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在 DIY 3D 打印机设计中包含热熔断器是个好主意吗?

3D 打印应该是相对安全的,但是,3D 打印机的固有特性,包括所有加热部件,都构成了火灾风险。设计精良的 3D 打印机应该设计得尽可能安全,尤其是在家中使用的打印机……是的,建议在打印时始终观看 3D 打印机,切勿让打印件无人看管。然而,由于某些打印时间持续数小时和数天,这并不总是可行的,也不实用。因此,应该包括一些内置的安全功能,以至少在一定程度上减轻火灾风险。

  • 使用温度保险丝1,2是个好主意3吗?

  • 你会使用不止一种吗?

  • 应该在哪里放置温度保险丝?在空气中的特定组件或独立组件旁边,以获得平均而不是高度局部化的温度?

  • 温度保险丝应放置在哪些组件上?有很多地方可供选择,例如旁边:

    • 热点?
    • 加热床?
    • 挤出机?
    • 每个步进电机?
    • 电源呢?
    • RAMPS 步进电机驱动器?
  • 较小的进口,应该使用哪种类型4 ,径向还是轴向?

普通温度保险丝

有人在他们的 3D 打印机上添加了热熔断器吗?或者是否有人检查过商业 3D 打印机设计中热熔断器的放置位置(如果有的话)?


背景

我最近发现自己不得不在泰国修理电饭煲和电扇。在那些中,通常需要更换热熔断器(电饭煲的轴向热熔断器和风扇的方形“径向”类型的热熔断器),因为它们在设备变得足够热以致起火之前已经熔断。这让我想到了它们在 3D 打印机中的用途。


脚注

1我们不是在谈论标准的、可更换的、热熔断器或保险丝,它们会在电流浪涌、短路等情况下熔断。这些是包含金属连接器的热熔断器,在特定温度下(永久)熔化(通常约为 135°C),从而断开电路。

2我也不是指自恢复保险丝(AKA PPTC、multifuse、polyfuse 或 polyswitch)

3发生火灾时,温度保险丝是否比热熔断器更可取?

4电饭锅用的温度保险丝为轴流式,风扇电机为径向

我的热敏电阻在带有墨盒加热器的 24v 打印机上出现故障,并且在我注意到之前它变得足够热以烧毁 kapton 胶带。我的观点是,我不认为观看或使用当前的方法是一个好方法。我们使用的大多数加热器都能够燃烧一些东西,只要让它们保持 5a 即可。当然,您可以找到合适的加热器,它不会在满电流和无限时间的情况下超过您的温度,但是最初的加热会很糟糕。
抱歉,我阅读了脚注 1 并错过了“不是”。现在我们正在谈论那些融化的我有其他评论!上次我看的时候,我相信很难找到一个可以处理热端温度的,因此安装在加热器附近是不可能的,也许进一步加热中断,但您需要进行实验。我相信大多数火灾都来自电线,无论是在床上还是在控制器上,除非它已经着火,否则很难用保险丝接住。您最好使用烟雾探测器并关闭电源,或者在热端附近使用保险丝。
@tjb1 - 关于接线、热端和熔断器上方保险丝放置的优点。当您说*关闭电源*时,您是什么意思?自动,通过连接到电源开关的烟雾探测器?还是手动,听到警报?另外,我认为您的意思是热端附近的*热*保险丝(在您的最后条款中)。你想从你的评论中得到答案吗?然而,不可否认,汤姆的回答似乎已经涵盖了大部分要点……尽管任何*附加*点都是最受欢迎的……
我从来没有仔细看你是否能得到一个带有继电器电源的烟雾探测器。我相信你可以接入一个继电器并将继电器连接到蜂鸣器,但现在你依赖于你的工作,所以这取决于你。是的,最后我提到了热端上的保险丝,因为我认为这是唯一可能有用的地方,它需要放置在离加热器足够远的地方,以便在将热端加热到 200 时不要超过保险丝限制-300℃。它们的保温温度通常也远低于打开温度,我见过的保温温度为 200C,但直到 240C 才打开。

7个回答

是的,减少火灾几率的措施是个好主意。

在DIY项目中,这样的保险丝确实是个好主意。我使用打印机/软件/固件包来监控温度并在读数超出范围时无法打开(移除电流);但是,还有硬件保护(热敏开关)以防其他预防措施失败。

