Dotter - Enorme stampante a matrice di punti basata su Arduino: 13 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Ciao, benvenuto in questo istruibile:) Sono Nikodem Bartnik, creatore di 18 anni. Ho realizzato un sacco di cose, robot, dispositivi durante i miei 4 anni di lavoro. Ma questo progetto è probabilmente il più grande quando si tratta di dimensioni. È anche molto ben progettato, penso, ovviamente ci sono ancora cose che possono essere migliorate, ma per me è fantastico. Mi piace molto questo progetto, per come funziona e cosa può produrre (mi piace questa grafica simile a pixel/punti), ma c'è molto di più in questo progetto oltre al semplice Dotter. C'è la storia di come l'ho realizzato, di come mi è venuta un'idea e perché il fallimento è stata una parte importante di questo progetto. Siete pronti? Attenzione, potrebbe esserci molto da leggere in questo tutorial, ma non preoccuparti, ecco il video a riguardo (lo trovi anche sopra): LINK AL VIDEO Cominciamo!

Passaggio 1: la storia del fallimento: (e come ho effettivamente avuto un'idea per questo

Potresti chiedere perché la storia del fallimento se il mio progetto funziona? Perché all'inizio non c'era un Dotter. Volevo fare una cosa forse un po' simile ma molto più sofisticata: una stampante 3D. La più grande differenza tra la stampante 3D che volevo realizzare e quasi tutte le altre stampanti 3D era che invece dei motori passo-passo nema17 standard utilizzerà un motore 28BYJ-48 economico che puoi acquistare per circa $ 1 (sì un dollaro per un motore passo-passo). Ovviamente sapevo che sarebbe stato più debole e meno accurato dei motori passo-passo standard (quando si tratta della precisione non è così semplice, perché la maggior parte dei motori nelle stampanti 3D ha 200 passi per giro e 28BYJ48 ha circa 2048 passi per rivoluzione o anche di più dipende da come li usi, ma quei motori hanno maggiori probabilità di perdere passi e gli ingranaggi al loro interno non sono i migliori, quindi è difficile dire se sono più o meno precisi). Ma credevo che lo avrebbero fatto. E a quel punto potresti dire aspetta, c'è già una stampante 3D che utilizza quei motori, sì, lo so che ce ne sono anche pochi in realtà. Il primo è ben noto che è Micro di M3D, stampante 3D piccola e davvero bella (adoro questo design semplice). C'è anche ToyRep, Cherry e probabilmente molto altro di cui non sono a conoscenza. Quindi la stampante con quei motori esiste già, ma quello che volevo rendere diverso e più simile a me era il codice. La maggior parte delle persone usa alcuni firmware open source per stampanti 3D, ma come forse saprai se hai visto il mio progetto di droni Ludwik basato su Arduino mi piace fare le cose da zero e imparare da quello, quindi volevo creare il mio codice per questa stampante. Ho già sviluppato la lettura e l'interpretazione di Gcode da SD card, ruotando i motori secondo Gcode e l'algoritmo di linea di Bresenham. Una parte abbastanza grande del codice per questo progetto era pronta. Ma durante il test ho notato che quei motori si surriscaldano molto e sono tremendamente lenti. Ma volevo ancora realizzarlo, quindi ho progettato una cornice per esso in Fusion360 (puoi trovare l'immagine sopra). Un'altra ipotesi in questo progetto era quella di utilizzare i transistor invece del driver del motore passo-passo. Ho trovato alcuni vantaggi dei transistor rispetto ai driver stepper:

1. Sono più economici
2. È più difficile romperli, ho già rotto alcuni driver stepper durante la costruzione di Egg-Bot controllati da Arduino fai-da-te perché quando si scollega un motore dal driver durante l'esecuzione, probabilmente si romperà
3. I driver sono semplici da controllare, puoi usare meno pin per quello, ma volevo usare Atmega32, ha abbastanza pin per usare i transistor, quindi non era importante per me. (Volevo usare atmega32 in un progetto di stampante 3D, finalmente nel dotter non c'è bisogno di usarlo quindi uso solo Arduino Uno).
4. La felicità è molto più grande quando crei tu stesso un driver stepper con i transistor che semplicemente acquistandolo.
5. Imparando come funzionano sperimentando, ho usato alcuni transistor nei miei progetti precedenti, ma la pratica rende perfetti e il modo migliore per imparare è sperimentare. A proposito, non è strano che non sappiamo come funziona la più grande invenzione del mondo? Usiamo i transistor ogni giorno, ognuno ne ha milioni in tasca e la maggior parte delle persone non sa come funziona un singolo transistor:)

Durante questo periodo ho ricevuto 2 nuove stampanti 3D e durante la stampa su di esse ho aumentato sempre la velocità di stampa per realizzare stampe il più velocemente possibile. Ho iniziato a capire che la stampante 3D con motori 28BYJ-48 sarà troppo lenta e probabilmente non è l'idea migliore. Forse dovrei capirlo prima, ma ero così concentrato sul codice per questo progetto e sull'apprendimento di come funzionano esattamente le stampanti 3D, che non sono stato in grado di vederlo in qualche modo. Grazie alle cose che ho imparato costruendo questa cosa non mi pento del tempo investito in questo progetto.

Rinunciare non è un'opzione per me, e ho 5 stepper in giro, quindi ho iniziato a pensare a cosa posso fare con quelle parti. Mentre seppellivo cose vecchie nel mio guardaroba ho trovato il mio disegno della scuola elementare realizzato con la tecnica del disegno a punti chiamata anche puntinismo (puoi vedere il mio disegno sopra). Non è un'opera d'arte, non è nemmeno buona:) Ma mi piaceva l'idea di creare un'immagine con i puntini. E qui ho pensato a qualcosa di cui avevo sentito parlare prima, una stampante a matrice di punti, in Polonia puoi trovare questo tipo di stampante in ogni clinica che emettono un suono strano e rumoroso:D. Era abbastanza ovvio per me che doveva esserci qualcuno che ha fatto qualcosa del genere, e avevo ragione Robson Couto ha già realizzato una stampante a matrice di punti Arduino, ma per realizzarla devi trovare componenti perfetti che possono essere difficili, ma noi avere un 2018 e la stampa 3D sta diventando sempre più popolare, quindi perché non creare una versione stampata in 3D facile da replicare, ma sarebbe comunque simile. Così ho deciso di renderlo grande, o addirittura ENORME! Per renderlo in grado di stampare su una carta grande che tutti possono acquistare - rotolo di carta di Ikea:) le sue dimensioni: 45 cm x 30 m. Perfetto!

Poche ore di progettazione e il mio progetto era pronto per la stampa, è lungo 60 cm quindi troppo grande per essere stampato su una stampante standard, quindi lo divido in pezzi più piccoli che grazie a speciali connettori saranno facili da collegare. Inoltre abbiamo un carrello per un pennarello, alcune pulegge per cintura GT2, ruote in gomma per tenere la carta (anche stampate in 3D con filamento TPU). Ma poiché non sempre potremmo voler stampare su una carta così grande, ho reso mobile uno dei motori dell'asse Y in modo da poterlo adattare facilmente alle dimensioni della carta. Ci sono due motori sull'asse Y e uno sull'asse X, per muovere la penna su e giù uso il micro servo. Puoi trovare i collegamenti ai modelli e tutto nei passaggi successivi.

Poi ho disegnato un PCB come sempre, ma questa volta invece di farlo in casa ho deciso di ordinarlo in un produttore professionale, per renderlo perfetto, più facile da saldare e giusto per risparmiare un po' di tempo, ho sentito un sacco di buoni pareri su PCBway quindi ho deciso di andare con quello. Ho scoperto che hanno un programma di borse di studio grazie al quale puoi creare le tue tavole gratuitamente, carico il mio progetto sul loro sito Web e lo accettano! Grazie mille PCBway per aver reso possibile questo progetto:) Le schede erano perfette, ma invece di mettere il microcontrollore su questa scheda ho deciso di creare uno shield Arduino in modo da poterlo semplicemente usare, è anche più semplice da saldare per questo motivo.

