Dotter - enorme impressora matricial baseada em Arduino: 13 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Olá, seja bem-vindo neste instrutível:) Eu sou Nikodem Bartnik, fabricante de 18 anos. Eu fiz muitas coisas, robôs, dispositivos ao longo dos meus 4 anos de fabricação. Mas este projeto é provavelmente o maior quando se trata de tamanho. Acho que também está muito bem desenhado, claro que ainda há coisas que podem ser melhoradas, mas para mim é incrível. Eu realmente gosto desse projeto, por causa de como ele funciona, e o que ele pode produzir (eu gosto desse pixel / ponto como os gráficos), mas há muito mais neste projeto do que apenas o Dotter. Há uma história de como eu o fiz, como tive uma ideia e por que o fracasso foi uma grande parte deste projeto. Você está pronto? Aviso, pode haver muito para ler nestes instrutíveis, mas não se preocupe, aqui está o vídeo sobre isso (você também pode encontrá-lo acima): LINK PARA O VIDEOLet's start!

Etapa 1: A história do fracasso: (e como eu realmente tive uma ideia para isso

Você pode perguntar por que a história do fracasso se meu projeto está funcionando? Porque no começo não havia Dotter. Eu queria fazer algo um pouco parecido, mas muito mais sofisticado - uma impressora 3D. A maior diferença entre a impressora 3D que eu queria fazer e quase qualquer outra impressora 3D é que, em vez dos motores de passo nema17 padrão, ela usará motores 28BYJ-48 baratos que você pode comprar por cerca de US $ 1 (sim, um dólar para um motor de passo). Claro que eu sabia que seria mais fraco e menos preciso do que os motores de passo padrão (quando se trata de precisão, não é tão simples, porque a maioria dos motores em impressoras 3D tem 200 passos por revolução, e 28BYJ48 tem cerca de 2048 passos por a revolução ou até mais depende de como você os usa, mas esses motores têm maior probabilidade de perder passos e as engrenagens dentro deles não são as melhores, por isso é difícil dizer se são mais ou menos precisos). Mas eu acreditava que eles fariam isso. E nesse ponto você pode dizer espere, já existe uma impressora 3D que usa esses motores, sim, eu sei que existem até poucos deles na verdade. A primeira que é bem conhecida é a Micro da M3D, uma impressora 3D pequena e muito bonita (adoro este design simples). Há também ToyRep, Cherry e provavelmente muito mais que eu não conheço. Então já existem impressoras com esses motores, mas o que eu queria fazer diferente e mais parecido com o meu jeito era o código. A maioria das pessoas usa alguns firmwares de código aberto para impressoras 3D, mas como você deve saber se viu meu projeto de drone Ludwik baseado em Arduino, gosto de fazer as coisas do zero e aprender com isso, então eu queria fazer meu próprio código para esta impressora. Já desenvolvi leitura e interpretação de Gcode de cartão SD, girando os motores de acordo com Gcode e algoritmo de linha de Bresenham. Grande parte do código para este projeto estava pronto. Mas durante o teste, percebi que esses motores estão superaquecendo muito e são tãããão lentos. Mas eu ainda queria fazê-lo, então projetei uma moldura para ele no Fusion360 (você pode encontrar a imagem acima). Outra suposição neste projeto era usar transistores em vez de driver de motor de passo. Encontrei algumas vantagens dos transistores em relação aos drivers de passo:

1. São mais baratos
2. É mais difícil quebrá-los, eu já quebrei alguns drivers de passo enquanto construía DIY Arduino Controlled Egg-Bot porque quando você desconecta um motor do driver durante a execução, ele provavelmente quebrará
3. Os drivers são simples de controlar, você pode usar menos pinos para isso, mas eu queria usar o Atmega32, ele tem pinos suficientes para usar transistores, então não era importante para mim. (Eu queria usar o atmega32 em um projeto de impressora 3D, finalmente no dotter não há necessidade de usá-lo, então uso apenas o Arduino Uno).
4. A felicidade é muito maior quando você cria um driver de passo com transistores do que simplesmente comprá-lo.
5. Aprendendo como eles funcionam experimentando, usei alguns transistores em meus projetos anteriores, mas a prática leva à perfeição e a melhor maneira de aprender é experimentando. Aliás, não é estranho que não saibamos como funciona a maior invenção do mundo? Usamos transistores todos os dias, cada um tem milhões deles no bolso, e a maioria das pessoas não sabe como funciona um único transistor:)

Durante esse tempo, ganhei 2 novas impressoras 3D e, ao imprimir nelas, aumentei a velocidade de impressão o tempo todo para fazer impressões o mais rápido possível. Comecei a perceber que a impressora 3D com motores 28BYJ-48 será muito lenta e provavelmente não é a melhor ideia. Talvez eu devesse perceber isso antes, mas estava tão focado no código para este projeto e aprendendo exatamente como as impressoras 3D funcionam, que não fui capaz de ver isso de alguma forma. Graças às coisas que aprendi construindo isso, não me arrependo do tempo investido neste projeto.