您是否应该使用温度保险丝取决于您采取了哪些其他安全措施。您不能孤立地看待打印机的安全功能,您需要查看其他措施是否到位。

不幸的是,打印机的主要火灾隐患(仍然)是一些制造商在其电路板上使用被低估的连接器,并且一些用户将裸线放入螺钉端子或在拧紧端子时使用的扭矩不足。当电线松动时,它开始产生电弧并烧毁连接器。在这种情况下,温度保险丝无济于事(除非您将温度保险丝放在所有连接器附近,这是不切实际的)。相反:

  • 正确拧紧螺钉端子,检查它们,并考​​虑使用正确的接线端子(压接接线片)。

  • 在电线上使用应力消除。确保电线不会摩擦任何东西,并引导它们,使其不会以很小的半径弯曲。由于挤出机(或打印床)不断移动,这些电线会受到疲劳。

  • 确保连接器(尤其是加热床的连接器)符合流经它们的电流的额定值,并在必要时将电线直接焊接到电路板上。

使用普通保险丝可以防止电线在绝缘层损坏时相互短路。保险丝通常已经集成到主板中。

大多数固件都包含一些热失控保护的变体,该功能可监控加热器并在发现问题时关闭打印机。这可以防止:

  • 热敏电阻松动/读取不正确的值/等...

但不反对:

  • 固件本身的错误

  • MOSFET 故障

大多数打印机使用 MOSFET 将电源切换到加热元件。不幸的是,当 MOSFET 发生故障时,它们通常会在关闭(即导通)时发生故障。这意味着,即使固件检测到出现问题,它也无能为力。固态继电器 (TRIAC) 也会以同样的方式发生故障。

为了防止这种情况发生,在加热床上安装一个温度保险丝(或可复位双金属开关*)可能是个好主意。但是,额定值高达热端工作温度的热熔断器似乎不可用,因此这不是一种选择。

将保险丝物理连接到它正在监控的部分是最可靠的,但例如对于热端(如果你想保护它),这对于所涉及的高温可能是不可行的,所以你必须解决监控附近的气温。

还要考虑热平衡。如果组件一开始就不会过热,则不需要温度保险丝。例如,大多数 MK2 加热床甚至难以达到 100C,因此即使 MOSFET 短路,它们也不存在危险。但是,如果您有强大的高功率(电源供电)加热床,则绝对应该安装热保护装置。

E3D 为其热端提供 25W、30W 和 40W 加热器。 25W 加热器是更安全的选择,因为它限制了热端可以达到的最高温度,而使用 40W 加热器可以达到更高的温度(并更快地达到它们)。除非同时出现 (1) 电源出现故障并开始提供过高电压以及 (2) MOSFET 和/或固件出现故障的极不可能情况,否则尺寸适合其驱动负载的加热器永远不会造成任何危险。

我认为在步进器、步进驱动器或电源(应该有自己的保护)上安装温度保险丝并不常见。对于放置温度保险丝的每个可能位置,您可能会想到一种故障模式,在这种模式下,保险丝可以挽救一天,但在某个时候它只是变得过分了。步进驱动器很可能会在步进器变得足够热以构成威胁之前烧毁,并且步进驱动器的过热可能会(猛烈地)摧毁它,但之后它不应该构成任何威胁。

轴向与径向无关紧要,只需使用适合您情况的任何东西。

* 请注意,某些双金属开关在跳闸时会将一根导线短接到(金属)外壳,这会带来危险,尤其是对于电源供电的加热器。

恕我直言 - 如果您寻求无人值守的消防安全,您会看到比测量或限制打印机组件温度更具体的工作。就它而言,这很好,当它起作用时,但它不像一个完整的解决方案。切断电源不会扑灭已发展为燃烧塑料等的火灾。合理的启动过电流保护。将打印机放在金属柜或水泥板衬里的壁橱(不可燃外壳)内,在该外壳的顶部添加一个热量和/或烟雾探测器,并安装它不仅可以切断打印机的电源,而且(鉴于事情已经严重到足以引发它)还引发了一种灭火装置(其有效性将通过外壳增强。)

一点点寻找发现(对于可预见的高价格,抱歉)确实存在带有“喷头”阀门的灭火器,用于这种类型的“现场抑制”工作,可以覆盖“点燃灭火器”无需任何权力即可完成工作的一部分。您仍然需要一个热探测器,它可以在外壳出现异常高温时关闭打印机的电源,并且您可能想要一个烟雾探测器也能做到这一点。

