Arduino Mega
Het brein van de besturing is een Arduino Mega.
Deze Arduino is vrij op de markt beschikbaar. Het is een Open Source bord waar een Atmel2560 micro processor op zit. Ook heeft hij een USB host Controller. Dat maakt het mogelijk om er een programma via USB naar toe te sturen. Op de volgende pagina vertel ik hier wat meer hierover.
Arduino monteren
De Arduino Mega komt natuurlijk in de ruimte voor de besturing. Wel is toegang tot de USB poort noodzakelijk. De USB poort is nodig om de Firmware erin te schieten.
Daarnaast zou je de USB poort ook kunnen gebruiken om direct G-code naar de printer te sturen.
Op de foto zie je hoe de USB poort toch nog bereikbaar is. Ik heb een gat van 20mm geboord. Het gat is afgewerkt met een kapje (Arduino Mega Houder USB.stl).
Op deze afbeelding is het beter te zien hoe de Arduino Mega gemonteerd wordt. De wand van de ruimte is hier doorzichtig gemaakt zodat alles beter te zien is.
De Arduino Mega zit vastgeschroefd op zijn eigen houder (Arduino Mega Houder.stl). Deze houder kan met 4 houtschroefjes gemonteerd worden in de ruimte voor de besturing. In de zijwand van de ruimte komt een 20mm gat. Dit gat wordt afgewerkt met “Arduino Mega Houder USB.stl”.
RAMPS 1.4
Dit RAMPS bord kan op de Arduino Mega gedrukt worden. De Dupon connectors aan de onderkant van de RAMPS komen precies overeen met de connector op de Arduino.
Op de RAMPS worden alle Printer onderdelen aangesloten. De 4 paarse motor Drivers op de foto bijvoorbeeld. De Ramps verbind de juiste pennen met de Arduino. Daarnaast levert de RAMPS de 12volt voor de motor Drivers. De motoren worden ook via het RAMPS bord aangesloten op de motor Drivers.
De RAMPS heeft ook nog 3 FET’s ingebouwd. Hiermee kan de Arduino grotere vermogens schakelen. Ideaal voor de Hot End, Heat bed en koelventilator. De NTC’s, Eind Stop’s en het “Full Graphic Smart Controller inbouw paneel” worden ook doorverbonden naar de juiste poorten op de Arduino.
DVR8825 Motor Driver
In dit voorbeeld maak ik gebruik van de Pololu DRV8825 Stappen Motor Driver. Deze zijn goedkoop en zijn best nauwkeurig.
Ze kunnen stromen tot 2.2A aan als ze actief gekoeld worden. Daarom is een koellichaam op de chip wel belangrijk. In deze printer moet dan ook een 80x80mm ventilator geïnstalleerd worden in de ruimte voor de besturing.
De DRV8825 kan tot 32 micro stappen sturen. Meestal zet een stappenmotor (mechanisch) 200 stappen om de as een keer rond te laten gaan. Met micro stappen kun je dit aantal stappen verhogen. 200 stappen x 32 micro stappen = 6400 stappen. Nu zijn er 6400 “stops” mogelijk in een omwenteling van de motor as. De nauwkeurigheid is dus aanzienlijk verhoogt. Een nadeel is dat de kracht van de motor afneemt. Als je motor stappen mist, zou je het aantal micro stappen van de DVR8825 kunnen verlagen.
Het instellen van het aantal micro stappen voor de DRV8825 gaat dmv 3 Jumpers. Dit moet gebeuren voordat de DRV8825 op het RAMPS bord geïnstalleerd wordt. Op de afbeelding staat links onderin de hoek een tabel wat de “Jumper Settings” zijn. Ook kun je zien waar je de Jumpers moet plaatsen per motor. Voor de Z motoren is maar een “Jumper Setting” omdat zij parallel geschakeld zijn. De meest linkse is MS1. De meest rechtse is MS3.
De micro stappen die ik heb gebruikt zijn: 32micro stappen voor X en Y motor, 16micro stappen voor Z motoren & 8 micro stappen voor de Extruder motor. 16 voor de Z motoren omdat ze parallel aangesloten zijn. Dit trekt toch meer stroom en 16 stappen is goed genoeg. 8 voor de Extruder motor omdat deze kracht moet hebben.
De (elektrische) Stroom naar de motoren moet beperkt worden om de DRV8825 en motor tegen overbelasting te beschermen. Dit kan met het kleine metalen potmetertje op de DRV8825.
