The Brain

As coisas tem evoluído rápido com a impressora, acho que passando as dificuldades iniciais a coisa está caminhando. Pode ser também porque acabou a mecânica e começou a parte eletrônica, com a qual eu estou muito mais familiarizado :)

A maior parte das controladoras de RepRap são baseadas no ecossistema ARDUINO, a descrição oficial é "plataforma de prototipagem eletrônica", mas estou chamando de "ecossistema" por que está na moda. Vejam os ecossistemas Apple IOS ou Google Android.

Justifico o apelido; O ecossitema Arduino é composto por várias Boards (Arduino Uno, Arduino Leonardo, Arduino Mega), vários shields (Relay, Ethernet, Motor etc), um IDE e uma linguagem de programação. ou seja, Software, Hardware e Applicações  exatamente como nos Smartphones :))

As Boards, são basicamente pequenos computadores (MCU), que contam com os sistemas básicos de processamento, memoria, comunicação e I/Os (entradas e saídas genéricas), as várias versões contam com diferentes quantidades de memória, capacidade de processamento e quantidade de I/O. assim podemos selecionar a mais conveniente para cada caso.

Só para se ter uma idéia, um Arduino Mega como da foto, roda a 16Mhz e tem 256Kbytes de memoria "ROM", comparando com os computadores atuais parece bem pouco, mas é quase quatro vezes um PC XT quando foi lançado, isso sem contar que a própria arquitetura destas CPU é mais eficiente que a do velho 8086 usado no PC.

Os Shields são expansões das boards que tem recusos específicos, por exemplo o Shield Ethernet adciona às boards a capacidade de conectar-se à internet, da mesma maneira o Shield Motor permite controlar motores a partir do Arduino. Existem inumeros Shields no mercado, desenvolvidos pela comunidade Arduino ou mesmo por terceiros, disponibilizando uma imensa variedade de recursos. Desde simples teclas e leds até GPS ou comunicação wireless. Os Shield são acumulativos (dentro de certos limites), de forma que se eu quero duas funções, basta adicionar os dois Shields. O interessante é que sempre que alguem lança um novo Shield, lança junto bibliotecas para a linguagem de programação, de forma que utilizar o novo Shieid é simples e não demanda conhecimento detalhado que como aquela tecnologia funciona.

 

Na foto um Arduino Mega com 3 Shields.

O IDE e a linguagem de programação são padronizados, de forma que independente da Board ou do Shield usado a forma de programar é a mesma, isso diminui a curva de aprendizado e a passagem de um projeto para outro ocorre com muita rapidez.

As controladoras de RepRap baseadas em Arduino acabaram seguindo duas filosofias. Algumas foram desenvolvidas como um Shield para ser conectado ao Arduino, em geral se usa o Arduino Mega, dado a grande demanda de memória e capacidade processamento dos "Firmwares" para RepRaps. Esse é o caso da RAMPS, uma das mais famosas que segue essa filosofia. A grande vantagem é que por ser padrão e open source, é facil encontrar Arduinos (e seus clones) a preços interessantes. O uso de um Shield também permite flexibilidade em uma possível troca de Board no futuro, caso seja necessário mais processamento ou memoria para tratar novos recursos. Abaixo uma foto da RAMPS, sem os drivers de motor de passo.

A segunda filosofia é a "all in one" onde a parte da Board e do Shield estão montados em uma única placa, de forma que a solução pode ser otimizada em termos de espaço e de custo, em geral uma placa única será menor, mais optimizada e e mais barata que a combinação Arduino + Shield. seguem esta linha placas como a SANGUINOLOLU ou a GEN7.

Esta é uma Sanguinololu já com os Drivers de motor de passo instalados.

Minha busca por um cérebro para a impressora me levou até a placa GEN7v1.2BR2, placa desenvolvida pelo Grupo de Estudos RepRapBR, baseada na GEN7v1.2. A ideia de ter uma versão nacional veio da necessidade de utilizar conectores e componentes fáceis de encontrar no mercado brasileiro.

A GEN7BR (assim como a GEN7) foi desenvolvida com o intuito de poder ser fabricada em casa, tanto na montagem, pois não usa componentes SMD, quanto na fabricação da própria PCI. As trilhas são grossas e a placa pode ser feita em face simples.

Apesar dessa filosofia de simplicidade, ela é capaz de controlar todos os recursos de uma impressora padrão, como 3 eixos, 1 extrusor, 1 mesa aquecida, sensores de fim de curso máximo e minimo para cada eixo e 1 ventilador com velocidade variável para resfriar a peça. Ela ainda tem um processador capaz de rodar a 20Mhz, o que pode ajudar a conseguir boas velocidades na impressora.

