برش دهنده یا کاتر فوم خانگی با استفاده از ماسفت IRF540N

استایروفوم و پلی استرن به دلیل وزن سبک، هزینه بسیار پایین و همچنین سهولت استفاده در بعضی پروژه های نفس گیر یکی از کارآمدترین متدهای مدل سازی در میان جامعه سازندگان به حساب می آیند.

اما کار با استایروفوم اغلب به تعداد زیادی ابزار و المنت حرارتی نیاز دارد که معمولا برای افراد مشتاق یا کسانی که صرفا برای سرگرمی قصد ساخت این دستگاه را دارند، گران قیمت و دور از دسترس است. بهترین گزینه این است که خودمان یک ابزار برش استایروفوم بسازیم.

از آنجاییکه اغلب آموزش های موجود در اینترنت، متدولوژی استفاده از یک منبع تغذیه فیکس و ثابت را دنبال میکنند، تجربه کاربر به طول سیم محدود میشود. پس در این آموزش، با استفاده از نیکروم، یک ابزار برش فوم قابل حمل میسازیم.

قطعات موردنیاز برای ساخت برش دهنده یا کاتر فوم با سیم داغ

1. سیم نیکروم
2. ماسفت IRF540N
3. گرماگیر یا هیت سینک IRF540N
4. پتانسیومتر 100 کیلواهمی
5. مقاومت 10 کیلواهمی
6. 2 عدد سلول باتری لیتیوم یون 3C 18650
7. محافظ باتری 2S 3A BMS
8. سوئیچ تاگل
9. جک مادگی DC
10. ورق های اپوکسی
11. شیلد حرارتی
12. 2 عدد پیچ M5 و مهره

اجزا برش دهنده یا کاتر فوم الکتریکی

دو مورد از مهم ترین قطعات کاتر فوم، سیم نیکروم و ماسفت IRF540N هستند.

سیم نیکروم

المنت گرمایی یا حرارتی استفاده شده در این پروژه، یک سیم نیکروم است. نیکروم، آلیاژی است که به طور عمده از نیکل و کروم و مقداری آهن ساخته شده است. این آلیاژ در تقریبا تمام دستگاه های حرارتی مانند توسترها، هیترهای اتاق و کتری های برقی استفاده شده است. ما در این پروژه سیم نیکروم با طولی درحدود 10 تا 15 سانتی متر را به کار خواهیم برد. این سیم، حرارت و دمای کافی برای برش فوم را فراهم کرده و همچنین تضمین میکند که جریان کشیده شده، مقدار محدودی دارد و در حد توانایی باتری ماست.

ماسفت IRF540

برای کنترل موثر و کارآمد جریان عبوری از سیم و درنتیجه کنترل دمای آن، از ماسفت IRF540 استفاده میکنیم. با کنترل ولتاژ ترمینال گیت ماسفت توسط یک پتانسیومتر، میتوان به راحتی جریان گذرنده از دو ترمینال دیگر ترانزیستور یعنی سورس و درین را کنترل کرد. در قسمت شماتیک، درمورد ماسفت IRF540 با جزئیات بیشتری بحث خواهیم کرد. شما همچنین میتوانید برای مطالعه بیشتر به پروژه های پیشین ما درمورد سوئیچ ماسفت مراجعه کنید.

میتوان عملکرد قطعات کاتر فوم را مطابق ویدیو زیر درنظر گرفت:

مدار اتصال کاتر یا برش دهنده فوم خانگی

مداراتصال کامل کاتر فوم قابل حمل خانگی در تصویر زیر نشان داده شده است. توضیحات مدار نیز به شرح زیر است:

مدار کامل میتواند به دو بخش ساده تقسیم شود. این بخش ها به شرح زیر هستند:

مانیتورینگ باتری و واحد تغذیه

این بخش مسئول مدیریت 18650 سلول است. از آنجاییکه این سلول ها به صورت سری به هم وصل شده اند، باید در تعادل سلولی باقی مانده و در ولتاژهای یکسانی نگاه داشته شوند. علاوه بر این موارد، نیاز است که جریان کشیده شده از سلول ها را محدود کنیم تا از بیش از حد گرم شدن قطعات جلوگیری شود.

میتوانید با مراجعه به این لینک، به درک عمیق تری از بالانس باتری (تعادل سلولی) و عملکرد BMS دست یابید.

