2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговый двигатель принтера принцип работы

Советы для начинающих. Arduino и шаговый двигатель Nema 17

Перед началом очередного проекта на Arduino, было решено использовать шаговый двигатель Nema 17.

Почему именно Nema 17? В первую очередь, из-за отличного соотношения цена/качество.

Перед подключением Nema 17, за плечами был определенный опыт работы с шаговиком 24byj48 (даташит). Управлялся он и с помощью Arduino, и с помощью Raspberry pi, проблем не возникало. Основная прелесть этого двигателя — цена (около 3 долларов в Китае). Причем, за эту сумму вы приобретаете двигатель с драйвером в комплекте. Согласитесь, такое можно даже и спалить, не особо сожалея о содеянном.

Теперь появилась задача поинтереснее. Управлять шаговым двигателем Nema 17 (даташит). Данная модель от оригинального производителя реализуется по цене около 40 долларов. Китайские копии стоят раза в полтора-два дешевле — около 20-30 долларов. Очень удачная модель, которая часто используется в 3D принтерах и CNC-проектах. Первая возникшая проблема — как подобрать драйвер для этого двигателя. Силы тока на пинах Arduino для питания не хватит.

Общие принципы работы шаговых двигателей

Внешний вид шагового двигателя 28-BYJ48 (купить на AliExpress) представлен на следующем рисунке:

Первый вопрос, который напрашивается при взгляде на этот рисунок – почему в отличие от обычного двигателя из этого шагового двигателя выходят 5 проводов различных цветов? Чтобы понять это давайте сначала разберемся с принципами работы шагового двигателя.

Начнем с того, что шаговые двигатели не вращаются, а “шагают”, поэтому они и называются шаговыми двигателями. То есть в один момент времени они будут передвигаться только на один шаг. Чтобы добиться этого в устройстве шаговых двигателей присутствует несколько катушек и на эти катушки нужно подавать питание в определенной последовательности чтобы двигатель вращался (шагал). При подаче питания на каждую катушку двигатель делает один шаг, при последовательной подаче питания на катушки двигатель будет совершать непрерывные шаги, то есть вращаться. Давайте более подробно рассмотрим катушки, присутствующие внутри шагового двигателя.


Как можно видеть из рисунка, двигатель имеет однополярную катушку с 5 выводами. Но фактически это 4 катушки, на которые нужно подавать питание в определенной последовательности. На красные провода необходимо подать +5V, на остальные 4 провода необходимо подать землю чтобы запустить в работу соответствующую катушку. Мы будем использовать плату Arduino чтобы подавать питание на эти катушки в определенной последовательности и тем самым заставлять двигатель вращаться. Более подробно ознакомиться с принципами работы шаговых двигателей можно в статье про подключение шагового двигателя к микроконтроллеру AVR.

Так почему же этот двигатель называется 28-BYJ48? Честно говоря, мы не знаем точного ответа на этот вопрос. Некоторые наиболее важные технические характеристики этого шагового двигателя приведены на следующем рисунке.

На первый взгляд от такого количества характеристик может закружиться голова, но давайте попробуем выделить из них самые важные, те, которые нам понадобятся для дальнейшей работы. Во-первых, мы знаем, что это шаговый двигатель 5V, поэтому необходимо подавать на красный провод 5V. Также мы знаем что это четырехфазный шаговый двигатель поскольку в нем четыре катушки. Передаточное число этого двигателя — 1: 64. Это означает, что вал, который вы видите снаружи, сделает одно полное вращение в том случае, когда двигатель внутри сделает 64 оборота. Это происходит благодаря шестерням, которые включены между двигателем и выходным валом. Эти шестерни помогают в увеличении крутящего момента.

Еще одним важным показателем, который нам следует знать, является угол шага: 5.625°/64. Это значит что когда двигатель сделает последовательность в 8 шагов он будет поворачиваться на 5.625° при каждом шаге и за один полный оборот он сделает 64 шага (5.625*64=360).

Расчет шагов на оборот для шагового двигателя

Важно знать, как рассчитать количество шагов за один оборот для вашего шагового двигателя, потому что только тогда вы можете эффективно его запрограммировать.

В Arduino для управления двигателем мы будем использовать 4-шаговую последовательность, поэтому угол шага будет составлять 11.25°. Поскольку изначально он равен 5.625°(приведен в даташите), то для 8 шаговой последовательности получим 11.25° (5.625*2=11.25).