Como eu já passei da idade de ficar com as mãos manchadas de percloreto de ferro, eu comprei uma PCI fabricada e fiz a montagem em casa, à um custo de menos de 50% de comprar a placa montada.

Na foto faltam os Drivers para os motores de passo e o processador. Os conectores que não montei serviriam para alimentar a impressora com uma fonte de PC, mas como vou usar uma fonte 12V eu montei apenas o borne azul na parte inferior esquerda.

Chamei a controladora de cérebro da impressora, pois a placa tem todos os recursos para receber os dados do computador e acionar os motores e aquecedores da impressora. Sendo assim o Firmware é a inteligencia. É o Firmware que interpreta os comandos, calcula os movimentos e comanda os motores. O firmware ainda mede as temperaturas do bico e mesa e aciona os aquecedores para manter as temperaturas conforme definido para fabricação do objeto.

Parece simples, mas na realidade o computador informa apenas a posição de destino dos eixos e as temperaturas desejadas, a impressora faz todo o cálculo do melhor caminho, sentido e quantidade de passos dos motores e acelerações/desacelerações. Além de implementar dois controles PID para manter as temperaturas constantes independente da demanda ou  fatores externos. Por exemplo, quanto mais rapido o filamento é derretido, mais o bico esfria e mais energia tem que ser entregue de forma a manter a temperatura.

Existem vários firmwares para Repraps, eu fiquei em duvida entre dois. O Marlin e o Repetier-Firmware, aparentemente ambos descendem do Sprinter, tem características similares e são bastante usados no Brasil, acabei optando pelo Repetier-firmware pois ele tem o "par" Repetier-Host, falo mais disso daqui a pouco.

Com a placa montada, um punhado de conectores colocados nos cabos, e o firmware instalado na placa eu estava pronto para ligar a impressora e ver se ela "aceita" algum comando.

As RepRaps aceitam comandos no padrão G-code, esse padrão é largamente usado em maquinas CNC, fresadoras, maquinas de corte a Laser, tornos e etc. Faz todo o sentido usar isso para uma maquina tão parecida com uma maquina operatriz. Longa historia contada de forma curta, G-code são os comandos que dizem para a maquina qual movimento fazer e com qual velocidade,  por exemplo  G1 X90.5 Y15.3 F1500 seria: mova a ferramenta (neste caso a extrusora) para a posição 90.5mm no X e 15.3mm no Y, a uma velocidade de 1500mm/min.

Muito legal isso, mas ficar dando comandos para a impressora escrevendo tudo isso não é lá muito pratico, ai é que entram dois tipos de software fundamentais para as impressoras 3D o Slicing sotfware e o G-code Sender. 

O Slicing software carrega um arquivo CAD em 3d (normalmente é usado o formato STL) e "fatia" a peça em camadas, gerando um arquivo com os G-codes para desenhar cada camada, uma sobre a outra.

O G-code Sender é um pouco mais que o nome diz, claro que a principal função dele é abrir o arquivo G-code e enviar linha a linha para a impressora, mas ele também permite controlar manualmente a impressora, assim como setar uma série de parâmetros e condições de operação.

Eu estava interessado em testar a impressora, pelo menos movimentar os eixos, ligar os aquecedores e ver o que acontecia. Como disse lá atrás, optei pelo repetier-firmware pois ele tem um parzinho chamado Repetier-Host, que é exatamente um G-code Sender, ele ainda trás na instalação um Slicing software o Slic3r. DEpois de brigar um pouco para instalar esses softwares na maquina Linux que estou usando eu estava em condições de testar minha impressora.

Mas ai, já é tema para outro post, até lá!

  

Igor, I need a Brain!

A montagem progrediu muito bem, na verdade conforme a gente "pega o jeito" acaba nem precisando consultar tanto a lista de materiais e o manual de montagem. Tudo bem que conforme a confiança aumenta a gente faz mais besteiras. Eu por exemplo já sabia que todos os parafusos M3 eram cabeça alen então fui montando, quando fui colocar os cabos flat no x-carriage, descobri que não tem espaço para apertar os parafusos, pois a chave alen não entra entre o carro e o frame, consultei a lista de material e guess what??? lá dizia parafusos cabeça sextavada, DÃÃÃÃ......

Bom, prestando um pouco mais de atenção nesses detalhes continuei a montagem, acabei mudando um pouco a ordem pois estavam faltando algumas coisas e fui montando o que deu.

