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Guía básica de drivers de impresoras 3D

¡Hola Machine Bros!
Hoy vamos a darte una guía básica sobre los drivers de motores paso a paso de impresoras 3D.

Los drivers son una pieza fundamental en el funcionamiento de una impresora 3D ya que, a través de estos, el microcontrolador controla los motores paso a paso que son los encargados de realizar los movimientos en los diferentes ejes de la impresora.

En nuestro nuevo comparador de impresoras puedes ver cual driver posee una impresora 3D, si son los nuevos drivers silenciosos TMC2209, o los antiguos controladores A4988 que generaban bastante ruido. Hay que tener en cuenta que, en algunos casos, el fabricante no provee información de los drivers de sus impresoras 3D.

Sin más preámbulos empecemos hablando de que es un motor a paso.

¿Que son los motores paso a paso?

Son dispositivos electromecánicos que convierten impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de girar una cantidad de grados (pasos) dependiendo de sus entradas de control.

Estos motores no poseen escobillas, su funcionamiento consiste en un conjunto de bobinas que, al ser alimentadas eléctricamente, dependiendo de la intensidad y cuales bobinas se alimentan, el rotor gira determinados grados.

Esto realmente es un poco más complejo, por ende, requiere cálculos complejos para poder moverse determinados pasos (o grados), e incluso es posible mover el rotor micro pasos, pero para que todo esto sea posible entra en juego los famosos stepper drivers.

Motor paso a paso de impresora 3D
Motor paso a paso de impresora 3D

Que es un driver de motor paso a paso

La función de un driver para el control de un motor a paso es generar todas las señales necesarias para el funcionamiento del motor, y además añade las protecciones necesarias de temperatura y corriente.

Cómo lo habíamos mencionado con anterioridad, el driver es utilizado por el microcontrolador, para controlar el motor paso a paso y una de las ventajas de estos drivers es que solo se necesita dos puertos del microcontrolador para comunicarse con ellos.

Existen varios métodos de comunicación entre el controlador y el driver: Step/Direction, UART, SPI. Más adelante te hablaremos un poco de ellos.

En el mundo de los drivers de impresoras 3D, podemos encontrar dos tipos de drivers, los plug & play y los de bajo nivel.

Drivers de motores paso a paso Plug & Play

Son drivers que se pueden conectar directamente a la PC, generalmente por cable USB.

Estos se pueden controlar y programar directamente por medio de software y, además, pueden funcionar sin más electrónica, es decir, pueden funcionar de manera independiente, requiriendo solamente la alimentación como elemento extra.

Stepper driver plug and play ARCUS PMX-4EX-SA
Stepper driver plug and play ARCUS PMX-4EX-SA

Estos drivers no se utilizan en las impresoras 3D que se encuentran en el mercado, pero pueden ser utilizados por makers para hacer proyectos personales de impresión o control de ejes.

Drivers de motores paso a paso de bajo nivel

Estos son los que encontrar más frecuentemente en las impresoras 3D. Estos drivers requieren de señales básicas de control y para funcionar, se necesita electrónica adicional como microcontroladores, esto quiere decir que forman parte de un sistema embebido, no se utilizan de manera independiente.

Muchos fabricantes de placas electrónicas para impresoras 3D FDM establecieron un estándar en la forma que se conectan físicamente estos drivers, suele consistir en un zócalo de 2 tiras de 8 pines.

