Odporová píla

Článkov o výrobe odporových píl tu je niekoľko. Keďže pri každom je pomerne veľa otázok, tak som sa rozhodol napísať ešte jeden.

Predpokladám, že každý modelár, ktorý sa zaujíma o odporovú pílu je natoľko zručný, aby si jednu dokázal urobiť, veď stavba je naozaj jednoduchá. Je jedno, či si vyberie konštrukciu rámovej píly v s rámom v tvare písmena H (najbežnejší typ), vertikálnu alebo stolovú s gravitačným posunom. Google vyhodí napríklad tieto stránky:
https://www.svarbazar.cz/phprs/view.php?cisloclanku=2009041902
http://www.kolmanl.info/index.php?show=pila_odporova
http://www.monach.cz/dilna/odporove-pily-pro-rezani-eps-epp-a-xps

Prípadne priamo tu na portály:
https://www.rcportal.sk/hladaj/text/co/odporova-pila/kde/portal

Záujemca o odporovú pílu však zväčša nemá problém so samotnou stavbou, ale s tým, ako odporovú pílu "nakŕmiť elektricky". Buď sú postupy krkolomné, alebo nejasné a potom je fórum plné otázok, a tak sa pokúsim zhrnúť poznatky z píly, ktorú som si postavil ja. Nie je kompletný postup, zameriavam sa nie na samotnú konštrukciu ale na jej "elektrifikáciu".

Moje požiadavky
Pred stavbou som najprv premýšľal nad tým, čo vlastne potrebujem. Moje požiadavky boli tieto:
1) Malá ručná rámová píla, ktorú som však nechcel napínať klasicky manuálne ale strunou s tým, aby napínací mechanizmus zbytočne nezväčšoval pílu.
2) Chcel som jednoduchý a lacný regulovaný zdroj.
3) Chcel som mať poruke vypínač.

Konštrukcia
Keďže som chcel rozmerovo malú pílu, tak som sa rozhodol nerobiť rám v tvare písmena H ale iba obdĺžnika. Rozmer som si vybral tak, že som rozpažil ruky s metrom na vzdialenosť, ktorú som pokladal za ideálnu pre pohodlné držanie jednou osobou a vyšlo mi rozpätie 80 cm, čo bolo pre mňa dostatočné, keďže podľa zamýšľaných projektov potrebujem rozpätie tak do 70 cm a samotný plát polystyrénu má šírku 60 cm. V prípade potreby si môžem urobiť druhý rám, pre väčšie rezy.

V Hornbachu som si vybral dvojmetrový bukový hranol 15×30 cm. Prierez sa mi zdal dostatočný a bukové drevo som si vybral preto, že na mňa pôsobilo krajšie/príjemnejšie/kvalitnejšie ako smrekové, čo mali v ponuke, navyše vhodnejšieho prierezu. Teraz by som sa však asi rozhodol pre smrekové, kvôli tomu, že bukové drevo je tvrdšie. Navŕtanie pár šraubov síce nie je problém, ale drôt som chcel naplnúť na kovové oká so závitom, ktoré keď som zavŕtaval do hranola, tak som ich nakoniec zakaždým zlomil (napriek tomu, že som použil predvŕtanú dieru a kovové oko malo 6mm závit).


Po troch zlomených okách som nakoniec odporový drôt/napínaciu pružinu uchytil medzi podložky pritlačené klasickým šraubom. Tiež som musel zľaviť zo spevnenia spojov konštrukcie dlhým šraubom. Preto by som nabudúce zvolil smrekový hranol. Viac sa konštrukcii nebudem venovať.

Elektrifikácia píly
Toto je zaujímavejšia oblasť. Rozhodol som sa pre klasický odporový drôt. Dá sa zohnať v GME od 0,90 €/m https://www.gme.sk/odporove-droty-category-2083. Ja som kupoval na ebayi 7,5m za cca 3 € aj s dopravou. Zvolil som si nikel chrómový drôt (nichrome), keďže som k nemu našiel najviac informácií ohľadom odporu a teploty. Odporúčam pozrieť si tabuľku č. 2 na wikipedii https://en.wikipedia.org/wiki/Nichrome, kde človek ľahko vidí, aký prúd potrebuje na akú teplotu podľa hrúbky drôtu. Osobne som vyberal hrúbku 0,5 mm s odporom 5,5 Ω/m a tiež 0,3 mm s odporom cca 15,4 Ω/m ktorý som zatiaľ nepoužil a vyskúšam ho inokedy.

