco mas conservadores con las velocidades de impresión.
Cuando hablamos de Spreadcycle, nos referimos al modo de operación normal de los drivers TMC. Aun siendo el modo normal de operación, prácticamente no producen ruido si los comparamos con unos Allegro o unos Texas intrument. Pero también existe la versión 2, que mejora notablemente la funcionalidad del spreadcycle y con ella las perdidas de pasos son prácticamente inexistentes.

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