Desistir não é uma opção para mim, e tenho 5 steppers por aí, então comecei a pensar no que posso fazer com essas peças. Enquanto escondia coisas velhas em meu guarda-roupa, encontrei meu desenho da escola primária feito usando a técnica de desenho de pontos, também chamada de Pontilhismo (você pode ver meu desenho acima). Não é obra de arte, não é nem bom:) Mas gostei da ideia de criar uma imagem a partir de pontos. E aqui eu pensei sobre algo que ouvi antes, uma impressora matricial, na Polônia você pode encontrar esse tipo de impressora em todas as clínicas que eles estão fazendo um barulho alto e estranho: D. Era meio óbvio para mim que deve haver alguém que fez algo assim, e eu estava certo Robson Couto já fez uma impressora matricial Arduino, mas para fazer isso você tem que encontrar componentes perfeitos que podem ser difíceis, mas nós tenha um 2018 e a impressão 3D está se tornando cada vez mais popular, então por que não fazer uma versão impressa em 3D fácil de replicar, mas ainda seria semelhante. Então decidi torná-lo grande, ou mesmo ENORME! Para poder imprimir num grande papel que todos possam comprar - rolo de papel da Ikea:) as suas dimensões: 45cm x 30m. Perfeito!

Poucas horas de desenho e meu projeto estava pronto para impressão, tem 60 cm de comprimento e é grande demais para imprimir em uma impressora padrão, então divido em pedaços menores que graças aos conectores especiais serão fáceis de conectar. Além disso, temos um carrinho para um marcador, algumas polias para a correia GT2, rodas de borracha para segurar o papel (também impressas em 3D com filamento TPU). Mas, como nem sempre queremos imprimir em um papel tão grande, fiz um dos motores do eixo Y móvel para que você possa ajustá-lo facilmente ao tamanho do papel. Existem dois motores no eixo Y e um no eixo X, para mover a caneta para cima e para baixo eu uso micro servo. Você pode encontrar links para os modelos e tudo nas próximas etapas.

Então projetei uma placa de circuito impresso como sempre, mas desta vez em vez de fazer em casa decidi encomendá-la em um fabricante profissional, para torná-la perfeita, mais fácil de soldar e apenas para economizar algum tempo, ouvi muitas opiniões boas sobre PCBway, então decidi ir com isso. Descobri que eles têm um programa de bolsas, graças ao qual vocês podem fazer suas pranchas gratuitamente, coloco meu projeto no site deles e eles aceitam! Muito obrigado PCBway por tornar este projeto possível:) As placas eram perfeitas, mas ao invés de colocar um microcontrolador nesta placa eu decidi fazer um escudo Arduino para que eu possa simplesmente usá-lo, também é mais simples de soldar por causa disso.

O código do dotter é escrito em Arduino, e para enviar os comandos do computador para o dotter usei o Processing.

Essa é provavelmente toda a história de como este projeto evoluiu, e como ele se parece agora, parabéns se você chegou lá:)

Não se preocupe agora, será mais fácil, apenas instruções de construção!

Espero que gostem desta história do projeto Dotter, se assim for, não se esqueça de marcá-la com o coração.

* nos renderizadores acima você pode ver o carro X com 2 canetas, esse foi meu primeiro desenho, mas decidi mudar para uma versão menor com uma caneta para torná-lo mais leve. Mas a versão com 2 canetas pode ser interessante porque você seria capaz de fazer pontos em cores diferentes, há até lugar para o segundo servo no PCB, então isso é algo a se considerar para o dotter V2:)

Etapa 2: O que precisamos?

