หัวแร้ง Induction ต่างจากหัวแร้งธรรมดาอย่างไร?

หัวแร้งทั่วไปใช้ Resistive Heater สร้างความร้อนแล้วส่งผ่านวัสดุไปยังปลายหัวแร้ง ส่วน RF Induction Soldering Iron ใช้พลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงทำให้เกิดความร้อนใกล้ปลาย Cartridge จึงลดระยะทางการส่งผ่านความร้อน และตอบสนองต่อภาระความร้อนจากจุดบัดกรีได้รวดเร็ว

Cartridge ที่ควบคุมด้วย Curie Point มีชั้นวัสดุซึ่งเปลี่ยนคุณสมบัติทางแม่เหล็กเมื่อใกล้ถึงอุณหภูมิที่ออกแบบไว้ ทำให้การรับพลังงาน RF ลดลง และกลับมาเพิ่มขึ้นเมื่อปลายหัวแร้งเย็นลง

จุดเริ่มต้นของ Frank Zhao กับ Hot-Wand

Frank Zhao สนใจงาน Electronics และ Robot Combat จึงมีโอกาสใช้หัวแร้ง RF ของ Metcal และพบโครงการ RadioThermal ที่งาน Open Sauce หลังจากนั้นเขาศึกษางาน Reverse Engineering ของ SergeyMax ซึ่งนำแนวทางหัวแร้ง Metcal มาพัฒนาเป็นวงจร DIY

ข้อจำกัดของโครงการต้นแบบคือส่วนวงจรรับไฟ AC และชิ้นส่วนบางรายการที่หาซื้อยาก Frank จึงพัฒนาระบบรับไฟใหม่โดยใช้ USB-PD และ XT30 สำหรับแบตเตอรี่หรือ DC Supply พร้อมเพิ่มระบบป้องกันและออกแบบให้พกพาสะดวก

อ่านเรื่องราวฉบับเต็มจาก Frank Zhao: Hot-Wand the RF Soldering Iron

Hot-Wand 13.56 MHz รุ่นหลัก

Hot-Wand รุ่นหลักต่อยอดจากวงจร RF ของ SergeyMax และใช้ F-type Connector สำหรับ Handpiece กลุ่ม 13.56 MHz ที่ตรงตามข้อกำหนด เช่นบางรุ่นของ Metcal, Thermaltronics และ Hakko

ผู้สร้างใช้ STM32F042F6P6 สำหรับระบบ Firmware พร้อมจอ OLED 128×32, Power Modes, Fault Detection, Sleep และการจัดการพลังงาน

Hot-Wand Lite 470 kHz รุ่นประหยัด

รุ่น Lite ใช้แนวคิดจากโครงการ RadioThermal โดยใช้ RF 470 kHz และ SMA Connector ส่วนการปรับระดับกำลังทำผ่าน Jumper จึงมีวงจรเรียบง่ายกว่ารุ่น 13.56 MHz

อย่างไรก็ตามผู้สร้างระบุว่ากลุ่มอุปกรณ์ 470 kHz มีอะไหล่บางรายการหายาก และการปรับจูนวงจรค่อนข้างยุ่งยาก จึงไม่แนะนำให้เริ่มสร้างจากรุ่น Lite เพียงเพราะคิดว่าจะประกอบง่ายกว่า

USB-PD และ XT30 ช่วยให้หัวแร้งพกพาได้อย่างไร?

ทั้งสองรุ่นรองรับการใช้ USB-C Power Delivery และ XT30 สำหรับแหล่งจ่ายไฟภายนอก โดยผู้สร้างเพิ่มวงจรจัดการพลังงานเพื่อช่วยป้องกันการไหลย้อน และใช้วงจรควบคุมการให้พลังงาน RF ตามภาระที่เปลี่ยนแปลง

รุ่นหลักให้เลือกโปรไฟล์แรงดัน USB-PD 20V หรือ 28V ตาม Charger และ Cable ที่ใช้ และมีโหมดจำกัดกำลังตาม Firmware 50W, 75W และ 100W

ระบบระบายความร้อนของ Hot-Wand

ผู้สร้างเริ่มจากเคสโลหะแล้วเปลี่ยนไปใช้เคส 3D Printed PETG เพื่อให้ผลิตได้สะดวกขึ้น โดยออกแบบ Air Duct และติดตั้งพัดลม 40 มม. เพื่อช่วยระบายความร้อนออกจากวงจร

Post-Build Report ระบุว่าขณะทดสอบด้วย RF Dummy Load 75W ที่แรงดันเข้า 28V ในห้องอุณหภูมิประมาณ 22°C ระบบมี Thermistor ภายในเพิ่มขึ้นใกล้ 50°C ก่อนพัดลมทำงาน แล้วลดลงมาประมาณ 48°C

ผลดังกล่าวเป็นการทดสอบเฉพาะอุปกรณ์ที่ผู้สร้างประกอบ ไม่ควรใช้เป็นการรับประกันอุณหภูมิของเคสที่นำไปพิมพ์หรือดัดแปลงใหม่