Als je niets weet over je stappen motor kun je deze potmeter het beste op 50% zetten. Als de motoren heet worden moet je de Stroom terug regelen. Zorg er in ieder geval voor dat de X en de Y motor evenveel Stroom krijgen. Je kunt dit controleren door met een Voltmeter op de metalen potmeter en de massa te meten. Je hebt nu de “Vref” gemeten. Deze moet bij X en Y hetzelfde zijn.
Als je wel de maximale stroom weet van de motor kun je Vref uitrekenen. Daarop kun je de stroom afstellen. Ik gebruik meestal een metalen schroevendraaier met de Voltmeter daaraan geklemd. Dan kan ik de Vref waarde dan meteen zien. Om de Vref uit te rekenen deel je de maximale stroom van de motor door 2. Voorbeeld motor 2.5A: Vref = 2.5A / 2 = 1.25Volt. Wel wordt aangeraden 10% lager dan het maximum te gaan zitten dus: 1.25Volt x 0.9 = 1.39Volt. Pas Op! Bij sommige “Chinese namaak” DRV8825’s gaat deze formule niet altijd op. Welke optie je ook kiest, hou goed in de gaten of de motoren warm worden als je gaat testen. Als ze heet worden is dat een indicatie dat het niet goed is. De meest voorkomende oorzaak is te veel Stroom naar de motor.
Het aansluiten van de elektrische onderdelen
Hier zie je hoe alles aangesloten moet worden.
De 2 NTC’s zijn voor het meten van de temperatuur van de Hot End en Heat Bed (De weerstand is 100KΩ).
De Eind Stop schakelaars zijn geopend in de rust stand.
De 4 kleuren van de motoren zijn ook aangegeven. Als de motor de verkeerde kant opdraait zou je de richting hardware matig kunnen veranderen door (bijvoorbeeld) rood en blauw om te draaien. Als jouw motorkabels vast zitten in een connector, dan kun je de richting beter veranderen in Marlin (Firmware).
De verwarmingselementen van de Hot End en Heat Bed worden aangesloten op D10 en D8. Zorg dat de schroefjes goed aangedraaid zijn! Slechte verbinding betekent weerstand. Weerstand maakt warmte. Hierdoor kan de connector wegsmelten.
De koelventilatoren (2x 30x30mm) voor het koelen van de print worden aangesloten op D9. Dan kan de Arduino ze op snelheid regelen.
De 30x30mm ventilator op de Hot End en de 80x80mm ventilator van de besturing zijn direct op de Voeding aangesloten.
De “Full Graphic Smart Controller inbouw paneel” wordt aangesloten op de 2 zwarte connectors aan de rechter kant.
De Voeding van 12V / 240W word aangesloten op de 4 pool connector. Er zijn eigenlijk 2 ingangen voor de voeding. Een is 10A en de ander 15A. Het Heat Bed en de overige onderdelen van de Printer worden hierdoor gescheiden. Let Op! dat je plus en massa niet verwisselt!
Kabel managment?
Hier zij je mijn printer toen ik hem nog aan het testen was. De bekabeling is nog niet gebundeld aan de PTFE buis. Hierdoor is het makkelijker om storing te zoeken.
De bekabeling naar de X wagen is lichtgewicht gekozen zodat het niet te veel weerstand bied. Wel heb ik voor het verwarmingselement van de Hot End 3 adres parallel geschakeld om de stroom te verdelen.
De bekabeling van het Heat Bed hangt aan de zijkant langs de linker wand. Bij de meeste 3D Printers steekt deze kabel aan de achterkant uit. In dit geval moet de kabel aan de linkerkant uitsteken.
De motorkabel van de X motor gaat direct naar de ruimte voor de besturing. Hiervoor moet een gat geboord worden. Op de foto zie je dat hij het net haalt als de Nozzle op het laagste punt is. Kabel Management bestaat uit kabelbinders op de juiste plaatsen 🙂 Ik heb gewoon alle onderdelen geïnstalleerd en de kabels terug geleid naar de besturing. Op plaatsen waar kabels gaan bewegen heb ik ze vast gezet met kabelbinders. Omdat het een dichte behuizing is blijven ze prima liggen. Het was een tijdelijke oplossing die permanent geworden is…
Hier zie je de Arduino en de RAMPS aangesloten in de ruimte voor de besturing. Er is nog een gat bijgekomen in de zijwand voor kabels naar de “Full Graphic Smart Controller inbouw paneel”.
Ook de kabels naar de Extruder, Xwagen, Z Eind Stop, Z motor en 240V hoofdschakelaar gaan hier doorheen. Als laatst gaat hier ook de 12V voeding voor de LED verlichting door.