Meu passo seguinte foi colocar os motores e correias dos eixos X e Y

Os mais atentos vão perceber que as correias são brancas, e não pretas como as correias das impressoras Epson que eu desmontei no começo deste blog.

Essa história é longa e foi um das decisões difíceis durante o processo de montagem. Queria usar as correias e motores da Epson, vocês acompanharam todo o processo para modificar os motores para acionamento bipolar e poder utilizá-los na impressora. Além disso, existe a "crença" que as correias e polias do tipo GT2 (usadas na Epson) proporcionam melhor "qualidade de impressão" que as correias T5 originais do projeto Mendel90 ou T2,5 também encontradas no Brasil.

Tudo começou quando fui montar a correia do carro X, ao fixar o motor no lugar e esticar a correia verifiquei que a polia não ficava alinhada com o "idler" e com o carro, isso acontecia pois o eixo do motor é curto, a polia ficou um pouco escondida dentro do suporte do motor. Verifiquei o eixo Y e encontrei o mesmo problema.

Nesse momento eu tinha 3 opções:

1 - Adaptar os suportes dos motores, de forma a "trazer" o motor para o alinhamento necessário. Essa adaptação não seria trivial, pois eu precisava trazer o motor cerca de 4 a 5 mm para frente no eixo X o que me obrigaria a refazer o suporte do motor, no eixo Y parecia um pouco mais facil, mas eu precisaria refazer os furos onde estão presos o y-idler e os prendedores da correia na mesa, ou seja levando a correia para mais perto do motor, mas ainda correndo o risco dessas peças interferirem com outras durante o movimento. Descartei essa opção.

2 - Trocar os motores e utilizar as correias e polias da Epson (GT2). Essa opção passava por retirar as polias dos motores Epson e colocar em outros motores com eixos mais longos, me pareceu possível já que eu tinha os motores.

3 - Trocar os motores, utilizar as polia impressas que vieram no meu kit de peças plásticas e comprar correias T5. Fiquei preocupado com a "perda de qualidade de impressão" e desisti dessa opção logo de cara.

Optei pela opção 2, achando que era um contratempo menor e como eu tinha os motores, não me atrasaria muito. Mais uma lição aprendida, nem tudo é simples como parece..... As polias dos motores da Epson são presas por "interferência" ou seja o eixo é encaixado no furo da polia que é bem justo e apenas isso, elas ficam presas pelo atrito entre o eixo e a parede interna do furo.

Tentei tirar as polias de todas as maneiras que conhecia, imaginei ou encontrei na internet. Por mais força que eu fizesse não movimentei as polias nem 1mm do eixo. Cheguei a fabricar a "ferramenta" da foto em aço inox para ajudar no trabalho.

Mesmo assim não consegui e tive que desistir dessa opção antes que eu quebrasse as polias ou estragasse os motores, pensei então em comprar polias GT2 mas o preço me pareceu abusivo, estava desanimado e resolvi estudar um pouco.

Correias GT2 tem passo de 2mm ou seja a distancia entre dois dentes é 2mm, correias T5 tem passo de 5mm e da mesma maneira correias T2.5 tem passo de 2,5mm. A conclusão obvia é que a resolução da impressora é melhor com correias GT2, mas!!!! não é bem assim. As polias usadas na Epson (assim como as mais comuns à venda)  tem 20 dentes, ou seja para cada volta do eixo do motor temos 20 passos de deslocamento, o que representa 20 x 2 = 40mm de deslocamento da correia e consequentemente do carro. Como o motor tem 200 passos por volta temos 40/200 = 0,2 mm/passo, quer dizer que sem contar microsteps o menor movimento da impressora no eixo X ou Y (resolução) é de 0,2mm.

Agora,  a correia T5 tem distancia entre dentes de 5 mm e as polias impressas tem 8 dentes o que dá incríveis 40mm por volta !!!; ou seja, rigorosamente a mesma resolução. O mesmo acontece com a correia T2,5 pois as polias mais comuns tem 16 dentes. Descoberta interessante e poderia mudar minha decisão, mas achei que valia a pena pesquisar um pouco mais. Outros fatores afetam a qualidade de impressão, a excentricidade da polia é um deles, se o furo estiver fora do centro ou a polia não for perfeitamente redonda alguns passos terão um pouco menos de 0,2mm e outros terão um pouco mais (raio da polia diferente, leva a deslocamento da correia diferente). Nesse quesito as polias para correias T2.5 e GT2 são industrializadas, feitas em alumínio e por isso são muito uniformes, já as T5 foram impressas e sua qualidade depende de quão bem ajustada e calibrada foi a impressora usada, nesse quesito temos um ponto positivo para as correias T2.5 e GT2, claro que existem polias T5 em aluminio e de alta qualidade, mas a maior vantagem das correias T5 é justamente ser possível imprimir as polias.