Il codice del dotter è scritto in Arduino, e per inviare i comandi dal computer al Dotter ho usato Processing.

Probabilmente è tutta la storia di come si evolve questo progetto e di come appare ora, congratulazioni se ci sei arrivato:)

Non preoccuparti ora sarà più facile, basta costruire le istruzioni!

Spero che questa storia del progetto The Dotter vi piaccia, se è così non dimenticate di tenerla a cuore.

*nei render sopra puoi vedere il carrello X con 2 penne, è stato il mio primo progetto, ma ho deciso di passare alla versione più piccola con una penna per renderlo più leggero. Ma la versione con 2 penne può essere interessante perché potresti creare punti in diversi colori, c'è persino posto per il secondo servo sul PCB, quindi è qualcosa da considerare per dotter V2:)

Passaggio 2: di cosa avremo bisogno?

Di cosa avremo bisogno per questo progetto, questa è un'ottima domanda! Ecco un elenco di tutto con collegamenti, se possibile:

1. Parti stampate in 3D (collegamenti ai modelli nella fase successiva)
2. Arduino GearBest | BangGood
3. Motori passo-passo 28BYJ48 (3 di essi) GearBest | BangGood
4. Micro servomotore GearBest | BangGood
5. Cintura GT2 (circa 1,5 metri) GearBest | BangGood
6. Cavi GearBest | BangGood
7. Cuscinetto GearBest | BangGood
8. Due aste di alluminio lunghe circa 60 cm ciascuna

9. Per realizzare un PCB:

   1. PCB ovviamente (puoi ordinarli, farli da te o comprarli da me, ho delle schede in giro puoi comprarle qui:
   2. Transistor BC639 o simili (8 di loro) GearBest | BangGood
   3. Diodo raddrizzatore (8 di loro) GearBest | BangGood
   4. LED verde e rosso GearBest | BangGood
   5. Alcune intestazioni staccate GearBest | BangGood
   6. Kit di intestazione impilabile Arduino GearBest | BangGood
   7. Alcuni resistori GearBest | BangGood

Probabilmente la cosa più difficile da ottenere per te sono le parti stampate in 3D, chiedi ai tuoi amici, a scuola o in biblioteca, potrebbero avere una stampante 3D. Se vuoi acquistarne uno, posso consigliarti il CR10 (link per acquistare), CR10 mini (link per acquistare) o Anet A8 (link per acquistare).

Passaggio 3: il più grande possibile, il più semplice possibile (modelli 3D)

Come ho detto, gran parte di questo progetto riguardava le dimensioni, volevo renderlo grande e allo stesso tempo mantenerlo semplice. Per farlo in questo modo trascorro molto tempo in Fusion360, fortunatamente questo programma è incredibilmente facile da usare e adoro usarlo, quindi non è stato un grosso problema per me. Per adattarsi alla maggior parte delle stampanti 3D ho diviso il telaio principale in 4 parti che possono essere facilmente collegate grazie ad appositi connettori.

Le pulegge per cinghie GT2 sono state progettate con questo strumento (è fantastico, dai un'occhiata):

Ho aggiunto i file DXF di quelle 2 pulegge solo per riferimento, non ne hai bisogno per realizzare questo progetto.

Nessuno di questi modelli ha bisogno di supporti, le pulegge hanno supporti incorporati, perché sarebbe impossibile rimuovere i supporti dall'interno della puleggia. Questi modelli sono piuttosto facili da stampare, ma ci vuole un po' di tempo, perché sono abbastanza grandi.