Справедлива следующая формула:

Количество шагов за оборот = 360 / угол шага.

В нашем случае 360/11.25 = 32 шага за оборот.

Зачем нужен драйвер мотора для управления шаговым двигателем

Большинство шаговых двигателей будут работать только с помощью модуля драйвера мотора. Это связано с тем, что микроконтроллер (в нашем случае плата Arduino) не может обеспечить достаточный ток на своих контактах ввода/вывода для работы двигателя. Поэтому мы будем использовать внешний драйвер мотора для управления нашим шаговым двигателем — модуль ULN2003 (купить на AliExpress). В сети интернет можно найти рейтинги эффективности различных драйверов мотора, но эти рейтинги будут меняться в зависимости от типа используемого шагового двигателя. Основной принцип, которого следует придерживаться при выборе драйвера мотора – он должен обеспечивать достаточный ток для управления шаговым двигателем.

ДОКУМЕНТАЦИЯ

Документация

Инициализация

Библиотека поддерживает два типа драйверов:

  • STEPPER2WIRE – специализированный 2-х проводной драйвер для шагового мотора с протоколом STEP-DIR, например A4988, DRV8825, TMC2208 и прочие.
  • STEPPER4WIRE и STEPPER4WIRE_HALF – 4-х проводной драйвер, т.е. полномостовой (например L298N) или транзисторная сборка (например ULN2003). STEPPER4WIRE управляет мотором в полношаговом режиме (выше скорость и момент).
  • STEPPER4WIRE_HALF – в полушаговом (меньше скорость и момент, но больше шагов на оборот и выше точность).

При инициализации указывается тип драйвера, количество шагов на оборот и пины:

  • GStepper stepper(steps, step, dir); // драйвер step-dir
  • GStepper stepper(steps, step, dir, en); // драйвер step-dir + пин enable
  • GStepper stepper(steps, a1, a2, b1, b2); // драйвер 4 пин
  • GStepper stepper(steps, a1, a2, b1, b2, en); // драйвер 4 пин + enable
  • GStepper stepper(steps, a1, a2, b1, b2); // драйвер 4 пин полушаг
  • GStepper stepper(steps, a1, a2, b1, b2, en); // драйвер 4 пин полушаг + enable

Где steps – количество шагов на один оборот вала для расчётов с градусами, step , dir , a1 , a2 , b1 , b2 – любые GPIO на МК, en – пин отключения драйвера EN, любой GPIO на МК. Пин en опциональный, можно не указывать.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.


Чтобы подавать питание на соответствующие катушки шагового двигателя мы будем использовать цифровые контакты 8, 9, 10 и 11 платы Arduino, к которым подключены соответствующие контакты драйвера двигателей ULN2003. Потенциометр, с помощью которого мы будем управлять вращением шагового двигателя, подключен к аналоговому контакту A0 платы Arduino.

Драйвер мотора запитывается от контакта 5V платы Arduino. Но если вы будете подсоединять какую-нибудь нагрузку к шаговому двигателю, то вам потребуется внешний источник питания для драйвера мотора. Мы в нашем примере эксплуатируем шаговый двигатель без нагрузки, поэтому нам хватило питания от платы Arduino. И не забудьте соединить землю платы Arduino с землей драйвера мотора.

Объяснение программы для платы Arduino

Перед тем как начать писать программу для платы Arduino давайте разберемся что должно происходить внутри этой программы. Как мы уже говорили ранее, мы будем использовать метод 4-шаговой последовательности, то есть нам нужно будет сделать 4 шага чтобы выполнить один полный оборот двигателя.

Номер шагаКонтакты, на которое подается питаниеКатушки, на которое подается питание
Шаг 18 и 9A и B
Шаг 29 и 10B и C
Шаг 310 и 11C и D
Шаг 411 и 8D и A

На драйвере мотора есть 4 светодиода, по свечению которых можно судить о том, на какую катушку подается питание в конкретный момент. Более подробно все эти процессы можно посмотреть в видео, приведенном в конце статьи.

Мы напишем программу, в которой необходимое количество шагов для двигателя мы будем вводить в мониторе последовательного порта (serial monitor) платы Arduino. Полный текст программы приведен в конце статьи, здесь же мы рассмотрим наиболее важные его фрагменты.