Outro fator importante para a qualidade de impressão é a folga na correia. Em principio, pode-se pensar que quando a polia traciona a correia, se esta estiver suficientemente esticada não vai haver folga. Acontece que ao inverter o sentido do movimento (quando o carro começa a voltar) a folga entre os dentes da polia e da correia aparece, essa folga (conhecida pelo termo backlash) causa diferenças entre o posicionamento "indo" e o posicionamento "voltando". Aquele ajuste disponível nas impressoras jato de tinta, onde umas barrinhas são impressas e você escolhe o número que tem melhor alinhamento existe justamente para compensar o "backlash". As correias T5 e T2.5 tem dentes trapezoidais (fig. 19j), projetados para transferir torque de forma eficiente, já as correias GT2 (fig. 19g) tem o desenho dos dentes otimizados para melhorar o "encaixe" na polia, minimizando as folgas. Ou seja as correias GT2 foram desenvolvidas para posicionamento linear, enquanto as T2.5 e T5 foram desenvolvidas para manter peças rodando sincronizadas. Ponto positivo para GT2.

Pondo tudo na balança, comprei um retalho de 1,2m de correia T5 x 16mm, que foi cortada em três pedaços de 1,2m x ~5 mm,  pelo mesmo preço de apenas uma polia GT2. Usei dois pedaços e um está guardado. Também encomendei pela internet um pacote de 10 polias GT2  e um extrator de engrenagens, pois não desisti de usar as correias GT2 no futuro.

Depois dessa longa historia, continuei com a montagem. Próximo passo.... extrusor. Existem muitos modelos de extrusores e também de "bicos" (hotend), eu usei o extrusor do projeto original e escolhi o bico J-Head. O meu é versão J-Head mk V-BV, como é um projeto open source existem muitos fabricantes e fornecedores, mas é um projeto complexo, então é necessário tomar cuidado. Já ouvi relatos de pessoas que compraram hotends J-head mas aparentemente estes não seguiam todas as especificações e tiveram problemas, eu comprei neste site, que é um dos fornecedores listados na Wiki da reprap.org, a qualidade de fabricação é surpreendente.

O hotend tem uma pequena montagem, usei o video neste link como referência e o resultado foi bom, a única diferença é que "mumifiquei" o bloco aquecedor com fita veda rosca, essa é uma pratica comum aqui pelo Brasil com o intuito de isolar um pouco mais a parte quente do bico e segurar os fios no lugar. vejam um filminho do teste que eu fiz.

Tendo o hotend pronto, montei o extrusor, a montagem é simples, mas requer cuidado pois o extrusor é a parte que esta sujeita aos maiores esforços, além de um motor de torque alto ele tem uma grande redução. Isso é necessário para a empurrar o filamento de diâmetro 3mm, para dentro do bico e forçar o plástico fundido a sair por um furo de .35mm de diâmetro, é uma redução de área de mais de 73 vezes. infelizmente eu não fotografei o processo de construção do extrusor ou do parafuso trator.

O parafuso trator é peça fundamental no extrusor, é ele que transfere o movimento do motor para o filamento. Existem parafusos à venda feitos em tornos ou maquinas CNC, eu optei por fazer o meu em casa usando o método mais comum (descrito no reprap.org, aqui), dá para ver bem neste video , a diferença é que eu usei macho M6 e uma parafusadeira com velocidade variável, e não fiz o canal antes, vamos ver o resultado na hora dos testes.

Vejam como ficou o extrusor já montado na impressora

O furinho encima do extrusor é por onde entra o filamento. Nessa impressora o extrusor é ligado via um conector DB9 ao cabo flat que transporta a alimentação e os sinais de controle. Para não soldar os fios do motor, aquecedor do bico e termistor diretamente no conector, fiz uma pequena plaquinha com outros conectores, assim posso remover qualquer parte sem precisar cortar fios ou dessoldar o conector. Essa plaquinha está no desenho original, mas não encontrei nenhuma documentação sobre ela, acabei fazendo com um pedaço de placa universal.