Stepper driver de bajo nivel, presentación de 16 pines (2x8)
Stepper driver de bajo nivel, presentación de 16 pines (2×8)

Existen diversas prestaciones y especificaciones que poseen estos drivers, nombraremos a continuación lo más básico:

  • Voltajes de operación: Este dato nos suele indicar el rango de voltajes con los que es capaz de alimentar el motor
  • Corriente de salida máxima por bobina: La corriente máxima que es capaz de suministrar de manera continua a cada bobina del motor
  • Micropasos disponibles: Como bien comentábamos al comienzo, estos motores se mueven por pasos, un paso completo se le conoce como full step, la cuestión está en que los drivers más avanzados logran dividir estos pasos en micro pasos, obteniendo movimientos más pequeños y precisos, por ejemplo: 1/8, 1/16, 1/32, llegando incluso algunos a 1/256.
  • Método de comunicación y control: Usualmente hablamos de tres métodos de comunicación.
    • Step/Direction (Step/Dir): Este es el método de comunicación más simple, el microcontrolador se comunica con el driver, pero no al revés, lo que implica que algunas tecnologías y sistemas de seguridad no se puedan utilizar, ya que el driver no es capaz de enviar información al microcontrolador.
    • UART: Este método de comunicación sí permite la comunicación en ambos sentidos, es decir, el driver si puede comunicarse con el microcontrolador.
    • SPI: Al igual que ocurre con UART, este método de comunicación es bidireccional.

NOTA: Seguramente te estas preguntando la diferencia entre UART y SPI, simplemente son métodos de comunicación distintos, depende más que todo de la compatibilidad comunicacional entre el microcontrolador y el driver (aunque en un sentido más técnico, SPI es un protocolo y UART es un hardware). Pero ambos métodos de comunicación son considerados inteligentes y permite el uso de tecnologías avanzadas patentadas (las cuales hablaremos más adelante).

  • Mecanismos de seguridad: Son mecanismos para brindar protección a la electrónica y a los motores. Esto se logra supervisando y controlando como, por ejemplo, sobretemperaturas, sobrecorrientes y cortocircuitos.
  • Patentes tecnológicas: Aunque más adelante hablaremos un poco más de esto, debes saber que compañías como Trinamic cuenta con patentes tecnológicas interesantes, por ejemplo StealthChop, la tecnología que ha permitido silenciar enormemente el ruido generado por nuestras impresoras 3D.

Drivers de motores paso a paso que poseen las impresoras 3D

A continuación, mostraremos en orden cronológico de aparición los drivers para impresoras 3D:

Driver A4988

Driver de motor paso a paso A4988
Driver de motor paso a paso A4988

El boom de las impresoras 3D caseras FDM inició con este driver, el cual alcanzó tremendos niveles de popularidad, tanto para su uso en impresoras 3D como en otro tipo de equipos que utilizan motores paso a paso, por ejemplo, las CNCs y plotters. No existía maker que no conociera la existencia de este driver.

Especificaciones técnicas del driver A4988

  • Driver: A4988
  • Voltajes de operación: 8V a 32V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 1A
  • Micropasos disponibles: 1/16
  • Método de comunicación y control: Step/Dir
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.

Las siguientes son algunas impresoras 3D que poseen el driver A4988:

Driver DRV8825

Driver de motor paso a paso DRV8825
Driver de motor paso a paso DRV8825

Luego aparecieron estos drivers con ciertas mejoras respecto al A4988. Este driver era capaz de trabajar con voltajes más altos, mayores corrientes y con capacidad de brindar micropasos menores.

Especificaciones técnicas del driver DRV8825

  • Driver: DRV8825
  • Voltajes de operación: 8.2V a 45V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 1.5A
  • Micropasos disponibles: 1/32
  • Método de comunicación y control: Step/Dir
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.

Driver LV8729

Driver de motor paso a paso LV8729
Driver de motor paso a paso LV8729

Este driver posee la capacidad de trabajar con micropasos de hasta 1/128. Además, se presenta como una opción para silenciar el ruido que generan las impresoras 3D, manteniendo una buena relación calidad/precio.

Especificaciones técnicas del driver LV8729

  • Driver: LV8729
  • Voltajes de operación: 6V a 36V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 1.5A
  • Micropasos disponibles: 1/128
  • Método de comunicación y control: Step/Dir
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.
  • Patentes tecnológicas: Este es un driver silencioso

Drivers de motores paso a paso TMC

Actualmente los drivers de Trinamic Motion Control son los más populares en el mundo de la impresión 3D ya que poseen muy buenas prestaciones técnicas y patentes tecnológicas muy útiles, como la disminución del ruido, disipación de calor, entre otras.