Как мы рассчитали ранее, полное число шагов для полного оборота нашего шагового двигателя, равно 32, пропишем это в следующей строчке кода:

#define STEPS 32

Далее мы должны сказать плате Arduino через какие ее контакты мы будем управлять шаговым двигателем (то есть к каким ее контактам подключен драйвер мотора).

Stepper stepper (STEPS, 8, 10, 9, 11);

Примечание: последовательность номеров контактов, указанная в приведенной команде (8,10,9,11) – специально упорядочена таким образом чтобы подавать питание на катушки шагового двигателя в правильном порядке. Если вы измените номера контактов, к которым подключен шаговый двигатель, то вы соответствующим образом должны их упорядочить для подачи в приведенную команду.

Мы будем использовать специальную библиотеку для работы с шаговыми двигателями, поэтому для задания скорости вращения шагового двигателя мы можем использовать команду вида:

Для двигателя 28-BYJ48 скорость вращения можно установить в диапазоне от 0 до 200.

Теперь, чтобы двигатель сделал один шаг, мы можем использовать следующую команду:

Количество шагов, которое должен сделать двигатель, определяется переменной “val”. Поскольку мы имеем 32 шага (для оборота) и передаточное число 64 мы должны сделать 2048 (32*64=2048) “шагов” в этой команде для совершения одного полного оборота двигателя.

Соответственно, чтобы шаговый двигатель сделал один шаг по часовой стрелке, необходимо использовать команду:

А один шаг против часовой стрелки:

В нашей программе мы будем считывать значение на аналоговом контакте A0 платы Arduino и сравнивать его с предыдущим значением (Pval). Если оно увеличилось, то мы будем делать 5 шагов двигателем по часовой стрелке, а если уменьшилось – то 5 шагов двигателем против часовой стрелки.

Читать еще:  Электроника 004 схема управления двигателем

potVal = map(analogRead(A0),0,1024,0,500); if (potVal>Pval) stepper.step(5); if (potVal stepper.step(-5); Pval = potVal;

БИБЛИОТЕКА GYVERSTEPPER

GyverStepper v1.5

GyverStepper – производительная библиотека для управления шаговыми моторами

  • Поддержка 4х фазных (шаг и полушаг) и STEP-DIR драйверов
  • Автоматическое отключение питания при достижении цели
  • Режимы работы: Вращение с заданной скоростью
  • Следование к позиции с ускорением и ограничением скорости
  • Следование к позиции с заданной скоростью (без ускорения)
  • Быстрый алгоритм управления шагами
  • Два алгоритма плавного движения:
      Модифицированный планировщик из библиотеки AccelStepper: максимальная плавность и скорость до 7’000 шагов/секс ускорением (для активации пропиши дефайн SMOOTH_ALGORITHM )
  • Мой планировщик обеспечивает максимальную производительность: скорость до 30’000 шагов/сек с ускорением (активен по умолчанию). Т.е. на небольшой скорости экономит кучу процессорного времени для других задач.

    Поддерживаемые платформы: все Arduino (используются стандартные Wiring-функции)

    Версия 1.1: добавлена возможность плавно менять скорость в режиме KEEP_SPEED. Добавлены примеры multiStepper и accelDeccelButton Версия 1.2: добавлена поддержка ESP и других Ардуино-совместимых плат Версия 1.3: исправлена логика setTarget(val, RELATIVE) Версия 1.4: добавлена задержка между STEP HIGH и STEP LOW

    Работа проекта

    Когда вы сделаете все необходимые соединения в схеме данного проекта у вас должна получиться примерно следующая конструкция:

    После этого загрузите программу в плату Arduino и откройте окно монитора последовательной связи (serial monitor). После этого вы можете вращать ручку потенциометра и наблюдать как в соответствии с ее поворотами шаговый двигатель будет вращаться по часовой и против часовой стрелки.

    Собираем ЧПУ станок из принтера своими руками

    Подробное изготовление ЧПУ из принтера, который сделать легко и недорого. Такой агрегат сможет выполнять различные функции. Об этом в нашем материале.

    Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня мы расскажем Вам про то, как создать ЧПУ из принтера. Основной причиной того, что сейчас так часто в интернете предлагают переделать из принтера или сканеров самодельные устройства, является то, что многие современные периферийные устройства для ПК настолько сложны с функциональной точки зрения, что в переделанном виде позволяют создавать станки, способные выполнять удивительные задачи.