这可能代表了目前大约 0% 的实际安装,但如果发生严重故障,这将是降低风险的好方法。据推测,当前的风险分布看起来很像制造商所说的:

“建议在打印时,始终观看 3D 打印机,切勿让打印件无人看管。”

然后用户选择不这样做,将任何不良结果的责任归咎于用户不遵循制造商的建议,无论多么不切实际。

我有一个 Thing-O-Matic,它在热断路上方包括一个热熔断器。

对于我的自制打印机(大型 delta 机器),我在打印体积的顶部下方安装了一个烟雾警报器和一个火警警报器。这些连接在一起,给我一个 NO 和 NC 干触点。我的计划是将其连接到断电电路。我还没有找到在警报响起时用 CO2 气体或其他灭火器淹没整个机器(包括电子设备)的好方法。

我添加了一些关于可在 DigiKey 上购买的部件的附加信息:第一个是额定线电压为 10 A、152 C 的热熔断器。这适用于粘合到加热床上。 第二个额定在 260 C 时跳闸。这两个都低于 1.50 美元。

第二部分在 260°C 时*不会*跳闸,这是最大回流温度。它实际上在 210°C 时跳闸,典型值。几乎不可能从信誉良好的供应商(即不是 eBay)那里找到具有足够高的热端跳闸温度的 TCO。
@SiHa 感谢您的仔细检查。我再看看规范。如果没有可以直接用在热端的温度保险丝,也许在热断路的冷端放一个温度较低的保险丝还是有帮助的?
我只是检查因为它让我兴奋,几个月前花了好几个小时寻找这样的项目:)

我还没有找到在警报响起时用 CO2 气体或其他灭火器淹没整个机器(包括电子设备)的好方法。

将伺服器或其他执行器连接到灭火器,然后将其连接到热电偶或其他传感器。也许是仿冒的 Arduino,其中小的 2 美元一个流行音乐。由于 Arduinos 是开源的,所以你没有盗版任何东西,所以问心无愧。

我听说有人在他们的打印机上方放置了自激活灭火球。不确定这些东西是否真的有效,但值得调查。

是的,您应该使用温度保险丝。但只是为了保护电路板本身免受过热情况的影响。然而,PTC 保险丝;是没有。

PTC自恢复保险丝第一次跳闸后,很长一段时间都不会恢复到原来的低阻抗状态。有时数小时,有时数天,有时数年。由于即使系统未处于过热状态,它也能保持较高的电阻,因此下次保险丝会更快地跳闸。这可能会在打印或其他操作期间导致误报。

由于工作电流可能高于 PPTC 的保持电流,因此即使在电源仍然流动的情况下单独排除故障,也不会发生复位。设备可能无法恢复到原来的电阻值;它很可能会稳定在显着更高的电阻(高达初始值的 4 倍)。设备可能需要数小时、数天、数周甚至数年才能恢复到与其原始值相似的电阻值(如果有的话)。

https://en.wikipedia.org/wiki/Resettable_fuse

目前,我正在研究霍尔效应电流传感器和一些电路的使用。根据电流的持续时间和大小,对一个小电容器充电。当达到阈值(由电压比较器确定)时,将撤回电源以让电容器放电(并且加热元件冷却)。这应该可以防止加热元件达到高于可配置最大值的温度。

PPTC或polyfuse*不是*热熔断器,尽管(令人困惑)它们确实由于过电流导致的温度升高而工作,而热熔断器由于*外部*温度升高而工作。 PPTC 确实会*重置*自己(随着时间的推移),尽管具有不同的阻抗,但它们仍然会重置自己。 [热熔断器](https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_cutoff#Thermal_fuse) 是一次性使用,*断*,开路,需要更换。所以“不,你不应该使用温度保险丝”这行似乎有点误导(可能是危险的建议)。不过其他都还好。

我要为我的打印机设置这个: 3D 打印机安全关机 - 烟雾探测器

3D Printer Safety Shutdown - Smoke Detector - Photo

3D Printer Safety Shutdown - Smoke Detector - Diagram

看起来是防止火灾的一个很好的解决方案。

欢迎来到 3D 打印 SE。我们期待着您的许多贡献和问题。如果它包含有关您链接到的内容的信息,这将是一个更好的答案。链接来来去去,但我们希望答案永远存在。
@cmm - 我已经用链接中的*一些*相关信息更新了答案。不过,它可能需要更多一点..?

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