Le ruote che sposteranno la carta dovrebbero essere stampate con filamenti flessibili per farlo meglio. Ho realizzato un cerchio per questa ruota che dovrebbe essere stampato con PLA e su questa ruota puoi mettere una ruota di gomma.

Passaggio 4: assemblaggio

È un passaggio facile ma anche molto piacevole. Tutto quello che devi fare è collegare tutte le parti stampate in 3D tutte insieme, mettere in posizione motori e servo. Alla fine devi mettere le aste di alluminio nel telaio stampato in 3D con il carrello su di esso.

Ho stampato una vite sul retro del supporto del motore Y che è mobile per tenerlo in posizione ma si scopre che la parte inferiore del telaio è troppo morbida e si piega quando si stringe la vite. Quindi, invece di questa vite, sto usando un elastico per tenere questa parte in posizione. Non è il modo più professionale per farlo, ma almeno funziona:)

Puoi vedere le dimensioni della penna che ho usato per questo progetto (o forse è più simile a un pennarello). Dovresti usare la stessa dimensione o il più vicino possibile, per farlo funzionare perfettamente con il carrello X. Devi anche montare un collare sulla penna per far muovere il servo su e giù, puoi fissarlo stringendo una vite sul lato.

Non c'è molto da spiegare, quindi dai un'occhiata alle foto qui sopra e se hai bisogno di saperne di più lascia un commento qui sotto!

Passaggio 5: schema elettronico

Sopra puoi trovare lo schema elettronico per questo progetto se vuoi acquistare un PCB o realizzarlo non devi preoccuparti dello schema, se vuoi collegarlo sulla breadboard puoi usare questo schema per farlo. Ti ho indossato che sarà piuttosto disordinato su questa breadboard, ci sono molte connessioni e piccoli componenti, quindi se puoi, usare un PCB è un'opzione molto migliore. Se hai problemi con il PCB, o il tuo progetto non funziona, puoi risolverlo con questo schema. Puoi trovare il file. SCH nel passaggio successivo.

Passaggio 6: PCB come professionista

Questa è probabilmente la parte migliore di questo progetto per me. Ho realizzato molti PCB a casa, ma non ho mai provato a ordinarlo in un produttore professionale. È stata un'ottima decisione, fa risparmiare un sacco di tempo e quelle schede sono solo molto meglio, hanno una maschera di saldatura, sono più facili da saldare, hanno un aspetto migliore e se vuoi fare qualcosa che vuoi vendere non c'è modo che tu realizzerò PCB a casa, quindi sono un passo più vicino alla creazione di qualcosa che sarò in grado di produrre in futuro, almeno so come realizzare e ordinare PCB. Puoi goderti bellissime foto di quelle schede sopra, ed ecco il link a PCBWay.com

Ho delle schede di riserva quindi se vuoi comprarle da me puoi comprarle su tindie:

Passaggio 7: saldatura, collegamento…

Abbiamo un ottimo PCB ma per farlo funzionare dobbiamo saldare i componenti su di esso. Non preoccuparti, è molto facile! Ho usato solo componenti THT quindi non c'è nessuna saldatura super precisa. I componenti sono grandi e facili da saldare. Sono anche facili da acquistare in qualsiasi negozio di elettronica. Poiché questo PCB è solo uno scudo, non è necessario saldare un microcontrollore, collegheremo semplicemente lo scudo alla scheda Arduino.

Nel caso in cui non desideri realizzare un PCB, puoi trovare uno schema sopra con tutte le connessioni. Non consiglio di collegarlo sulla breadboard, sembrerà davvero disordinato, ci sono molti cavi. PCB è un modo molto più professionale e sicuro per farlo. Ma se non hai altre opzioni, connetterti su breadboard è meglio che non connetterti affatto.