    Приступаем к изготовлению

    Чтобы начать изготавливать станок ЧПУ из старого принтера, вам потребуются некоторые запчасти, которые входят в струйные принтеры:

    • Приводы, шпильки, направляющие от принтера (желательно использовать несколько старых принтеров; принтеры необязательно должны печатать);
    • Привод от дисковода.
    • Материал для создания корпуса – фанера, ДСП и т.п.
    • Драйверы и контроллеры;
    • Материалы для крепежей.

    Полученные станки с числовым программным управлением смогут выполнять различные функции. Всё, в конечном итоге, зависит от устройства, которое будет располагаться на выходе станке. Чаще всего из струйных принтеров делают фрезерный станок с ЧПУ, выжигатель (при помощи установки выжигателя на выходе устройства) и сверлильные машины для создания печатных плат.

    Основой является деревянный ящик из ДСП. Иногда используют готовые, но не составит труда сделать го самостоятельно. Необходимо учесть, что внутри ящика будут располагаться электронные компоненты, контроллеры. Собирать всю конструкцию лучше всего при помощи саморезов. Не забывайте, что детали нужно располагать друг относительно друга под углом 90 градусов и крепить максимально прочно друг к другу.

    Создание самодельного станка

    Прежде, чем переделать принтеры или сканеры в мини станки, которые смогут выполнять фрезерные работы, следует максимально точно собрать раму конструкции и ее основные составляющие.

    На верхнюю крышку устройства требуется установить главные оси, которые являются важными компонентами среди всех профессиональных станков. Осей должно быть всего три, начало работы необходимо производить с крепления оси у. Для того чтобы создать направляющую используют мебельный полоз.

    Отдельно отметим создание ЧПУ из сканера. Переделка этого устройства такая же, как и, если бы, под рукой был старый струйный принтер. В любом сканере, есть шаговые двигатели и шпильки, благодаря, которым и производится процесс сканирования. В станке нам пригодятся эти двигатели и шпильки, вместо сканирования и печати будет производится фрезерование, а вместо головки, которая перемещается в принтере, будет использоваться движение фрезерного устройства.

    Для вертикальной оси, в самодельном ЧПУ нам пригодятся детали из дисковода (направляющая по которой перемещался лазер).

    В принтерах есть так называемые штоки, именно они играют роль ходовых винтов.

    Вал мотора должен быть соединен со шпилькой при помощи муфты гибкого типа. Все оси необходимо прикреплять к основаниям, выполненным из ДСП. В конструкциях такого типа фрезер перемещается исключительно в вертикальной плоскости, при этом сдвиг самой детали происходит по горизонтали.

    Электронные компоненты будущих станков

    Это является одним из самых важных этапов конструирования. Электроника самодельных машин является ключевым элементом управления всеми двигателями и самим процессом.

    Работы, которые будут выполняться будущим станком и процессы, возникающие во фрезерном и сверлильном механизмах – очень разнообразны и точны, поэтому нам понадобиться надежный контроллер и драйвер.

    Самодельная машина может функционировать на отечественных К155ТМ7, их нам понадобиться 3 штуки.

    К каждому драйверу идут проводки от своей микросхемы (контроллеры независимы).

    Шаговые двигатели в самодельном аппарате должны быть рассчитаны на напряжение, не превышающее 30-35 В. Часто случалось так, что при повышенной мощности, советские микросхемы-контроллеры перегорали.

    Блок питания идеально подходит от сканера. Его нужно подсоединить к блоку к кнопке включения, контроллером и сами устройством (фрезер, дрель, выжигатель и так далее).

    Главная плата управления (материнская плата для станка ЧПУ своими руками) должна быть подключена к персональному компьютеру или ноутбуку. Именно при помощи компьютера станок сможет получать четкие задания и превращать их в трехосевые движения, создавая конечные продукты. Идеальным будет программа Math3, которая позволяет создавать эскизы. Также отлично подойдут профессиональные программы для векторной графики.

    Конечно, все зависит от вашей фантазии и прочности (грузоподъемности) корпуса и рамы. Однако, чаще всего ваш аппарат сможет разрезать фанеру толщиной менее 1,5 см, трехмиллиметровый текстолит или пластик.

