PRUSA i3 by diegudio - 3a Entrega - Electrónica

PRUSA i3 by diegudio - 3rd Delivery - Electronics

Una de las cosas mas importantes y tal vez mas complejas para los principiantes es lidiar con la electrónica y el firmware cuando se comienza en el mundo de las impresoras 3D. 
One of the most important things (and maybe the most "complex" for the beginners) is dealing with the electronics & the firmware when starting in the reprap 3D printing world.

En este post trataré de explicarles básicamente cuáles son los componentes electrónicos necesarios para armar una impresora 3D, por lo menos en cuanto a la estructura básica y por supuesto tomando el ejemplo de mi impresora (pueden haber otras configuraciones, claro está). Luego postearé otra nota sobre el firmware, con algo mas de detalle.
In this post I'll try to explain you in a simple way the electronics needed in a normal 3D printer like the Prusa Mendel or Prusa i3. Regarding the firmware, I'll give you a short introduction here and later I will publish a full note regarding how to deal with it.

Así pues, la electrónica en una impresora 3D está compuesta básicamente por: un microprocesador (en este caso el sistema Arduino), los controladores de los motores paso a paso (Pololu o A4988), los motores en si mismo (motores tipo NEMA 17), una especie de puente para conectar los controladores  (llamado RAMPS), los interruptores de fin de carrera (endstops), la fuente de energía y el sistema de control de temperatura del hotend y la mesa de impresión (incluido en el RAMPS).
So, the electronics on a 3D printer are basically divided in: processor (Arduino brain), the motor controllers (Pololu or A4988), the motors (normally type NEMA 17), a kind of interface for the motor controllers (i.e. RAMPS 1.4), the endstops, the power source, and the controlling system for the hot-end and the heated bed (included in RAMPS).

1) Procesador / Processor (Arduino)
Se puede encontrar un monton de información de Arduino en la web, así que no me voy a complicar mucho aquí... pero básicamente se trata de una interfaz con microprocesador de concepto open-source que permite leer entradas y activar salidas, las cuales pueden ser analógicas o digitales. 
Arduino no es solo una interface, pero casi una microcomputadora independiente. Se le puede grabar un programa (firmware) y correrlo independientemente de si Arduino está conectado a una PC o no. Arduino es el cerebro de la impresora.
Hay diferentes versiones de Arduino. La mas usada para impresoras 3D es la Arduino Mega.
You can find plenty of information about Arduino on the web, but basically is a open-source microprocessed interface that allows to activate outputs or read inputs, either analogic or digital.
Arduino is not just an interface, but an independent microcomputer. A program can be saved and run independetly of the connection with the PC. Arduino is used as the "brain" of the printer.
There are different Arduino versions. The most used Arduino for 3D printing is the Arduino Mega

2) Motor controllers (Pololu / A4988)
Arduino actua sobre las entradas/salidas, pero para poder mover los motores se necesita un controlador específico. Estos controladores normalmente son pequeños circuitos con poco mas que un microchip y algunos componentes extra.
La selección del controlador dependerá del tipo de motor usado (por tamaño y cantidad de polos) y principalmente por la corriente que se quiere manejar.
En el mundo de las impresoras 3D, los controladores mas conocidos son el Pololu y los basados en el chip A4988, que van bien para motores NEMA 17.
En una impresora como la Prusa Mendel o la i3, se necesitan 4 controladores mas allá de que se usen 5 motores, ya que para los dos motores que controlan el carro vertical se usa el mismo controlador.
Arduino acts on inputs/outputs, but to move the stepper-motors of the printer you need to have specific motor controllers. These controllers are normally very small circuits, with one microchip and very few aditional components.
The controller selection will depend on the stepper motor used (size, poles), and the current to be driven.
In the 3D printing world the Pololu controllers or the A4988 are the most known. Both works fine for NEMA 17 motors.
In a printer like the Prusa i3 you need 4 motor controller even though there are 5 motors (the two motors used for the vertical axis are driven by the same controller).

3) Motors (NEMA 17)
Los motores mas usados para mover los carros de la impresora son del tipo paso-a-paso (stepper), normalmente en tamaño NEMA 17 (aunque se pueden usar otros tamaños o motores recuperados de impresoras de tinta). Se puede encontrar mucha info de estos motores en Google.
The motors used to move the carts in each axis are stepper motors, normally type NEMA 17 (which defines the dimension of the motor). You can find plenty of information in Google regarding stepper motors.

5) RAMPS 1.4
Este es el nombre de la placa que se usa como intermediario entre los controladores de motor y Arduino. Justamente hace las veces de "rampa", de ahí su nombre. Pero además de dar soporte a los controladores de motores incluye los sistemas de control de temperatura del hotend y de la mesa caliente.
This is the name of a circuit board that is being used to mount the motor controllers on top of the Arduino. It's in some way a "ramp", between Arduino and the controllers, but apart of giving connectiong for the motor controllers it also includes the circuitry for controlling the heating systems.

6) Endstops
Los endstops o interruptores de fin de carrera son simplemente switches que se usan para detectar cuando uno de los carros llega al final de su recorrido. Estos pueden ser mecánicos u ópticos (opto-endstops).
The endstops are just simple interruptors (switches) used to detect the end of the displacement of each carriage (or each axis) of the printer.
The endstops can be mechanic (switch) or optical (opto-endstops).

7) Firmware
El firmware es el programa escrito en la memory de la Arduino, encargado de leer el gcode (el código del programa CNC con la información de la impresión) y de actuar sobre los inputs/outputs de Arduino para mover los motores, leer los endstops o activar el hotend.
The firmware is the program written in the memory of the Arduino board, and is the one in charge of reading the gcode (cnc program of our model to be printed) and acting in the inputs/outputs of the Arduino board to move the motors, read the endstops or activate the heating systems.