Quando tutti i componenti sono saldati sul PCB, possiamo collegare motori e servo ad esso. E passiamo al passaggio successivo! Ma prima, fermati un secondo e dai un'occhiata a questo bellissimo PCB con tutti i componenti su di esso, adoro l'aspetto di quei circuiti elettronici! Ok, andiamo avanti:)

Passaggio 8: codice Arduino

Quando lo shield è pronto, tutto è collegato e assemblato, possiamo caricare il codice su Arduino. Non è necessario collegare lo shield ad Arduino in questo passaggio. Potete trovare il programma nell'allegato qui sotto. Ecco una rapida spiegazione di come funziona:

Prende i dati dal monitor seriale (codice di elaborazione) e ogni volta che c'è 1 fa un punto quando c'è 0 non lo fa. Dopo ogni dato ricevuto si muove per alcuni passaggi. Quando viene ricevuto un nuovo segnale di linea, torna alla sua posizione iniziale, sposta la carta sull'asse Y e crea una nuova linea. È un programma molto semplice, se non capisci come funziona, non preoccuparti, caricalo sul tuo Arduino e funzionerà!

Passaggio 9: elaborazione del codice

Il codice di elaborazione legge l'immagine e invia i dati ad Arduino. L'immagine deve essere di una certa dimensione per essere stampata sulla carta. Per me la dimensione massima per la carta A4 è di circa 80 punti x 50 punti Se cambi i passaggi per giro otterrai più punti per riga ma anche un tempo di stampa molto più grande. Non ci sono molti pulsanti in questo programma, non volevo renderlo bello, funziona e basta. Se vuoi migliorarlo, sentiti libero di farlo!

Passaggio 10: all'inizio c'era un punto

Prova finale del Dotter!

Punto punto punto…..

Decine di punti dopo, qualcosa è andato storto! Che cosa esattamente? Sembra che Arduino si sia ripristinato e abbia dimenticato il numero di passaggi. È iniziato molto bene ma a un certo punto abbiamo un problema. Cosa può esserci di sbagliato? Dopo due giorni di debug ho trovato una soluzione per questo. Era un po' semplice e ovvio, ma non ci ho pensato all'inizio. Che cos'è? Lo sapremo nel prossimo passaggio.

Passaggio 11: il fallimento non è un'opzione, fa parte di un processo

Odio arrendermi, quindi non lo faccio mai. Ho iniziato a cercare una soluzione al mio problema. Mentre disconnettevo un cavo dal mio Arduino ultimamente di notte, ho sentito che fa molto caldo. Poi ho capito qual è il problema. Poiché lascio i motori dell'asse Y accesi (sulla bobina di quei motori), lo stabilizzatore lineare sul mio Arduino diventa molto caldo a causa della corrente costante piuttosto grande. Qual è la soluzione per questo? Spegni quelle bobine finché non ci servono. Soluzione super semplice per questo problema, è fantastico e sono tornato sulla buona strada per finire questo progetto!

Fase 12: vittoria

È la vittoria? Il mio progetto sta funzionando, finalmente! Mi ci è voluto molto tempo ma finalmente il mio progetto è pronto, sta funzionando proprio come volevo che funzionasse. Ora provo pura felicità per aver terminato questo progetto! Potete vedere alcune delle immagini che ci ho stampato sopra! C'è molto altro da stampare, quindi resta sintonizzato per vedere alcuni aggiornamenti.

Passaggio 13: la fine o l'inizio?

Questa è la fine delle istruzioni di costruzione, ma non la fine di questo progetto! È open source, tutto ciò che ho condiviso qui puoi usarlo per costruire questa cosa, se aggiungerai degli aggiornamenti sentiti libero di condividerli ma ricordati di mettere un link a questa istruzione fammi anche sapere che hai migliorato il mio progetto:) Quello sarà bello se qualcuno lo farà. Forse un giorno, se troverò il tempo per farlo, lo migliorerò e pubblicherò un Dotter V2, ma in questo momento non ne sono sicuro.

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Grazie mille per aver letto, spero che tu abbia una buona giornata!

Felice realizzazione!

P. S.

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Secondo classificato nella sfida Epilog 9

Secondo Premio al Concorso Arduino 2017