O que precisaremos para este projeto, essa é uma grande questão! Aqui está uma lista de tudo com links, se possível:

1. Peças impressas em 3D (links para modelos na próxima etapa)
2. Arduino GearBest | BangGood
3. Motores de passo 28BYJ48 (3 deles) GearBest | BangGood
4. Micro servo motor GearBest | BangGood
5. Correia GT2 (cerca de 1,5 metros) GearBest | BangGood
6. Cabos GearBest | BangGood
7. Rolamento GearBest | BangGood
8. Duas hastes de alumínio com cerca de 60 cm de comprimento cada

9. Para fazer um PCB:

   1. PCB obviamente (você pode pedir, fazer você mesmo ou comprar de mim, eu tenho algumas placas ao redor, você pode comprá-las aqui:
   2. Transistores BC639 ou similar (8 deles) GearBest | BangGood
   3. Díodo retificador (8 deles) GearBest | BangGood
   4. LED GearBest verde e vermelho | BangGood
   5. Alguns cabeçalhos de quebra GearBest | BangGood
   6. Kit de cabeçote empilhável Arduino GearBest | BangGood
   7. Alguns resistores GearBest | BangGood

Provavelmente a coisa mais difícil de conseguir para você são peças impressas em 3D, pergunte a seus amigos, na escola ou em uma biblioteca, eles podem ter uma impressora 3D. Se você quiser comprar um, posso recomendar o CR10 (link para comprar), CR10 mini (link para comprar) ou Anet A8 (link para comprar).

Etapa 3: o mais grande possível, o mais simples possível (modelos 3D)

Como eu disse que grande parte desse projeto é o tamanho, eu queria torná-lo grande e manter a simplicidade ao mesmo tempo. Para fazer assim, passo muito tempo no Fusion360, felizmente este programa é incrivelmente amigável e adoro usá-lo, por isso não foi grande coisa para mim. Para caber na maioria das impressoras 3D, dividi o quadro principal em 4 partes que podem ser facilmente conectadas graças a conectores especiais.

Roldanas para correias GT2 foram projetadas com esta ferramenta (é legal, dê uma olhada):

Eu adicionei os arquivos DXF dessas 2 polias apenas para sua referência, você não precisa deles para fazer este projeto.

Nenhum desses modelos precisa de apoios, as polias têm apoios embutidos, pois seria impossível remover os apoios de dentro da polia. Esses modelos são bastante fáceis de imprimir, mas demoram algum tempo, porque são bastante grandes.

As rodas que irão movimentar o papel devem ser impressas com filamento flexível para melhor desempenho. Fiz um aro para essa roda que deve ser impresso com PLA e nessa roda você pode colocar uma roda de borracha.

Etapa 4: montagem

É um passo fácil, mas também muito agradável. Tudo o que você precisa fazer é conectar todas as partes impressas em 3D, colocar motores e servo no lugar. No final, você deve colocar barras de alumínio na moldura impressa em 3D com o carro.

Imprimi um parafuso na parte de trás do suporte do motor Y que pode ser movido para mantê-lo no lugar, mas descobri que a parte inferior do quadro é muito mole e dobra quando você aperta o parafuso. Então, em vez desse parafuso, estou usando um elástico para segurar essa parte no lugar. Essa não é a maneira mais profissional de fazer isso, mas pelo menos funciona:)

Você pode ver o tamanho da caneta que usei para este projeto (ou talvez seja mais como um marcador). Você deve usar o mesmo tamanho ou o mais próximo possível, para que funcione perfeitamente com o carro X. Você também tem que montar um colar na caneta para permitir que o servo mova para cima e para baixo, você pode corrigi-lo apertando um parafuso na lateral.

Não há muito o que explicar, então dê uma olhada nas fotos acima e se precisar de mais informações deixe um comentário abaixo!

Etapa 5: Esquema Eletrônico

Acima você pode encontrar o esquema eletrônico para este projeto se você quiser comprar um PCB ou torná-lo você não precisa se preocupar com o esquema, se quiser conectá-lo na placa de ensaio, você pode usar este esquema para fazer isso. Eu disse que ficaria bem bagunçado nesta placa de ensaio, há muitas conexões e pequenos componentes, então se você puder, usar um PCB é uma opção muito melhor. Se você tiver algum problema com o PCB, ou se seu projeto não estiver funcionando, você pode localizá-lo com este esquema. Você pode encontrar o arquivo. SCH na próxima etapa.

Etapa 6: PCB como profissional

Essa é provavelmente a melhor parte deste projeto para mim. Fiz muitos PCBs em casa, mas nunca tentei encomendá-los de um fabricante profissional. Foi uma ótima decisão, economiza muito tempo, e essas placas são muito melhores, têm máscara de solda, são mais fáceis de soldar, têm uma aparência melhor e se você quiser fazer algo que queira vender não tem como vou fazer PCB em casa, então estou um passo mais perto de criar algo que serei capaz de produzir no futuro, pelo menos eu sei como fazer e pedir PCBs. Você pode desfrutar de belas fotos dessas placas acima, e aqui está o link para PCBWay.com

Eu tenho algumas placas sobressalentes, então se você quiser comprá-las de mim, você pode comprá-las no Tindie:

Etapa 7: Soldando, conectando …

Temos uma ótima placa de circuito impresso, mas para fazê-la funcionar, precisamos soldar componentes nela. Não se preocupe, é muito fácil! Usei apenas componentes THT para que não haja nenhuma solda superprecisa. Os componentes são grandes e fáceis de soldar. Também são fáceis de comprar em qualquer loja de eletrônicos. Como essa placa de circuito impresso é apenas uma blindagem, você não precisa soldar um microcontrolador, apenas conectaremos a blindagem à placa Arduino.