Mais alguns parafusos e a impressora estava pronta para fazer as ligações eletricas, decidi por colocar uma mesa aquecida para poder fazer impressões em ABS. O ABS, ao contrario do PLA retrai bastante quando esfria, e se esfriar rapidamente a peça pode deformar ou descolar camadas, a mesa aquecida mantêm a peça quente durante a impressão, permitindo que ela esfrie lentamente. Optei pela solução mais simples a PCB heated bed, que nada mais é do que uma placa de circuito impresso com trilhas longas que quando alimentadas com 12V esquentam toda a superficie.

Instalei toda a parte de fiação, a solução usada na Mendel90 conta com flat cables o que facilita e deixa a montagem muito limpa e arrumada, sem fios soltos ou pendurados. Todos os cabos terminam na lateral esquerda onde serão instaladas a fonte e a placa de controle.

 

A placa de controle decodifica as instruções de movimentação recebidas, aciona os motores e controla as temperaturas da mesa e do bico, ela é a inteligência da impressora. Assim, como diria o Dr. Frankenstein - "Igor, I need a Brain!!!" 

Bora procurar um.........

 

Montagem

Longo tempo eu não posto nada, o tempo anda curto e quando sobra algum vou trabalhando na bichinha. Enquanto resolvia o problema dos motores chegaram as peças impressas, aproveitei também para pintar o quadro e assim evitar que a umidade crie algum problema.

Eu queria as peças plásticas brancas, mas como estava difícil de encontrar quem imprimisse para mim, acabei ficando com peças azuis (escuro, porque azul bebê ninguém merece!!).

 

Pois é, pintei o quadro de preto fosco, usei tinta spray tipo automotiva. Lixei o MDF com lixa fina antes e apliquei 2 demãos de tinta, ficou bem apresentável.

Comprei as peças de uma empresa em São Paulo, foi a primeira vez que eles produziram peças para este modelo de impressora, e apesar das peças não terem função estética, a qualidade ficou bastante razoável.

Comecei montando o frame e descobri o primeiro grande erro que cometi. O arquivo que usei para cortar o frame foi desenhado para o corte em acrilico, fazendo rosca para os parafusos, como o MDF não "aceita" rosca tive que aumentar todos os furos para usar parafusos e porcas. O segundo erro que cometí foi na lista de material, usei a lista do frame de acrilico, logo os parafusos são curtos para usar porca, então alem  de aumentar os furos tive que comprar parafusos mais longos, arruelas e porcas a mais.

Tive também que colocar um "pé" no frame, já que as porcas e pontas dos parafusos por baixo deixam o frame mal apoiado, usei a mesma solução que é usada na Mendel90 com frame de ACM, coloquei dois tubos quadrados de aluminio por baixo, ficou com uma aparência boa e bem estável. Tive que fazer os furos para fixar esse tubo, já que o desenho não previa isto.

Lição aprendida, deveria ter "compilado" a impressora que ia montar com todas as variáveis ajustadas, assim teria desenhos e listas de materiais coerentes.

Uma coisa que me impressionou quando comecei a montagem é a precisão das peças impressas, vejam por exemplo o "x-end" (bloco final do eixo X, que corre no eixo Z), os rolamentos ficam presos no local apenas por encaixe, e é bastante firme.

Como comentei o tempo disponível é pouco, então priorizo montar a impressora à escrever os posts, de qualquer maneira conforme vai dando tempo vou postando o progresso.

Por hora o esqueleto da impressora já está com os três eixos montados.

Durante todo o processo estou usando o manual de montagem oficial que é muito completo e detalhado. o Manual está disponível na Wiki do site reprap.org.

Assim que tiver novidades (e tempo !!) conto mais sobre o progresso.

 

Motores, fios e bobinas

To atrasado com meus posts, ando com pouco tempo, claro que acabo priorizando a montagem da impressora ao invés de escrever.

Fiquei devendo voltar ao assunto dos motores. Esse foi, de longe, o assunto mais trabalhoso, pelo menos até agora.

O resultado das experiencias anteriores não estava muito bom, o torque do motor convertido estava muito baixo e mesmo desligado o rotor parecia um pouco preso, resolvi desmontar o motor novamente.

Olhando para o estator com seus enrolamentos e para o rotor me deu um estalo, o rotor estava preso porque liguei alguma bobina errado. Vou explicar.

Todo motor que tem imãs permanentes (como este tipo de motor de passo tem) pode funcionar como um gerador, ou seja quando giro o eixo com a mão, uma tensão aparece nos terminais das bobinas, normalmente não aconteceria nada, mas se alguma bobina estiver em curto teremos uma corrente circulando, exatamente como um gerador. nessa situação é necessário "fornecer" energia mecânica ao eixo que será convertida em energia elétrica, por isso a sensação de "peso" ao girar o eixo.