ماژول BMS تمام عملیات زیر را آسانی انجام میدهد. اتصالات زیر نیز به راحتی قابل اجرا هستند:

• با اتصال پایانه مثبت یک سلول به پایانه منفی سلول دیگر، دو سلول را به صورت سری به هم متصل کنید.
• این نقطه اتصال را به ترمینال MB ماژول BMS متصل کنید.
• ترمینال منفی سلول اول را به ترمینال علامت گذاری شده با -B ماژول BMS  متصل کنید.
• ترمینال مثبت سلول دوم را به ترمینال علامت گذاری شده با +B ماژول BMS متصل کنید.
• ترمینال های +P و -P ماژول BMS را به ترتیب به ترمینال های مثبت و منفی جک مادگی DC متصل کنید. این عمل به ما اجازه میدهد تا 18650 سلول را از طریق جک DC با منبع تغذیه مناسب شارژ کنیم.

حال میتوانیم یک سوئیچ را به ترمینال مثبت جک DC متصل کنیم. این سوئیچ، سوئیچ اصلی برای کنترل دستگاه ما خواهد بود.

همچنین یک سیم از ترمینال زمین جک DC بکشید. این سیم میتواند برای اتصال قطعات واحد دوم یعنی واحد کنترل جریان استفاده شود.

واحد کنترل جریان

همانگونه که میتوان از تیتر این پاراگراف دریافت، این بخش از مدار، مقدار جریان عبوری از سیم نیکروم را کنترل میکند. این واحد در واقع با کنترل جریان عبوری، مقدار گرمای تولید شده توسط دستگاه را کنترل میکند.

ما اینکار (کنترل جریان عبوری و دما) را با استفاده از یک ماسفت IRF540N انجام میدهیم. IRF540N، یک ماسفت کانال  N است. این ماسفت همچنین یک دستگاه با ولتاژ کنترل شده است که به منظور کنترل جریان عبوری استفاده میشود. با تغییر ولتاژ ترمینال گیت، میتوان جریان گذرنده بین ترمینال های سورس و درین را تغییر داد.

برای کنترل ولتاژ ترمینال گیت ماسفت، میتوان به راحتی و با استفاده از پتانسیومتر 100 کیلواهمی یک مدار تقسیم کننده ولتاژ ساخت.

با استفاده از مدار تقسیم کننده ولتاژ، جریان گذرنده از باتری (که به ترمینال درین متصل است) به بار (که به ترمینال سورس متصل است) را کنترل میکنیم.

ساخت ابزار برش دهنده یا کاتر فوم با سیم داغ خانگی و دستی

پرینت قاب

برای قرار دادن تمام قطعات الکترونیکی و همچنین منبع تغذیه در یک محفظه نیاز داریم که ابتدا قاب، درب آن و همچنین یک دستگیره یا ولوم برای پتانسیومتر را به صورت سه بعدی چاپ کنیم.

فایل های STL پروژه، در این مطلب قرار داده شده اند. توصیه میشود که آن ها را با PLA و با پرشوندگی یا تراکم داخلی 20 درصد چاپ کنید.

میتوانید فایل STL را با مراجعه به این لینک دانلود کنید.

پیش نمایش اسلایسر فایل های سه بعدی:

برش ورق اپوکسی:

برای نصب سیم نیکروم، از ورق های اپوکسی که محکم بوده و دارای تلورانس دمایی کافی هستند، استفاده میکنیم.

ورق اپوکسی را با ابعاد داده شده برش دهید:

حال میتوانید با استفاده از دریل، در دو طرف ورق سوراخ ایجاد کرده تا پیچ های M5 به همراه سیم نیکروم خود را نصب کنید. به یاد داشته باشید که به هر دو ترمینال سیم نیکروم، سیم اضافه کنید. پس از انجام این مرحله، دستگاه شما مانند تصویر زیر به نظر خواهد رسید:

نصب قطعات الکترونیکی:

براساس شماتیک و مداراتصال داده شده و با دقت، مدار را لحیم کرده و تمام قطعات الکترونیکی را دورن قاب چاپ سه بعدی قرار دهید.

گام نهایی:

به راحتی درب محفظه را بسته و ولوم یا دستگیره چاپ سه بعدی پتانسیومتر را وصل کنید. با انجام این مرحله، پروژه شما کامل شده و حال میتوانید به راحتی با روشن کردن کلید، کاتر یا برش دهنده استایروفوم خود را به کار بیندازید.