Electrónica de la impresora 3D

En el tutorial anterior, cargamos en nuestro Arduino el firmware (Sprinter) necesario para hacer que nuestra electrónica funcione correctamente.

En este tutorial, vamos a ajustar la electrónica y a comprobar que todo funciona como debe antes de montarlo todo en la impresora, ya que si hubiera algún elemento que no funcionase adecuadamente, vamos a detectarlo ahora y nos va a ser mucho mas fácil solucionarlo que con la impresora montada, además, esto nos va a servir como ejercicio para irnos familiarizándonos con la impresora y tener mucha más soltura a la hora de enfrentarnos a posibles problemas.

Electrónica (partes)

Os pongo la imagen de un esquema general para que os hagáis una idea de los elementos que componen la impresora.

Antes de comenzar, voy a introducir los elementos que conforman la electrónica de nuestra impresora, ya que os puede ser de ayuda el conocer un poco estos elementos, sus características y las conexiones que poseen.

Arduino

Arduino va a ser la placa que controle todos los procesos de la impresora, en este caso se emplea un Arduino Mega 2560, ya que tanto por la extensión del programa que se le carga, como por la gran cantidad de entradas / salidas que necesitamos, esto no se podría hacer con otra placa Arduino.

La placa Arduino puede funcionar de dos maneras, recibiendo y ejecutando la información que le llega directamente del ordenador a través del puerto USB ó de manera autónoma leyendo los datos que le carguemos en la pantalla mediante la tarjeta SD. En este tutorial tan solo voy a trabajar de la primera forma, directamente con el ordenador, y en futuros tutoriales os diré como podéis conectar y configurar la pantalla, ya que aunque sea un elemento opcional, el tener una pantalla donde visualizar la información y desde donde poder controlar la impresora, facilita mucho las cosas.

RAMP's 1.4

La RAMP's 1.4 es el shield que le vamos a colocar a nuestro Arduino y que nos va a permitir controlar los elementos de potencia sin peligro a dañar el Arduino.

En la imagen de abajo, podéis ver de manera detallada todos los conectores y elementos que conforman la RAMP 1.4. Como elementos más destacados, podemos ver que hay espacio para 5 Pololus (driver's que gestionaran la potencia que se le entrega a los motores paso a paso), 3 Mosfet de potencia para calentar la cama y hasta 2 HotEnd`s, 1 conector para la pantalla LCD y los diferentes pines donde conectaremos tanto los sensores de temperatura como los finales de carrera.

Pololu

El Pololu es un driver que gestiona la potencia que se entrega al motor, este driver, va "pinchado" directamente sobre la RAMP's y regulará la corriente del motos mediante la variación del potenciómetro que tiene el mismo.

Existen varios modelos de pololus diferentes, aunque creo que la única duda que os puede surgir será entre los pololus que tienen 2 potenciómetros para el ajuste, en la imagen de abajo, podéis ver dos tipos diferentes de pololus, el de 1 potenciómetro basado en el A4988 y el G3D driver que posee dos potenciómetros.

Más adelante os explicaré como ajustar cada uno de estos drivers.

Motor NEMA 17

El motor NEMA 17 es el más extendido y utilizado para la creación de impresoras 3D, debido a su robustez, a que tiene fuerza más que suficiente (3.2Kg/cm) y a que es muy fácil de encontrar a buen precio.

Este motor es un motor bipolar con la capacidad de dar 200 pasos por vuelta, al exterior saca 4 hilos que dan acceso a las 2 bobinas que tiene internamente. La mayoría de estos motores usan un código de colores estándar para reconocer cada uno de los bobinados, lo normal es que los cables sean de color rojo, azul, negro y verde, correspondiendo el par (negro-verde) a una bobina y el par (rojo-azul) a la otra.

Si el motor no viene con los conectores ya preparados, y lo que trae son los cables sueltos, lo que hay que hacer es ordenarlos y ponerles un conector. El orden que seguiremos será el siguiente (Negro-Verde-Rojo-Azul), da igual el sentido en el que coloquemos estos colores, ya que luego podremos pinchar el conector de una manera u de otra, lo que si debe de seguirse es esa secuencia.

Si por lo que sea, vuestros motores no tienen esos colores, debéis de identificar las bobinas del motor. Esto lo haréis midiendo con un polímetro la resistencia del bobinado, que debería de ser del orden de 2Ω, cuando las tengáis localizadas tan solo tendréis que añadirle un conector poniendo los cables de una bobina primero y los de la otra después.

Sensor de Temperatura

En la impresora, el control de la temperatura es algo fundamental, tanto para conseguir piezas con un buen acabado, como para proteger los elementos de la misma, ya que si el HotEnd que estamos utilizando tiene partes no metálicas y superamos los 250 grados, es posible que nos lo acabemos cargando.

Para realizar el control de temperatura contamos con 2 termistores, uno que irá colocado en la cama y otro en el HotEnd. La regulación de temperatura, la hace Arduino por medio de un regulador PID que tiene programado en su interior y que funciona muy bien, llegando a estabilizar la temperatura con variaciones que no superan 1º arriba o abajo en el HotEnd.

El tipo de termistor que utilicemos debemos de indicarlo en el firmware, ya que existen muchos tipos diferentes y cada uno funciona de una manera, el termistor más común que podemos encontrar es el de 100k, que es el que aparece en la imagen.

Finales de carrera (EndStop)

Los finales de carrera son los elementos que van a indicar a nuestra impresora donde está el inicio de impresión, el punto 0,0,0. Conociendo el punto de partida, solo hay que decirle a nuestra maquina cuando se puede mover en cada dirección antes de saliste de los límites de impresión.

La impresora cuenta con 3 finales de carreras (uno por cada eje), estos finales de carrera pueden ser los clásicos finales de carrera que todos conocemos ó pueden venir formando parte de una placa (como podemos ver en las imágenes). da igual si escogemos uno u otro, van a funcionar exactamente igual, la única diferencia va a llegar a la hora de fijarlos a la impresora.

Otra cosa que hay que tener en cuenta con los finales de carrera es la forma de trabajar con ellos, hay dos posibilidades, trabajar con ellos en la posición "normalmente abiertos" (en reposo, el circuito permanecerá abierto) y en la posición "normalmente cerrados" (en reposo, el circuito permanece cerrado). Yo normalmente trabajo con los finales de carrera en "normalmente abiertos", aunque se puede trabajar de las dos formas, habrá que configurar por firmaware el modo de funcionamiento.