    Как собрать 3D-принтер. Пошаговая инструкция

      • Два пути сборки 3D-принтера своими руками. Плюсы и минусы самостоятельной сборки
        • Плюсы
        • Минусы
      • Выбор прототипа 3D-принтера для сборки своими руками
        • Кинематика
        • Электронная база принтера
      • Детали самодельного 3D-принтера. Приобретение запчастей для сборки принтера своими руками
        • Корпус (рама, каркас)
        • Реализация кинематики
        • Электрика принтера
        • Детали экструдера
        • Стол для печати
      • Сборка 3D-принтера своими руками
        • Сборка принтера с использованием готового комплекта составляющих
        • Сборка 3D-принтера из разных комплектующих
      • Запуск и калибровка 3D-принтера
      • Итог

    Все мы любим создавать что-то своими руками. Будь то скульптура, картина или какой-то механизм — желание творить есть почти у каждого человека.

    По этой причине вы решили собрать 3D-принтер своими руками или просто ради интереса читаете эту статью — неважно. Вы пришли куда надо, потому что здесь мы поэтапно разберемся, как создать 3D-принтер самостоятельно.

    Крайне маловероятно, что вы читаете эту статью, не зная ничего о 3D-принтерах, однако если всё же вы не знаток в этой области, рекомендуем ознакомиться с другим нашим материалом. Вот в этой статье мы подробно рассказали, как работает 3D-принтер и рассмотрели его устройство:

    Два пути сборки 3D-принтера своими руками. Плюсы и минусы самостоятельной сборки

    Пожалуй, стоит начать с того, что самодельный принтер — это де-факто тот же самый 3D-принтер, что можно приобрести в готовом виде. Само по себе устройство и принцип работы абсолютно идентичны, поэтому единственное, что может их различать — индивидуальность сборки самодельного принтера и отличие конкретных комплектующих.

    Есть два пути сборки 3D-принтера своими руками:

    С использованием укомплектованного набора для сборки

    Полностью самостоятельная сборка — усложненный вариант без инструкции и с большей ответственностью

    Стоит понимать, что при одинаковом процессе сборки и полученном опыте в первом случае вы почти стопроцентно и без потери нервов на выходе получите работоспособный и приличный принтер.

    В это же время при полностью самостоятельной сборке вся ответственность за возможные ошибки при выборе деталей , проектировке и не только, будет оставаться на вас. При этом само время создания увеличится в несколько раз за счет того, что в готовом наборе уже предусмотрено — например, диск с подготовленной электронной базой для принтера и полностью описанным процессом сборки. Впрочем, подробнее об этом поговорим чуть ниже.

    Теперь перейдём ближе к теме и посмотрим, какие конкретно плюсы и минусы есть у самодельного принтера.

    Плюсы

    Более низкая стоимость в сравнении с готовыми вариантами

    Цены на 3D-принтеры начинаются с 12 тыс. рублей, и в первых рядах наиболее выгодных позиций стоят именно наборы для сборки.

    Кстати, ознакомиться с такими комплектами на нашем сайте можно здесь: Наборы для сборки

    ПроизводительCreality
    ПроизводительAnycubic
    ПроизводительCreality
    ПроизводительCreality

    Стоит понимать, что речь идёт о полностью укомплектованных наборах. Конечно, при самостоятельном поиске комплектующих можно даже уложиться в бюджет до 10 тыс. рублей, однако насколько это будет оправдано — большой вопрос. Посудите сами: оптовые цены на детали для массового производства в любом случае ниже розничных экземпляров, поэтому основная накрутка денег происходит за сборку 3D-принтера. В готовых наборах эта накрутка будет минимальна по понятным причинам, а вот при экономии средств велик шанс покупки либо неподходящих компонентов, либо вовсе негодных для сборки.

    Возможность кастомизации

    При самостоятельной сборке 3D-принтера вы вправе выбирать, какие комплектующие и с какими характеристиками вам больше нравятся: стол для печати с подогревом или без, размер области печати, материалы каркаса и его конструкция, один экструдер или несколько и т.д. Естественно, заменить комплектующие можно и в готовом принтере, однако не всегда выйдет сделать это из-за конструкционных особенностей того или иного принтера.

    Читать еще:  Что сделать чтобы дизельный двигатель заклинил
    Ценный опыт и знания

    Не секрет, что информация, подкрепленная собственным опытом, самая ценная и запоминающаяся. Здесь это применимо: пожалуй, лучшего способа узнать устройство 3D-принтера, чем при его поэтапной сборке своими руками, не придумаешь.