Los drivers TMC más utilizados en impresoras 3D son los TMC2208, TMC2209, TMC2225, TMC2226, y TMC2660.

A continuación, te mostraremos las especificaciones técnicas básicas de estos drivers:

Especificaciones técnicas del driver TMC2208

Driver de motor paso a paso TMC2208
Driver de motor paso a paso TMC2208
  • Driver: TMC2208
  • Voltajes de operación: 5V a 36V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 1.4A
  • Micropasos disponibles: 1/256
  • Método de comunicación y control: Step/Dir, UART
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.
  • Patentes tecnológicas: StealthChop (Silencioso), SpreadCycle, MicroPlyer.

Las siguientes, son algunas impresoras 3D que poseen el driver TMC2208:

Especificaciones técnicas del driver TMC2209

Driver de motor paso a paso TMC2209
Driver de motor paso a paso TMC2209
  • Driver: TMC2209
  • Voltajes de operación: 5V a 28V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 2A
  • Micropasos disponibles: 1/256
  • Método de comunicación y control: Step/Dir, UART
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.
  • Patentes tecnológicas: StealthChop (Silencioso), SpreadCycle, MicroPlyer, StallGuard, CoolStep.

Las siguientes, son algunas impresoras 3D que poseen el driver TMC2209:

Especificaciones técnicas del driver TMC2225

Driver de motor paso a paso TMC2225
Driver de motor paso a paso TMC2225
  • Driver: TMC2225
  • Voltajes de operación: 5V a 36V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 1.4A
  • Micropasos disponibles: 1/256
  • Método de comunicación y control: Step/Dir, UART
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.
  • Patentes tecnológicas: StealthChop (Silencioso), SpreadCycle, MicroPlyer, posee mejor disipación de calor.

Las siguientes, son algunas impresoras 3D que poseen el driver TMC2209:

Especificaciones técnicas del driver TMC2226

Driver de motor paso a paso TMC2226
Driver de motor paso a paso TMC2226
  • Driver: TMC2226
  • Voltajes de operación: 5V a 29V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 2A
  • Micropasos disponibles: 1/256
  • Método de comunicación y control: Step/Dir, UART
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.
  • Patentes tecnológicas: StealthChop (Silencioso), SpreadCycle, MicroPlyer, StallGuard, CoolStep, posee mejor disipación de calor.

Una impresora 3D que utiliza este driver es la Biqu BX

Especificaciones técnicas del driver TMC2660

Driver de motor paso a paso TMC2660
Driver de motor paso a paso TMC2660
  • Driver: TMC2660
  • Voltajes de operación: 5V a 30V
  • Corriente de salida máxima por bobina: 2.8A
  • Micropasos disponibles: 1/256
  • Método de comunicación y control: Step/Dir, SPI
  • Mecanismos de seguridad: Sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito.
  • Patentes tecnológicas: SpreadCycle, MicroPlyer, StallGuard, CoolStep.

Algunas impresoras 3D que utilizan el driver TMC2660 son:

Diferencias entre los drivers TMC

Los TMC2208 y TMC2209, cuentan con funcionalidad silenciosa, siendo el TMC2209 más avanzado que el TMC2208, ya que el TMC2209 posee más funcionalidades, además, soporta más corriente.

Las características y funcionalidades de los TMC2225 y TMC2226 son prácticamente las mismas que del TMC2208 y TMC2209 respectivamente. La diferencia es que los TMC2225 y TMC2226 son mejores disipando el calor que los TMC2208 y TMC2209. Entonces podríamos decir que el TMC2225 es un TMC2208 que disipa mejor el calor (pero abarca más espació), y el TMC2226 es un TMC2209 que disipa mejor el calor (pero también abarca más espació).

Cuando el fabricante de la impresora 3D necesita una mejor disipación de calor recurren al TMC2225 y TMC2226.