Na rezanie polystyrénu by mala byť vhodná teplota 200-300 °C, čo znamená, že by som mal zdroj dimenzovať na minimálne 2,1-2,8 A pri metrovom 0,5mm NiCr drôte s odporom 5,5 Ω/m. Pri tenšom drôte by malo stačiť 1-1,5 A (0,3mm s odporom cca 15,4 Ω/m).

Väčšina ľudí v návodoch neráta vôbec s prúdom ale len s napätím a píšu o tom, ako ho napájajú (ak vôbec). Tieto informácie sú však zavádzajúce, nakoľko platia pre ich typ a ich dĺžku odporového drôtu, pri inej dĺžke by už však malo byť použité iné napätie. Teplota je totiž primárne závislá od prúdu a napätie má byť odvodené od tohto prúdu a odporu drôtu, ktorý zase závisí od dĺžky a typu drôtu. Na odporovú pílu stačí použiť obyčajný oceľový drôt, či strunu z gitary. No pri týchto neviete akú teplotu pri akom prúde získate a neviete dopredu dimenzovať zdroj a musíte ísť metódou pokus-omyl. Keď môžem meter nichrome drôtu (pri ktorom poznám odpor a očakávané teploty) kúpiť pod euro, tak nevidím dôvod nepoužiť ho. Ale pokiaľ máte laboratórny zdroj, tak je to vlastne jedno a môžete experimentovať s čímkoľvek.

Na základe Ohmovho zákona mi teda vyšlo, že by som potreboval zdroj, ktorý by zvládal do 16 V pri 3 A (ako absolútne minimum 12 V pri 2 A). Rozmýšľal som, ako niečo také získať. Uvažoval som, že použijem nabíjačku LiPo batérií ale keďže moja na to nemá dedikovaný program a nechcel som riskovať, že ju odpálim pri pokusoch, tak som sa rozhodoval nad nejakým trafom a prípadným jednoduchým regulátorom. Regulovať by som mohol pomocou reostatu, ale výkonové reostaty stoja cez 30-40 €, na ebayi som našiel nejaké ktorý by mohli fungovať za 10-15 €. Kalkuloval som i so menšími rezistormi a reostatmi paralelne vedľa seba, ale úroveň regulácie by nebola dostatočná. Zaujímavá alternatíva je vyrobiť si vlastný reostat z odporového drôtu.

Najbežnejší jednoduchý lineárny regulátor napätia LM317 https://en.wikipedia.org/wiki/LM317 nezvláda očakávané prúdy, no nakoniec som našiel iné regulátory napätia a vybral som si tento:
http://www.ebay.com/itm/262459427526?_trksid=p2057872.m2749.l2649&ssPageName=STRK:MEBIDX:IT
Stojí cca 6 € a zvláda 5 A do 32 V, takže nadmieru postačuje. Existujú aj lacnejšie alternatívy, ale tento som si zvolil preto, že má displej, na ktorom môžem zobraziť tak napätie ako i prúd a zároveň dokáže regulovať tak napätie ako i prúd. To znamená, že keď si pre polystyrén a zvolený drôt nájdem prúd pri ktorom je ideálna teplota na rezanie, tak môžem zdroj používať na rôznych pílach s rôznou dĺžkou drôtu a vždy použije ten istý prúd (prispôsobí napätie dĺžke drôtu) a teda vždy budem mať rovnakú teplotu.

Počas hľadania regulátora prúdu (pre odporovú pílu je vhodnejší ako regulátor napätia) som zavrhol pôvodný plán použiť 12 V trafo a našiel som pre mňa lepšiu alternatívu. Mám doma starý notebook na vyhodenie. Pozrel som sa na adaptér k nemu a výstup do 65 W pri 19V. Super, to je úplne dostatočné. Stačí odrezať koncovku a použiť. No pozrel som si aj ďalšie adaptéry k notebookom, čo mám (alebo mám k nim prístup) a parametre podobné, len iná koncovka (Dell), ktorú by som však nechcel odrezať. Zase som pohľadal na ebayi a našiel som konektor pre koncovku z Dell adaptéra za 2 $ http://www.ebay.com/itm/261879359871?_trksid=p2057872.m2749.l2649&ssPageName=STRK:MEBIDX:IT . Trocha veľa na takú blbosť, ale stále málo, tak som ju objednal. Pripojil som ju k adaptéru a voltmetrom som zmeral konektory, aby som zaistil správnu polaritu a neodpálil regulátor. Nakoniec som pripájkoval k nej kus drôtu a pripojil podľa správnej polarity (plus na plus, mínus na mínus) k regulátoru a napájanie bolo vyriešené.