    Теперь перейдём к минусам.

    Минусы

    Процесс сборки

    Да, никто и не говорит, что сборка 3D-принтера своими руками займет часик-другой. Вот только тут рассмотрение минуса кардинально разнится в зависимости от выбранного вами пути сборки: если вы выбрали набор, то особых трудностей возникнуть не может. Все детали заранее укомплектованы и подогнаны друг под друга, а сам комплект неизменно входит инструкция по сборке и прилагается электронный носитель для прошивки принтера. Прямо-таки прокаченный конструктор!

    А вот при полностью самостоятельной сборке всё не так однозначно. Да, при ответственном подходе к делу можно свести все проблемы на минимум, однако сам процесс в любом случае будет длиться намного дольше в сравнении с первым вариантом за счет очевидных факторов: поиск и приобретение деталей, сбор информации, выбор схемы и прошивки принтера, подгонка деталей и т.д.. Ну а с возможными ошибками придется разбираться только вам. Естественно, в этом случае можно получить чуть больше информации и опыта в сравнении со сборкой готового набора, однако велик шанс вообще все испортить. Поэтому без опыта работы с 3D-принтерами и/или если вы не уверены в свои силах, полностью самостоятельную сборку выбирать вовсе не стоит.

    Теперь вернемся к сути минуса. Возможно, придётся просидеть не один вечер за деталями, чтобы качественно и без косяков собрать рабочий 3D-принтер самому. С другой стороны, если человеку некогда этим заниматься, он бы изначально не рассматривал вариант со сборкой 3D-принтера своими руками. Поэтому если вы из тех, кто не боится этого дела — вам можно только позавидовать, ведь этот процесс уж точно подарит непередаваемые ощущения и опыт. А как потом будет приятно наблюдать за работой собственноручно собранного устройства!

    Настройка принтера

    Очевидная дополнительная работа, вытекающая из факта сборки принтера своими руками. Однако тут опять происходит расхождение: при сборке набора все детали заранее подогнаны друг под друга, что нельзя сказать про самодельный вариант. Поэтому и калибровка во втором случае будет сложнее.

    Выбор прототипа 3D-принтера для сборки своими руками

    Кинематика

    Наиболее распространены в использовании филаментные и фотополимерные принтеры, однако в подавляющем большинстве случаев для сборки принтера своими руками выбираются FDM-принтеры, использующие в печати расплавленный пластик (филамент). Поэтому и рассматривать для сборки будем именно FDM-принтер.

    Вкратце, суть данной технологии следующая: с помощью подвижных элементов конструкции происходит перемещение экструдера (и, возможно, стола для печати) по рабочей области в соответствии с заданным на электронном носителе образцом печати, при этом в экструдере происходит нагрев и выталкивание через сопло расплавленной пластиковой нити (филамента) на стол для печати, за счёт чего и происходит послойное создание модели.

    Теперь по конструкции. По большему счету все принтеры различаются за счёт кинематики движения. Это может быть кинематика H-bot, CoreXY, Delta, конструкции с подвижным столом (Prusa, Felix, Cube) и др. Однако наиболее распространенной, в частности, для самостоятельной сборки, является кинематика 3D-принтера типа Mendel. Ее мы и рассмотрим.

    Суть данной конструкции в следующем: по оси Y с помощью зубчатых ремней и шаговых моторов перемещается стол для печати. По оси Z с помощью винтовых направляющих перемещается рама, внутри которой находится механизм перемещения экструдера по оси X и, собственно, сам экструдер. Таким образом, слаженная работа всех вышеперечисленных узлов и приводит в действие процесс печати (изображение ниже для наглядности).

    Принтер на фото: Anycubic Mega-S

    Для самостоятельной сборки можно выбрать в качестве прототипа принтеры типа Mendel или Prusa, информации по которым вполне достаточно в различных источниках в Интернете.

    Принтер типа Mendel

    Электронная база принтера

    На данный момент есть множество разнообразных способов снабдить принтер электронными “мозгами”, однако наиболее распространённый вариант это использовать плату Arduino (в частности, Arduino Mega 2560), установленную на специальный “шилд” (что-то вроде материнской платы, только для 3D-принтера) вкупе с драйверами мотором и др.