In de achterwand (links boven) is nog een 2e gat geboord voor de 240V kabel die naar de Hoofdschakelaar gaat. Daarnaast loopt ook de 12V die van de Voeding af komt hierdoor. De motor kabel die naar de X motor loopt gaat door een gat rechts onderin de achterwand.
Voeding
De 12v / 240W voeding komt in de afgescheiden ruimte aan de linker kant.
De zwarte en rode bedrading heeft een koperen kern van 1mm². Deze gaan direct naar de RAMPS. 2 aders zijn parallel geschakeld, maar dat is eigenlijk alleen nodig voor de 15A ingang van de RAMPS.
De openingen in de deuren zorgen dat de warme lucht weg kan. De 1.25A zekering voor de voeding zit al in het “Net Snoer inbouw Paneel”.
Onder de voeding heb ik nog een Net filter zitten. Deze filtert EMF van en naar het Lichtnet. Dit heb je niet perse nodig om je printer te laten werken. Het ligt aan de situatie.
Optie: NetFilter
EMF (ElectroMagneticField / Electromotive Force) kan je Atmel processor op de Arduino verstoren. Als dit gebeurd mislukt de print. EMF komt vooral binnen via het lichtnet. Als er andere apparaten in de omgeving aangesloten zijn, die EMF genereren, geven zij dat door via het Lichtnet. “Net vervuilers” worden zij genoemd. Denk dan aan lasapparaten, apparaten met koolstofborstels en alles met een buck transformers.
De 12V /120W voeding die we hier gebruiken is een buck transformator (DC -DC converter). Buck transformatoren richten de 240V netspanning eerst gelijk. Dan wordt de gelijkspanning tot wel 500 Khz / per seconden geschakeld. Dit is dus een frequentie die ver van de 50Hz van het Lichtnet vandaan ligt. De Netfilter zorgt dat deze oscillatie niet terug kan naar het Lichtnet.
Grote Stroomafnemers zoals las apparaten zorgen voor pieken op het lichtnet. De Netfilter stop deze.
Koolstofborstel in motoren maken een scala aan frequenties. Zij komen voort uit de kleine vonkjes die ontstaan tussen de commutator en de koolborstels.
Hier zie je een schema van een simpele Netfilter.
Het eerste component is een Varistor. Deze weerstand sluit alle spanningen boven 275 volt kort. Spanning pieken worden hiermee opgevangen.
C1 en C2 moeten klasse X2 zijn. Deze zijn speciaal getest op hoge piekspanningen tot 2.5KV.
De spoelen zitten om een gesloten ferriet kern. Zij zijn in tegen gesteld richting gewikkeld. De fase en de nul lopen hier doorheen. 50Hz zal niet in de ferriet kern gaan. Hogere frequenties juist wel. De spoel van de fase, maar ook die van de nul doen dit dus op hetzelfde moment. Als deze frequenties elkaar in de ferriet kern tegenkomen, zullen ze elkaar vernietigen. Deze spoel heb ik van een oude print afgehaald. De stroom die het filter aan kan wordt door de draaddikte van deze spoel bepaald. Fabrikanten vermelden dan ook de maximum stroom.
De weerstand is een halve Watt 470KΩ. Deze ontlaad de spanning in de condensatoren.
C3 en C4 romen frequenties af naar de aarde (PE). Zij moeten van Y2 klasse zijn! Als de Y2 faalt doet hij dat zonder kortsluiting te maken. Je wilt immers geen 240V op de PE!
Hier zie je hoe de componenten eruit zien. Ze zijn op een “experimenteer printplaat” gemonteerd.
De Filter moet in een metalen behuizing om hem af te schermen. Hier heb ik van oude metalen plaat een simpele behuizing gemaakt. De PE moet aan deze behuizing verbonden worden.
Als je deze filter gebruikt moet hij altijd aangesloten worden op de PE. Anders kunnen C3 en C4 hun lading niet kwijt.
Koop de condensatoren van bijvoorbeeld Schaffner en niet van een goedkoop Chinees merk. Veiligheid is belangrijk. 3D Printers lopen immers dagen lang zonder supervisie.
Als je het apparaat niet gebuikt ontkoppel dan ook deze filter. Sluit hem aan achter de hoofdschakelaar. Hij zal namelijk altijd een beetje energie verbruiken.
Als je al het bovenstaande gedaan hebt is het tijd om de Printer tot leven te roepen. Zie de volgende pagina over de Frimware.