Takto mi stačí k píle pripojiť adaptér z notebooku a môžem rezať. Pokladám to za dobré a pohodlné riešenie. Navyše lacné - celá regulácia ma vyšla na cca 8 €, pričom adaptér môžem používať bez akejkoľvek úpravy na notebooku i v píle.

Poznámky
1) Keby som si mal takýto regulátor urobiť zo súčiastok, tak by ma to vyšlo drahšie.

2) V GME som našiel jednoduchý regulátor napätia za cca 5 € (na ebayi asi tak pod 3 €), ale predavač ma nakoniec od neho odhovoril, lebo si nebol istý, či ho môžem použiť (pôvodné trafo bolo striedavé, regulátor je na jednosmerný prúd, čo by riešilo iné trafo) a hlavne tvrdil, že za chodu ho nemôžem regulovať (čo si myslím nie je pravda, len to nebude presné). Premyslel som si to a nakoniec som našiel lepší regulátor.

3) Použil som vypínač medzi regulátorom a odporovým drôtom. Môžem si nastaviť požadované napätie aj pred samotným spustením píly. Mohol by som si nastavovať aj prúd, no bez záťaže na displeji nevidím aktuálne nastavenie (takže by som opäť musel použiť Ohmov zákon), ale to pri mojom použití nepredstavuje problém. Väčšina vypínačov v Hornbachu, kde som si ich vyberal bola na 0,5 A alebo 2,5 A. Myslím si, že 2,5 A by stačil, ale keďže som rátal, že budem skúšať prúd k 3 A, tak som si radšej vybral 10 A vypínač. Rovnako som si na vybral dostatočne hrubé vodiče - 1,5mm meď (zároveň sú dostatočne hrubú a držia mi regulátor aj bez toho, aby som ho akokoľvek pripevňoval). Radšej ich budem mať predimenzované ako poddimenzované.

Praktické skúsenosti
Keď som sa pokúšal zmerať odpor odporového drôtu, tak mi vychádzal trochu vyšší (6-6,3 Ω namiesto 5,5 Ω). Prakticky to nie je problém a môže to byť chyba merania (môj multimeter má problém merať takéto nízke odpory). Pri zahriatí drôtu sa navyše mení aj jeho odpor, zase pri regulovanom prúde to nie je problém (pri 1A mám na 70 cm odpor 4,3 Ω (4,3 V), pri 2,17 A (10 V) to vychádza na 4,6 Ω).

Pílu (s 0,5mm NiCr drôtom s 5,5 Ω/m - pri inom by to vychádzalo už pri nižších prúdoch) som začínal skúšať od nízkych prúdov 0,7A/3V. Tu sa drôt mierne zahrial, dalo sa ho dotknúť. Cez 1 A som sa ho už radšej nedotýkal. Pri 1,5 A sa mierne lepil na polystyrén. Pri 1,8 A už pomaly rezal polystyrén, pri 2 A ho rezal v pohode a pomerne rýchlo. Pri 2,2 A bol už možno príliš horúci ale ešte to budem testovať na EPS, a až to bude mať pre mňa smerodajné nastavenie. Pri 3 A som dokázal rezať penodosku (pena na štýl depronu obalená z oboch strán papierom) - papier na reze sčernal. Pri 3,4 A som prerezal aj drevené špáratko (išlo to ale pomaly).

Takže očakávané použitie bude predstavovať 2 A pri 9,2 V (18,4 W) pri 70 cm pracovnej časti 0,5mm NiCr odporového drôtu s odporom 5,5 Ω/m (reálny odpor po zahriatí a natiahnutí mi vychádza skoro 6,6 Ω/m, resp. 4,6 Ω na 70 cm).


Nabudúce sa môžem zamerať na šablóny na rezanie.