Já que tinha desmontado o motor novamente, resolvi colocar fios em todos os terminais das bobinas para poder identificar as ligações de forma correta.

 

Montei o motor e vejam só, o rotor estava "leve" de novo. Cada par torcido é uma das bobinas, usei um multímetro na menor escala de medida de resistência para identificar os fios. O problema agora é identificar que bobinas fazem parte da fase A e quais da fase B.

Dei uma pesquisada na internet para ver se encontrava alguma dica de como identificar os fios de um motor de 8 fios (que era o que eu tinha agora). Fiquei desapontado com a pesquisa, o melhor que achei foi isto, e convenhamos não é lá muito cientifico.

Estava matutando em como poderia identificar os pares de bobinas e os terminais corretos de cada bobina quando imaginei que o caso do rotor "pesado" poderia ser útil, já que se eu ligasse as bobinas em paralelo corretamente nenhuma corrente circularia e o eixo continuaria "leve". Fiz uns testes e acho que criei um procedimento mais seguro para identificar os fios.

Basta escolher uma bobina como referencia (será a Phase A) e marcar um dos fios como positivo (será o fio 1), o próximo passo é associar uma outra bobina em paralelo e girar o rotor com a mão, se estiver leve (normal) essa é a outra bobina da fase A e o fio ligado ao positivo será o fio 2. Se o rotor estiver pesado repetir o teste invertendo os fios da segunda bobina, se continuar pesado essa bobina será a primeira da fase B, basta escolher um fio para ser o fio 5.

Ao final deste processo temos duas bobinas conhecidas, as duas da fase A ou uma da fase A e uma da B.

Basta associar uma outra bobina com a primeira e repetir o teste até identificar todas as bobinas e fios.

Talvez eu escreva um passo a passo completo no futuro.

Quando estava com todos os fios identificados fui testar o motor ansioso para ver o resultado, tão ansioso que fiz uma ligação do driver errada e queimei o driver....... claro que eu não tinha outro.

Por causa dessa coisinha ai, fiquei sem saber se o motor estava funcionando como deveria.

Levou uns dias para eu receber um driver novo que comprei de um fornecedor local, mais uns dias para conseguir tempo para fazer o teste, mas no final o resultado ficou muito bom! 

Ficou tão bom que converti outro motor, agora sem colocar aquele monte de fios para fora. Seguem algumas fotos da conversão, mantendo as bobinas em série.

E um video do motor funcionando. O torque parece muito bom, vou montar a impressora com estes motores convertidos pelo menos no X, Y e talvez o Z, continuo achando que para o extruder não será suficiente, mas como medir o torque dá bastante trabalho vou testar no futuro. Se o resultado final for bom escrevo um guia para quem quiser tentar fazer o mesmo.

Bom, com esse problema resolvido, bora começar a montar a bichinha.

 

Habemus Corpore!

Semana corrida, não tive tempo de voltar à oficina e ainda andava encafifado com o motor que não funcionava como eu gostaria, quando recebo a ligação da empresa de corte a laser onde encomendei o quadro, dizendo que estava pronto.

Fui buscar os "Frames"  - no plural pois devido aos termos da negociação sairia o mesmo preço fazer um ou dois.

Serviço muito bom e rápido do pessoal da Alpha Laser, mandei um e-mail na Quarta a noite confirmando o pedido e na Sexta pela manhã eles me ligaram avisando que estava pronto.

Não resisti e rapidamente "montei" o quadro usando alguns apoios, a plaquinha quadrada no meio será a mesa de impressão.

Uhu!! vai ficar bonita. Podia ficar assim que ficaria bom, mas acho que o MDF deve variar muito com a umidade, seria mais seguro pintar para proteger e evitar algum empenamento. No final gosto das marcas queimadas no quadro, talvez se eu envernizar fique bom o que vocês acham?

Ledo Engano!!!

Comecei minha empreitada de modificar os motores unipolares retirados de impressoras matriciais achando que seria moleza.... ledo engano.

Os motores que retirei das impressoras Epson LQ são fabricados pela Shinano Kenshi, que é um grande fabricante de motores. Fico ainda mais interessado em reaproveitar estes motores, pois são motores de alta qualidade.

Os motores tem uma etiqueta com um código EM-xxx que acredito ser o código da Epson, mas em alguns deles a etiqueta mostra também o modelo (Part Number) STP-42D221

Bom, mãos à obra. Comecei pela parte mais divertida, desmontar! Tirando os quatro parafusos a tampa traseira é removida sem dificuldade, já se vê uma plaquinha onde estão soldados os fios das bobinas e o cabo de 5 fios que vai para fora do motor.