Current Transformer และการตรวจวงจร RF

Hot-Wand ใช้ส่วนของ Current Transformer และวงจรตรวจพฤติกรรมกระแสกับแรงดัน RF เพื่อช่วยควบคุมพลังงานที่ส่งไปยัง Cartridge ผู้สร้างศึกษาการทำงานและสร้างแบบจำลองทิศทางการพันขดลวดเพื่อให้ประกอบได้ถูกต้อง

ศึกษารายละเอียดจาก Current Transformer Design Study

Custom Inductor และงานพันขดลวด

วงจร RF ใช้ Inductor หลายชนิด รวมถึง Coreless Inductor ที่ต้องกำหนด Pitch และรูปร่างให้เหมาะสม Frank จึงใช้ OpenSCAD ออกแบบฐาน 3D Printed แบบเกลียวเพื่อช่วยจัดระยะการพัน

ผู้สร้างรายงานว่ารุ่น 13.56 MHz ที่ประกอบห้าชุดใช้จำนวนรอบของขดลวดบางตัวต่างกันตั้งแต่ 10 ถึง 12 รอบ จึงไม่ควรนำค่าจากเครื่องหนึ่งไปใช้แทนการวัดจริงในทุกกรณี

เคส 3D Printing และขาตั้งหัวแร้งแบบพับได้

ผู้สร้างออกแบบขาตั้งหัวแร้งแบบพับได้ โดยมีแม่เหล็กสำหรับหัว Cartridge บางรุ่นที่รองรับ Sleep Mode และใช้แผ่น FR-4 เป็นบริเวณรับการสัมผัสจากส่วนร้อนแทนชิ้นส่วนพลาสติก

มี Mechanical Source และ CAD สำหรับนำไปศึกษา แต่ไม่ควรเดาค่า Layer Height, Infill, Support หรือ Printing Temperature หากไม่ได้ตรวจจากเอกสารและเครื่องพิมพ์ที่ใช้จริง

อ่าน Folding Stand Build Guide

ผลการทดสอบ Hot-Wand ที่ผู้สร้างรายงาน

Frank Zhao จัดทำ Post-Build Report หลังประกอบครบสิบเครื่อง โดยแยกการทดลองด้าน Power Modes, Thermal Design และการทำงานของ Handpiece ชนิดต่าง ๆ

ตัวเลขนี้มาจากการทดสอบเฉพาะรุ่น 13.56 MHz ด้วย Hakko FX1001 และ Firmware v1.1 โดยผู้สร้างใช้ Bench Power Supply กับอุปกรณ์วัดกำลังไฟ จึงไม่ใช่ผลรับรองกำลังความร้อนที่ปลายหัวแร้งสำหรับทุกรุ่น

อ่าน Post-Build Report ฉบับเต็ม

Safety: ทำไมโปรเจกต์นี้จึงต้องระมัดระวัง?

ผู้สร้างเตือนชัดเจนว่าแรงดัน RF ทำให้บาดเจ็บได้ และการทดลองขณะเปิดเคสมีความเสี่ยง อีกทั้งมีความแตกต่างด้านอุปกรณ์และการปรับจูนระหว่าง Hot-Wand สองรุ่น

Firmware Source จาก Hot-Wand Lite

ตัวอย่างต่อไปนี้เป็น Code Excerpt จากไฟล์ firmware-lite/src/main.cpp ที่แสดงการเริ่มระบบโดยให้ RF Generator อยู่ในสถานะปิดก่อน ไม่ใช่โค้ดเต็มสำหรับแฟลชใช้งาน

void setup()
{
    // RF must remain off until the power manager's startup delay expires.
    rfgen_set(0);
    // for safety concerns, driving the RF generator pin low has the highest priority

    Serial.begin(115200);
    blink_init();
    cli_init();
    watchdog_init();
}

อ่าน Firmware Source ต้นฉบับ

PCB, Firmware, CAD และไฟล์ดาวน์โหลดทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง

โครงการแยกไฟล์ Electrical, Mechanical และ Firmware ไว้ใน GitHub ส่วนบางคู่มือใช้ไฟล์ Markdown แทน PDF โดยยังไม่พบลิงก์ PDF ฉบับแยกที่ยืนยันได้จากต้นฉบับ

ยังไม่พบวิดีโอ MP4 หรือ YouTube ที่ยืนยันว่าเป็น Demo ตรงของ Hot-Wand จาก Source ที่ตรวจ แต่มี Animated WebP 3 รายการซึ่งแสดงในบทความแล้ว

References / แหล่งข้อมูลต้นฉบับ

1. Hackaday — Building A Homemade Induction Soldering Iron
2. Frank Zhao — Hot-Wand The RF Soldering Iron
3. Hot-Wand Official GitHub
4. Hot-Wand Post-Build Report
5. Folding Iron Stand Guide
6. RadioThermal Open Hardware
7. SergeyMax — Metcal Reverse Engineering