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.

PRUSA i3 by diegudio - 2da entrega - Detalles constructivos

PRUSA i3 by diegudio - 2nd Delivery - Building details

Les dejo algunas fotos de la evolución de la construcción de mi Prusa i3. En general casi todo se puede hacer siguiendo otras impresoras, pero sí que he tenido que hacer algunas modificaciones, ya sea para solucionar problemas que aparecían o a modo de mejoras.
I leave you here some pictures of the evolution of the construction of my Prusa i3. In general, almost everything can be done just following other construction blogs, but I do needed to implement some modifications, either to solve some problems that were appearing, or just as improvements.

Por ejemplo, el corte que tiene el marco principal en la zona central para que pase la correa del eje Y tuve que agrandarlo porque no solo tocaba la correa con la madera sino que tampoco pasaba el soporte que fija la correa a la mesa (2a y 3a foto).
For example, the cut in the main frame at the central location to allow the belt of the Y axis to go through was not big enough as both the belt and the belt fixation were clashing (2nd & 3rd picture).

NEMA 17 Stepper Motor 42BYGHW811 Technical Specs

The data from the motors that I'm using for my Prusa i3 just in case you need them (or myself in a future).
 

P/N:	42BYGHW811
Frame:	NEMA17
Step Angle:	1.8 degree
Voltage:	3.1 V
Current:	2.5 A/phase
Resistance:	1.25 Ohm/phase
Inductance:	1.8 mH/phase
Holding torque:	70 oz.in
Rotor inertia:	68 g.cm2
Detent torque:	280 g.cm
Number of wire leads:	4
Weight:	0.34 kg
Length:	48 mm

http://www.wantmotor.com/ProductsView.asp?id=156&pid=80

PRUSA i3 by diegudio - 1a Entrega

PRUSA i3 by diegudio - 1st Delivery

Como mencioné en el último post relacionado con la impresora 3D, voy a poner en stand-by el proyecto "diegudios" dados los problemas que encontré en el desplazamiento de los carros horizontales. Así que mientras que se me ocurre cómo solucionarlo, he decidido montar una Prusa i3 (iteración 3) para lo cuál me he comprado las partes impresas por ebay.
As I mentioned in the last post related to the 3D Printer, I'll put in stand-by the "diegudios" conceptual printer because of finding some issues with the sliding of the horizontal carts. So I've decided to spend some time building a Prusa i3 frame with printed parts bought in ebay.

Lo bueno de la Prusa i3 es la reducida cantidad de piezas que tiene el concepto, si se lo compara con otras impresoras. Por si esto no fuera suficiente, se consigue un marco muy fácil de armar con una rigidez estructural correcta.
The good thing of the Prusa i3 is the reduced amount of parts that the concept has, compared to other concepts. As a result you can get a very easy-to-assemble frame with a good structural stability.

DIEGUDIOS - Impresora 3D RepStrap - 5a entrega

DIEGUDIOS - Impresora 3D RepStrap - 5th delivery

Después de varias pruebas fallidas he decidido cambiar la configuración de la mesa X-Y de la impresora. Estos fallos se debieron principalmente a que el desplazamiento del carro Y lo realizaba con la correa descentrada de las guías (por fuera de estas digamos) y esto inducía un momento sobre los patines de las guías que no era bien recibido por estas. En otras palabras, este momento en el plano generado por la desalineación de la correa con la guía generaba una resistencia al avance del carro, y hacía imposible moverlo con el NEMA17. Supongo que partiendo las guías en dos partes y separando cada barra (separando los patines) se ganaría una mejora en "capacidad de absorber momento", pero entonces tal vez ya no sería necesario porque habría sitio para meter la correa por entremedio de las guías (y el diseño tipo L de mi impresora ya no valdría mas).
After several failed tests I've decided to change the configuration of the X-Y table. The tests were failing because with the igus guides the motors should push/pull from the center of the guide, if not, they will induce a moment in that will add some resistance to the advance of table. In other words, the igus guides doesn't like so much to handle the advance and also an in-plane moment (at least no in this configuration, but I guess that if I split the guide in two pieces to separate the skids, then the in-plane moment could be handled better, but at the same time the separation of the guides will give some space extra to put the belt in between them)...

Así que he decidido mover el eje Y al brazo donde antes tenía solo el extruder. Y seguramente a estas alturas te estarás preguntando si eso no sería trasladar el problema al eje Z; pues la respuesta es no, porque el eje Z al ser movido por el tornillo (husillo) tiene mucho mas poder de empuje y entonce el NEMA17 es suficiente para manejar el extra de resistencia al avance que se genera por tener todo el peso de la guía Y, el motor Y y el extruder "colgando" del brazo.
So, I decided to move the Y axis to the arm where I use to have the extruder. You will be wondering: but this will shift the problem to the Z displacement?... actually, not, because the Z cart is driven by the threaded bar (spindle), and the spindle has much more pushing/pulling power than the belts, so it can handle perfecly the extra resistance to the advance of the Z cart due to the in-plane moment generated by the Y-axis, the Y-axis motor and the extruder hanging from the arm.