Este motor tem 4 bobinas, e no modo unipolar cada bobina tem um dos "lados" ligado ao fio comum e o outro ligado à um dos fios do motor, o fio comum é o ponto de solda maior, à direita e abaixo na foto acima.

Para transformar este motor em bipolar, precisamos refazer as conexões para que as quatro bobinas funcionem como se fossem duas. Para isso, temos que identificar os pares de bobinas que formam cada fase e associá-las em série ou paralelo. Em motores de passo a associação série das bobinas leva a um torque maior, já a associação em paralelo permite alcançar velocidades maiores. Existem outras implicações, como por exemplo se o motor foi projetado para trabalhar com 5 Volts, ligando as bobinas em série precisaremos pelo menos 10 Volts para poder acionar o motor corretamente.

Tenho visto que os motores usados nas RepRaps tem entre 2 e 3 Ohms de resistência elétrica das bobinas, este motor tem cerca de 3 ohms por enrolamento, associando em série teríamos 6 ohms o que pode comprometer a velocidade da máquina. Então minha primeira ideia é fazer a associação em paralelo, mas não tenho certeza se é a melhor opção. Depende um pouco também do que vou encontrar dentro do motor.

Retirei a plaquinha para poder refazer as ligações

Liguei as bobinas em paralelo, levando em conta os testes que eu havia feito antes de desmontar o motor, imaginei os enrolamentos e liguei os fios conforme deveria ser.

Montei o motor novamente e tive a primeira surpresa, ao girar o eixo na mão, o motor me pareceu um pouco "pesado", até meio "borrachento" fiquei imaginando se eu teria deixado cair algum fragmento de solda ou algo dentro do motor, ou se o fato de abrir o motor teria desalinhado alguma coisa, o que seria bem pior.

mesmo assim liguei o motor no circuitinho de teste que montei usando um "driver" tipo StepStick e coloquei o motor para girar.

Não é que funcionou! vejam que ele para exatamente no mesmo lugar depois de 200 passos (1,8° por passo). Fiquei contente que o motor está rodando, mas quando coloquei a mão minha alegria foi embora! O torque estava tão pequeno que o motor parava apenas de colocar a mão e além disso o motor estava esquentando bastante.

Fiquei pensando se eu realmente tinha derrubado algo dentro do motor ou se seria outra coisa, mas era tarde e a cabeça funciona melhor depois de uma boa noite de sono. Fui dormir frustrado.

To BEpolar or not to be? that's the question!

Depois da aventura da semana passada em busca de sucata resolvi o problema das guias e fui conferir os motores.

Os motores são itens críticos nas RepRaps, pois determinam a resolução (junto com as correias e polias) e a velocidade (junto com os "drivers"). Os motores usados são os motores de passo (ou step motors em inglês), motores de passo são, de forma simples, motores capazes de parar apenas em posições definidas, são muito utilizados em impressoras, robôs, drives de CD/DVD,  maquinas industriais (CNC) e até mesmo sua maquina fotográfica digital tem motores de passo.

Existem vários tipos de motores de passo conforme a aplicação e forma de construção, há muito material disponível na internet se você quiser entender um pouco mais sobre isso. (leia inclusive um artigo interessante no Laboratório de Garagem ).

Com relação à forma de acionamento elétrico do motor de passo, os mais comuns são os motores de duas fases. Existem dois grandes grupos os Unipolares e os Bipolares.

Na verdade a diferença é apenas como os enrolamentos (estatores) do motor estão interligados entre si. O nome Unipolar (um polo) ou Bipolar (dois polos) vem do fato que nos unipolares a corrente circula pelas bobinas apenas em uma direção (ex. do fio comum para a phase A+ ou do comum para a phase B- e etc.). Já nos bipolares a corrente circula em ambas as direções em cada bobina, hora da Phase B+ para a B- hora da B- para a B+.

Eles tem características diferentes o que torna cada tipo mais adequado para determinadas aplicações. "Grosso Modo" os unipolares são mais econômicos, pois os "drivers" são mais simples, já os bipolares tem torque maior (para motores de tamanhos iguais). No passado era muito comum encontrar motores unipolares, hoje em dia com o barateamento dos "drivers" em um único "chip" os bipolares tem sido mais usados.