    Arduino Mega 2560

    Для прошивки понадобятся среды Arduino IDE и Marlin (последняя и является по сути конституцией принтера, задающей правила его работы). Для дальнейшей настройки удобно использовать программу Pronterface (о ней поговорим ближе к концу статьи).

    При приобретении готового набора этапы прошивки также придется пройти, однако в этом случае все сопровождается инструкцией и все нужные файлы прилагаются к комплекту, так что ничего искать в сети не придётся.

    Итак, предположим, вы выбрали мастер-модель и определились с прошивкой. Теперь перейдем к конструкции принтера.

    Детали самодельного 3D-принтера. Приобретение запчастей для сборки принтера своими руками

    Для знакомства с устройством 3D-принтера рассматриваются самые видные и понятные по функционалу узлы. В случае со сборкой принтера своими руками более правильно будет распределить элементы конструкции по группам схожести. В частности, такими комплектами эти составляющие зачастую и продаются, так что де-факто это список для покупок.

    Однако даже при выборе готового комплекта не будет лишним прочесть этот пункт для общего развития в теме. Итак, приступим:

    Корпус (рама, каркас)

    При сборке самодельных принтеров в основном ограничиваются открытым корпусом. Поэтому основой для конструкции послужит рама. Ее можно собрать из металлических шпилек, металлопрофиля или просто вырезать из фанеры или листового металла на ЧПУ-станке или даже просто лобзиком (вспоминаем уроки труда в школе).

    Пример самодельного корпуса для 3D-принтера

    А вот и пример рамы из фанеры

    Универсальный элемент конструкции 3D-принтера, шпильки — стальные прутья с нарезанной резьбой. Из шпилек может составляться основание принтера, на них крепятся ремни для перемещения печатного стола, а также шпильки используются как направляющие для перемещения экструдера по оси Z.

    Вкупе с гайками они удобны для точной сборки конструкции 3D-принтера и легки в настройке, а их доступность и дешевизна не оставляют шансов остаться невостребованными для сборки 3D-принтера своими руками.

    Приобрести шпильки можно практически в любом строительном магазине или рынке.

    Рама принтера, собранная целиком из шпилек

    Как видно на иллюстрации выше, шпильки скрепляются разнообразными по форме узлами крепления. Зачастую эти узлы и печатают на 3D-принтере, поэтому приобрести их на тематическом ресурсе также не проблема. Однако в зависимости от выбранных материалов и конструкции корпуса можно обойтись и более подручными средствами, например, металлическими уголками, той же фанерой и, в некоторых случаях, даже простыми пластиковыми стяжками.

    Как устроен и работает струйный принтер

    Одну из самых популярных и удобных технологий печати используют струйные принтеры. Они идеально подходят как для дома, так и для малого бизнеса, учитывая их в среднем небольшую стоимость и многофункциональные возможности. Струйные принтеры сочетают в себе удобство и уникальность, что описывает их как отличный выбор. Часто у пользователей возникает вопрос, как работает струйный принтер? Ответ на вопрос вы найдете в нашей статье.

    1. Как возникла струйная печать
    2. Что же внутри
    3. Печатающая головка
    4. Картридж
    5. Механизмы подачи бумаги
    6. Панель управления
    7. Корпус
    8. Как работает струйный принтер
    9. Отличия между картриджами и СНПЧ
    10. Различные виды чернил для работы со струйными принтеры

    Как возникла струйная печать

    Созданию струйных принтеров предшествовало изобретение Уильяма Томсона – самопишущие приборы для приёмных телеграфов. Принцип работы прародителей струйных принтеров основан на электростатических силах, с помощью которых осуществлялась запись какого-либо текста, посредством задания траектории падающим каплям чернил на бумагу. Дата создания этого устройства – 1867 год.

    Самопишущие струйные приборы так бы и канули в лету, если бы не компания Siemens, которая намеревалась воссоздать и адаптировать под современные реалии технологию далекого прошлого. Что им и удалось в 1951 году, однако технологии тех струйных принтеров были весьма далеки от нынешних. Он был необходим для регистрации на бумаге каких-либо измерений и подсчетов каких-либо устройств, таких как: сейсмографы, электрокардиографию сердца, мультиметров и прочих.

    Однако обладали огромным количеством недостатков:

    • Дороговизна;
    • Неаккуратность (пачкал бумагу);

    Даже сами разработчики не питали многих надежд в отношении к своему изобретению. Однако, технологию струйных принтеров продвигали и модернизировали создавая устройства с отдельными печатающими головками, распыляющими механизмом и краской.