Finalmente el problema del avance del eje Y fue solucionado, al menos en lo que al momento respecta, y ya estaba en condiciones de realizar mi primera impresión, que, por supuesto, no fue satisfactoria (¿¿¿alguna vez alguien imprimió de primeras sin problemas???); las correas pareciera que no están suficientemente tensionadas y algunos pasos del desplazamiento X-Y se saltan, y también tengo problemas con el eje Z porque la tuerca del husillo está fijada de muy mala manera y se mueve.
Finally, the problem of the advance of the Y-axis is solved, and I was able to do my first printing test, but I'm afraid it was not satisfactory (did anybody have a first satisfatory printing???); the belts are not tightened enough and I have some jumps on the X-Y displacement, and the Z axis is also unstable because the spindle is captured by a nut that is well supported (yet).

 

 

DIEGUDIOS - Impresora 3D reprap - 1ra entrega

DIEGUDIOS reprap 3D printer - 1st delivery

He estado pensando en hacerme mi propio mini centro de mecanizado por control numérico (CNC) desde hace mucho tiempo, pero por cuestiones de falta de espacio, ruido y suciedad generadas ha sido un proyecto que siempre ha estado en stand-by... hasta que he descubierto el mundo de las RepRap y la posibilidad de hacerme mi propia impresora 3D y el sueño del CNC ha recobrado vida.
I've been thinking in having my own CNC almost since the beginning of time, but due to space, noise and dirt reasons I keep it in stand by for the future... until I discovered the RepRap world and the possibility of having my own DIY printer and the dream of CNC came back again.

Por un lado pensaba "vete a lo seguro, compra un kit" y por otro pensaba "no, tenés que hacertelo vos mismo"... y como se pueden imaginar, la batalla la ganó el "hazlo tu mismo" así que aquí estoy presentando mi propio diseño de RepRap que he dado a llamar "diegudios_printer".
One part of me was saying "go for the safe, buy a kit", and the other said "no man, do-it-yourself"... as you can imagine, the DIY won the battle and here I'm presenting my own design called "diegudios_printer".

...y si, todavía se trata de un diseño pero la idea general está ahí, y tiene como filosofía principal encontrar un concepto robusto y sencillo con la menor inversión posible.
... and yes, it's still a design, but the general idea of the printer is there, and it's 100% oriented to finding a strong, robust frame with the less money investment possible.

Como pueden ver en las imágenes de mas abado, el diseño es similar a las máquinas de CNC caseras. No tengo ni idea si hay una versión oficial RepRap de esta configuración, pero si no lo hay, tal vez esté creando uno ahora mismo.
As you can see in the pictures, the design is more similar to those of the home-made CNC machines. I don't know if there is an "official" RepRap name to this kind of configuration. In case not, maybe I´m creating a new now.

Algunas características:
Some characteristics: 

- La estructura (o cuadro) está formado por una L con dos tacos de madera de 80x80mm de sección.
- The frame is based in a L-shape done with (probably) two pieces of 80x80 wood.

- La mesa de impresión (calefactada) se desplaza en los ejes X e Y (plano horizontal)
- The support bed (heated) is sliding in X & Y direction (horizontal plane)

- El cabezal de impresión (hotend) se ubica en el brazo deslizante en el eje Z, cuya guía se aloja a su vez en el poste vertical de la L del cuadro.
- The hotend will be located in the Z-sliding-arm, that will slide along the vertical part of the L-frame.

- La idea es dejar el extruder (alimentador de filamento) fijo, tal como se hace en los modelos Rostock, y solamente alojar el cabezal en el brazo Z.
- The extruder will be fixed (as in Rokstock configuration) - only the hotend will move.

- El movimiento de los carros X e Y se realiza a través de correa dentada T2.5. La transmisión de movimiento en el eje Z se realiza con un eje roscado (M6 o M8, a definir).
- X & Y transmission is done with T2.5 belts, Z transmission is done by threaded shaft (M6 or M8)

- Los 3 carros deslizan sobre guias tipo DryLin W de doble raíl de la marca IGUS, con patines sintéticos sin necesidad de lubricación.
- All 3 axis sliding devices are IGUS DryLin® W double-rail, with non-lubricated skids.