El TMC2226 es más avanzado que el TMC2225.

El driver TMC2660, es el driver que más corriente soporta de los mencionados con anterioridad, por esta razón solemos encontrar este driver en impresoras 3D más grandes, que requieren utilizar motores con mayor torque.

Marcas más famosas de fabricantes de drivers de impresoras 3D

  1. TMC (Trinamic Motion Control): La compañía alemana que produce los drives que actualmente son los más populares en las impresoras 3D, entre ellos los TMC2208, TMC2209, TMC2225, TMC2226 y TMC2660.
  • Pololu / Allegro Microsystems: La compañía estadounidense Polulo produce unas tarjetas que llevan el driver A4988 de Allegro. Estos drivers fueron prácticamente los protagonistas de la masificación de impresoras 3D.
  • Pololu / Texas Instruments: Nuevamente Polulo, produce unas tarjetas que llevan el driver DRV8825 de Texas Instruments. Estos drivers llegaron al mercado buscando presentar una alternativa con determinadas mejoras respecto al famoso A4988.

Cuáles son los drivers más utilizados en impresoras 3D

En función a la base de datos que manejamos en nuestro comparador de impresoras, podemos hacer un pequeño ranking de los drivers más utilizados actualmente, esto basado en la información compartida por los fabricantes.

  1. TMC2209
  2. TMC2660
  3. TMC2225
  4. A4988
  5. TMC2208

Nota: Es importante tener en cuenta que, algunos fabricantes no revelan información sobre los drivers que tienen en sus impresoras 3D.

Modificar la potencia de los drivers en impresoras 3D

La potencia que le vamos a suministrar a nuestros motores a paso puede ser modificada con un potenciómetro que traen los drivers.

Este ajuste dependerá del driver y el motor utilizado.

Sí utilizas un driver configurado en el modo inteligente (UART o SPI), este valor puede ser ajustado de manera digital, a través de Gcode, pero recuerda que este valor de igual forma se verá limitado por el potenciómetro, por lo tanto, igual debes asegurarte de que el potenciómetro no esté en el mínimo valor.

Potenciometro del driver TMC2209
Potenciometro del driver TMC2209

Sí configuras baja potencia, el motor podría perder pasos. Si configuras mucha potencia el motor tendrá más torque, pero el motor y el driver se sobrecalentarán, poniendo en riesgo a ambos, y de igual forma por el recalentamiento podrías llegar a perder pasos.

Lo ideal es que averigües en foros y en la web de fabricantes cual es el valor óptimo para tu impresora 3D, ya que, en función a las características mecánicas y eléctricas de tu impresora, este valor puede cambiar.

La idea es utilizar un valor donde los motores no pierdan pasos y no sobrecalientes los motores.

También es necesario tener mucho cuidado al ajustar el potenciómetro, ya que accidentalmente podrías provocar un cortocircuito.

Más adelante puede que hagamos un artículo sobre esto, pero por ahora, existen varios tutoriales y videos que explican como ajustar los potenciómetros de forma correcta.

Tecnologías y patentes de los drivers de TMC

StallGuard: Esta tecnología permite medir el consumo del motor, logrando así aplicar un método conocido como “Sensorless Homing”. Esto quiere decir que somos capaces de aplicar un autohome (enviar al origen todos los ejes) sin tener que utilizar ningún switch mecánico.

Cuando los ejes llegan al origen y mecánicamente no pueden avanzar más, el driver es capaz de interpretar esto como la posición cero de cualquiera de los ejes. Aunque para esto es necesario que el sistema mecánico de la impresora sea robusto, firme y estable.

CoolStep: Al igual que con StallGuard, con CoolStep somos capaces de medir el consumo del motor sin ningún sensor adicional. Pero en este caso, CoolStep busca es administrar de manera correcta la corriente, suministrando menos corriente cuando la carga es menor, es decir, suministra la corriente adecuada para determinados momentos, logrando reducir el calor generado en los motores hasta en un 80%.