Uma característica importante desses "drivers" novos é o recurso de "microstep" , que é a capacidade de fazer o motor parar em uma posição definida entre dois passos. Um "driver" simples para motor unipolar é realmente bastante simples, e é capaz de acionar o motor em passos inteiros ou meios-passos, os "drivers" para motores bipolares atuais conseguem acionar motores em 1/4, 1/8, 1/16 e até 1/32  !! de passo. Só para termos uma ideia, existem motores dede 7,5° (48 passos por volta) até 0,9° (400 passos por volta) - Existem com passos menores, mas não são muito comuns - motores de 1,8° (200 passos) são fáceis de encontrar e relativamente baratos. São os mais usados em RepRaps.

Um motor unipolar de 1,8° acionado a 1/2 passo terá um angulo de movimento de 0,9°, já um bipolar de mesmo passo poderia ser acionado à 1/16 de passo e ter um angulo de movimento de 0,1125° por passo !!!

Existem "drivers" capazes de fazer "microstep" em motores unipolares, mas ai deixam de ser simples e baratos, logo perdem toda a vantagem.

Bom, muita teoria a respeito motores, mas vamos ao que interessa.

Em cada impressora que eu desmontei encontrei dois motores. Um maior tamanho NEMA17 (42mm) e outro NEMA16 ou 15 (não estou certo, pode ser fora do padrão NEMA). Uma crença comum é que o numero "NEMA" define o torque do motor, na verdade o número "NEMA" apenas define o tamanho da face do motor, a distancia entre os parafusos de fixação e alguns outros parâmetros dimensionais, o torque está relacionado às características físicas do motor e elétricas dos enrolamentos. Em geral pode-se dizer que quanto maior o comprimento, maior o torque para o mesmo "NEMA" (mais longo, enrolamentos maiores logo mais torque) mas não é garantido.

O Motor grande (esquerda na foto) é unipolar, o pequeno é bipolar, não achei informação precisa na internet pois parece que esses motores são fabricados especialmente para a Epson, mas como todas as peças e suportes da Mendel90 são feitos para motores NEMA17, a escolha simples é usar o unipolar, já que o outro demandaria fazer adaptações nos suportes ou redesenhar as peças.

O problema é que é praticamente um padrão utilizar motores bipolares nas RepRaps, pois o aumento de resolução que se consegue com o "microstep" é importante para a qualidade final das peças impressas.

Ainda não sei se o torque destes motores é suficiente para minha impressora. Em geral se usam motores de no mínimo 2,5Kgf.cm para os eixos X,Y e Z e de no mínimo 4Kgf.cm para o "extruder". estimando pelo comprimento eu diria que ele serve para X, Y e Z, mas não para o "extruder".

Mas .....Como eu sei que esse motor é unipolar?

bom o desenho lá em cima mostra as ligações do bipolar (phase A+, phase A-, Phase B+ e phase B-) ou seja são 4 fios. Já o unipolar tem 1 ou 2 fios comuns (common wire no desenho acima), neste caso eles tem 5 ou 6 fios externos. Há ainda motores com 8 fios externos, que nada mais é que um motor com todas as ligações das bobinas "para fora". no caso dos motores de 6 ou 8 fios, é possível liga-los como motores bipolares.

Adivinha qual é o tipo conexão do motor unipolar que eu retirei das impressoras Epson ??? claro que é o de 5 fios, o único que não dá pra ligar como bipolar. Droga !

Aqui eu tinha algumas opções:

- Desistir destes motores e encomendar motores novos, solução fácil, mas quem disse que é divertido escolher a solução fácil?

- Procurar um "driver" para motor unipolar com capacidade de "microstep". dei uma passada pela internet e não achei nada disponível simples e barato como os "drivers" para bipolar que planejava usar. 

- Usar os  motores menores da Epson que são bipolares, aqui eu tinha duas preocupações. Uma redesenhar ou adaptar todas as peças plásticas que suportam os motores e outra se o torque destes motores seria suficiente. Principalmente porque meu conhecimento em CAD para redesenhar as peças é quase zero, desisti desta opção. Ficam os motores menores para algum projeto futuro.

- Abrir os motores e refazer as ligações das bobinas, separando os fios comuns, para transformar o motor em bipolar. Essa opção é divertida, do jeito que eu gosto !

Outro dia vi uma frase de rodapé em um post de um colega (quase como parachoque de caminhão, né?) com a qual me identifiquei. 

"Minha linguagem de programação favorita é SOLDA" - tá aí porque escolhi abrir os motores.

Bom, Domingo a noite, hora descansar e recarregar as baterias que amanhã tem que trabalhar.

Guilherme