La idea de usar esta configuración es reducir las "masas suspendidas"... en otras palabras, desplazando la mesa de impresión tanto en X como en Y reduzco los componentes que de otra manera deberían izarse en el eje Z. Así pues, en el eje Z solo desplazo el cabezal de impresión, reduciendo el momento flector del brazo Z y por tanto la complejidad, al necesitar un carro Z menos rígido que otras configuraciones.
The idea of using this configuration is to reduce the "suspended masses" --> By moving the bed in X & Y at the same time, I reduce the components that are moved in the Z direction. Even more, with the fixed position of the extruder, the only mass moved in Z is the hotend, reducing bending of the Z-sliding-arm.

La rigidez de la mesa de impresión cuando se desplaza fuera del plano Z-Y (flotando en dirección X) se garantiza a través de la propia guia IGUS y además de una base que hace de soporte (madera de 10mm de espesor).
The stiffness of the bed when displaced outwards the frame (Y direction) is guarantee by the igus rail, which is an aluminium profile and gives extra-strength to the 10mm-thick-wooden base in which it's located. 

Los raíles y los patines son relativamente económicos y fáciles de mantener, y a priori creo que van a ayudar a proveer una buena rigidez para las masas suspendidas (motor del sistema de desplazamiento transversal, o eje X).
The rails and the skids are quite cheap, easy to mantain and (I guess) they will provide a good strength for the suspended masses (X-transmission motor). 

Dado que la velocidad de desplazamiento en Z no es prioritario (solo se avanza lentamente y pocas veces comparado con los desplazamientos en X e Y) he decidido utilizar un eje roscado para realizar la transmisión y de esta manera lograr también tener mayor precisión y al mismo tiempo reducir costos al no precisar correas, poleas y rodamientos. Incluso no necesito ningún tipo de alineación entre el eje roscado, el carro y el motor ya que el guiado del carro se garantiza por las guias IGUS, así que el eje roscado puede tener cierta desalineación.
As the speed in Z direction is not a priority, I decided to use a threaded shaft for the displacement instead of the belt, so I can get a better precission, and at the same time I reduce the total price by saving in belts, belt pulley and bearings. I don't need to "align" the threaded shaft because the Z-sliding-arm is aligned by the igus profile.

Además, mi configuración solo necesita 4 motores (en vez de los 5 típicos de una Prusa Mendel) ahorrando también costos en esto.
In addition, my configuration has the advantage of using 4 stepper motors instead of 5,(as in a Prusa Mendel) saving some money there.

Por supuesto, solo sabré si todas estas suposiciones son ciertas cuando ponga la impresora a trabajar...
Of course, I won't see if all this assuptions are true until I put this to work... 

El paso siguiente será definir la electrónica (tengo una Arduino Mega en casa, así que trataré de buscar algo que la aproveche y así ahorrarme unos euros mas).
The next step is to define the electronics (I have an Arduino board at home, so I'll find a configuration to use the arduino and save some more money)...

Por supuesto, si la configuración funciona, compartiré la experiencia y el diseño (incluyendo el modelo 3D para quien lo quiera).
Finally, if this works, I'm open to share my design (including the 3D model) to whoever is interested.

Motor paso a paso 24BYJ01

Stepper motor 24BYJ01

Probablemente se trate del motor paso a paso más común o más fácil de encontrar, ya que lo venden los chinorris por ebay a menos de 3€ con el envío incluido... creo que por tamaño y precio es ideal para empezar a hacer algunas cositas con Arduino o incluso hacer un CNC casero a escala.

Probably this is the most common, known and easy to find stepper motor, because it's sold in ebay and the chinese guys will send it to your address for less than 3€. I think that for size and price is ideal to start doing some funny things with Arduino, or even a small scale home-made CNC machine.

Les dejo aquí los datos técnicos, las dimensiones y el conexionado. Los datos para el motor de 5VC, aunque también se puede conseguir en 12VC. Como se puede ver en la imagen del conexionado, se trata de un motor unipolar.

Here you can find the technical data, dimensions and the wiring. The data sheet is for the 5VDC, but you can also find this motors for 12VDC. As you can see in the wiring diagram, it's an unipolar motor.
 

  

• Rated voltage: 5VDC
• Number of Phase: 4
• Speed Variation Ratio: 1/64
• Stride Angle: 5.625° /64
• Frequency: 100Hz
• DC resistance: 50O±7%
• Idle In-traction Frequency: > 600Hz
• Idle Out-traction Frequency: > 1000Hz
• In-traction Torque  >34.3mN.m(120Hz)
• Self-positioning Torque >34.3mN.m
• Friction torque: 600-1200 gf.cm
• Pull in torque: 300 gf.cm
• Insulated resistance >10MO(500V)
• Insulated electricity power: 600VAC/1mA/1s 
• Insulation grade: A 
• Rise in Temperature <40K(120Hz)
• Noise <35dB(120Hz,No load,10cm)
  

Si te interesan los paso-a-paso pero estás medio perdido, te recomiendo que leas el siguiente tutorial: http://www.todorobot.com.ar/informacion/tutorial%20stepper/stepper-tutorial.htm