StealthChop: Probablemente esta sea la tecnología más popular de Trinamic Motion Control, ya que fue gracias a ella que logramos silenciar nuestras impresoras 3D, esto marcó un antes y un después en el mundo de la impresión 3D por FDM.

Lo interesante es que Trinamic logró reducir el ruido de los motores sin perjudicar el torque, sino que además logró brindar movimientos más suaves.

SpreadCycle: Esta tecnología incrementa la eficiencia energética, además que nos brinda unas transiciones y movimientos más suaves, en especial cuando debemos reducir la aceleración a cero.

DcStep: Con DcStep somos capaces de obtener un torque extra reduciendo la velocidad en casos donde existan aumentos repentinos y bruscos de la carga, asegurándonos así de no perder pasos del motor.

MicroPlyer: Gracias a MicroPlyer somos capaces de obtener micro pasos hasta de 1/256, ya que MicroPlyer se encarga de interpolar dichos pasos.

SensOstep: Esta tecnología va acompañada de un hardware extra que debemos instalar a nuestros motores.

Es un sensor que nos permite detectar la perdida de pasos, reduciendo así el margen de error.

Tecnología SensOstep
Tecnología SensOstep

Impacto del driver en el puntaje del comparador de impresoras 3D

Si entras en nuestro comparador de impresoras 3D, notarás que cada impresora 3D tiene un puntaje, el cual está en función de las especificaciones técnicas de estas.

Anycubic Kobra Plus Especificaciones técnicas
La Anycubic Kobra Plus tiene un puntaje de 72

El driver utilizado en una impresora 3D también se tiene en cuenta a la hora de obtener el puntaje de una impresora, es decir, si comparamos dos impresoras de iguales características, pero una impresora posee el driver A4988 y la otra impresora el TMC2209, nuestro comparador le asignará un puntuaje mayor a la impresora con el TMC2209, ya que este driver es más avanzado, así como lo hemos visto y estudiado en este artículo.

El problema es que no todos los fabricantes explican o detallan que driver posee su impresora 3D, así que es posible que alguna impresora lleve algún buen driver, pero nunca lo hayan indicado, en este caso, la impresora que no posee la información del driver perderá algunos puntos.

De todas maneras, en nuestro comparador, aunque sí influye el driver al momento de asignarle una puntuación a la impresora 3D, la realidad es que no tiene un gran impacto en el puntaje como otros parámetros (por ejemplo, la temperatura que es capaz de alcanzar el extrusor o el precio). Ya que somos consciente que en muchas ocasiones los fabricantes no brindan toda la información técnica, y para algunas impresoras, es bastante complejo obtener esta información.

Conclusiones sobre la guía básica de drivers de impresoras 3D

Ahora ya conoces un poco más de los drivers de las impresoras, y que función cumplen.

Entenderás que son parte fundamental de estos equipos, y que gracias a ellos es que contamos con la tecnología como para silenciar nuestras impresoras 3D, obtener movimientos más suaves y fluidos, menor consumo energético, micro pasos más pequeños, la capacidad de hacer un autohome sin switches físicos, entre otras.

Recientemente publicamos otro artículo relacionado a nuestro comparador y los accesorios para las impresoras, ya que nuestro comparador muestra los accesorios compatibles para algunas impresoras, si quieres darle un vistazo te dejamos el enlace a continuación. Los mejores accesorios para tu impresora 3D.

Si te estas iniciando en la impresión 3D, o ya estas familiarizado con la misma, estos tres artículos pueden serte de mucha utilidad:

  • Guía avanzada de Simplify3D para todos aquellos que están buscando superar las barreras y limitaciones que puedan ofrecer los Slicer, y conseguir imprimir modelos espectaculares.

Cualquier duda que tengas no dudes en dejarla en nuestra sección de comentarios, al igual que cualquier aporte o sugerencia que desees hacer, estamos aquí para crecer juntos en este maravilloso mundo de la impresión 3D.

Saludos.

¡Hasta pronto Machine Bros!

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