Caso você não queira fazer um PCB, você pode encontrar um esquema acima com todas as conexões. Eu não recomendo conectar isso na placa de ensaio, vai ficar muito bagunçado, há muitos cabos. O PCB é uma maneira muito mais profissional e segura de fazer isso. Mas se você não tiver outra opção, conectar-se na placa de ensaio é melhor do que não se conectar.

Quando todos os componentes são soldados na placa de circuito impresso, podemos conectar motores e servo a ela. E vamos pular para a próxima etapa! Mas antes disso, pare por um segundo e dê uma olhada neste lindo PCB com todos os componentes nele, eu simplesmente adoro a aparência desses circuitos eletrônicos! Ok, vamos em frente:)

Etapa 8: Código Arduino

Quando o escudo estiver pronto, tudo estiver conectado e montado, podemos fazer o upload do código para o Arduino. Você não precisa conectar a blindagem ao Arduino nesta etapa. Você pode encontrar o programa no anexo abaixo. Aqui está uma explicação rápida de como funciona:

Ele obtém os dados do monitor serial (código de processamento) e sempre que houver 1 faz um ponto quando houver 0 não faz. Após cada dado recebido, ele segue algumas etapas. Quando o sinal de nova linha é recebido, ele volta para sua posição inicial, mova o papel no eixo Y e faça uma nova linha. Esse é um programa muito simples, se você não entender como funciona, não se preocupe, basta carregá-lo no seu Arduino e ele funcionará!

Etapa 9: Código de processamento

O código de processamento lê a imagem e envia os dados para o Arduino. A imagem deve ter o tamanho certo para aparecer no papel. Para mim, o tamanho máximo do papel A4 é de cerca de 80 pontos x 50 pontos. Se você alterar as etapas por revolução, obterá mais pontos por linha, mas também um tempo de impressão muito maior. Não há muitos botões neste programa, eu não queria torná-lo bonito, ele está apenas funcionando. Se você quiser melhorá-lo, fique à vontade para fazê-lo!

Etapa 10: no início havia um ponto

Teste final do Dotter!

Ponto ponto Ponto…..

Dezenas de pontos depois, algo deu errado! O que exatamente? Parece que o Arduino se reinicializou e esqueceu o número de etapas. Começou muito bem, mas em algum momento temos um problema. O que pode estar errado? Dois dias de depuração depois, encontrei uma solução para isso. Era meio simples e óbvio, mas não pensei nisso no começo. O que é? Saberemos na próxima etapa.

Etapa 11: A falha não é uma opção, é parte de um processo

Eu odeio desistir, então nunca faço isso. Comecei a buscar uma solução para o meu problema. Ao desconectar um cabo do meu Arduino recentemente, à noite, senti que estava muito quente. Então percebi o que é um problema. Como deixo os motores do eixo Y ligados (na bobina desses motores), o estabilizador linear no meu Arduino fica muito quente por causa da grande corrente constante. Qual é a solução para isso? Apenas desligue essas bobinas enquanto não precisamos delas. Solução super simples para este problema, isso é ótimo e estou de volta no caminho certo para terminar este projeto!

Etapa 12: Vitória

É a vitória? Meu projeto está funcionando, finalmente! Levei muito tempo, mas finalmente meu projeto está pronto, está funcionando exatamente como eu queria. Agora me sinto pura felicidade por terminar este projeto! Você pode ver algumas das imagens que imprimi nele! Há muito mais para imprimir, portanto, fique atento para ver algumas atualizações.

Etapa 13: o fim ou o começo?

Isso é o fim da instrução de construção, mas não o fim deste projeto! É open source, tudo que eu compartilhei aqui você pode usar para construir isso, se você adicionar atualizações sinta-se à vontade para compartilhá-las, mas lembre-se de colocar um link para este instrutível também me diga que você melhorou meu projeto:) Que será legal se alguém fizer isso. Talvez algum dia, se eu encontrar tempo para isso, irei melhorá-lo e postar um Dotter V2, mas agora não tenho certeza.

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Muito obrigado pela leitura, espero que você tenha um ótimo dia!

Feliz fabricação!

P. S.

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Vice-campeão no desafio Epilog 9

Segundo prêmio no Arduino Contest 2017