    Кристаллы сыграли не последнюю роль в усовершенствовании технологий струйных принтеров. А точнее пьезоэлектрики. Не сильно глубоко залезая в физику пьезоэлектрики – кристаллы, способные при давлении, сгибании выдавать из себя электроны. Или наоборот – при подаче электрического тока могли сгибаться. Тем самым, при подаче тока, деформации подвергался кристалл, выталкивая из головки определенное количество чернил.

    Конкуренция между компанией из страны «Восходящего солнца» и богатейшей фирмы США привело к скорейшему прогрессу оптимизации работ и эффективности устройств струйных принтеров. Инженер из японской компании Canon заметил, что если к наполненному красками шприцу прикасался горячий паяльник, происходило разбрызгивание содержимого шприца. Американцы поступили фактически аналогично .

    Компания Canon использовала следующий метод : нагревали краску до температуры 400 градусов по цельсию , вследствие чего получалась капелька из газа , который после падал на бумагу . На западе технология была фактически аналогичная как у принтеров Canon, за исключением меньшего объема теплоты , необходимого для нагрева и пузырька красящей жидкости, падающего на бумагу , вместо капли.

    Читать еще:  Электроника блокирует запуск двигателя

    Также были и другие новшества: более простая конструкция , что убавляло цену ; пьезоэлектрические пластины вместо пьезоэлектрических кристаллов.

    Более значимым изобретением было добавление цветной головки компанией Hewlett-Packard , смешивающая желтый , голубой и алый цвета . Благодаря этой идее можно было получать практически любые оттенки на печати.

    Что же внутри

    В данной главе коротко описывается внутреннее устройство струйных принтеров, подробное описание их функций и механизмов работы будет представлено в следующей главе.

    Cтруйный принтер состоит из следующих составных частей:

    • Пишущей (печатающей) головки;
    • Картриджа или СНПЧ(система непрерывной подачи чернил ) ;
    • Механизма подачи бумаги;
    • Датчиков;
    • Панели управления и корпуса.

    Начнём по порядку .

    Печатающая головка

    Печатающая головка — снабжена множеством микроскопических отверстий(сопел). Через эти отверстия выталкиваются чернила. Иногда это происходит посредством пьезоэлектрических пластин , иногда с помощью термоэлементов.

    Печатающая головка обладает следующими характеристиками :

    • Количество цветов ( в современных принтерах от 4 до 12) ;
    • Размер чернильных капель ( хотя во многих принтерах размер капли может варьироваться ) ;
    • Разрешение печати (измеряется в количестве капель на дюйм, чем выше этот показатель , тем качественнее печать) .

    Внимание! При длительном перерыве между работами принтера краска можем засохнуть и забить печатающую головку.

    Картридж

    Как устроен картридж струйного принтера? Он представляет из себя емкость с чернилами и контактные пластины. Картриджи могут быть раздельными или комбинированными. В раздельным могут использоваться чернила только одного цвета, комбинированные обладают привилегией во множестве отсеков с разными цветами, в основном это пурпурный , голубой , желтый .

    Помимо картриджей зачастую используется СНПЧ. Состоит из отсека с краской и эластичных труб, через которые текут чернила.

    Механизмы подачи бумаги

    Механизмы подачи бумаги. Бумага подаётся через вертикаль или горизонталь. Состоит из специальных валиков и моторчиков.

    Панель управления

    Панель управления. Работа всей этой системы струйных принтеров осуществляется посредством данной панели.

    Корпус

    Необходим для защиты от пыли и механических повреждений, а также для эстетики.

    Как работает струйный принтер

    Сначала датчик подачи бумаги загружает бумагу в принтер. Ролик вытягивает бумагу и продвигает внутрь принтера. Картриджи и трубки составляют систему распределения чернил. Но сердцем струйного принтера является печатающая головка. Она состоит из сопел, которые распыляют чернила.

    Приводной ремень прикрепляет головку к шаговому двигателю. Именно так работает принтер, при помощи таких частей он расшифровывает информацию, посылаемую компьютером. Его задача состоит в том, чтобы скоординировать работу печатающей головки, бумаги и чернил.

    Чернила представляют из себя специальную смесь воды и красящих химических веществ, которые не позволяют им высыхать. Картриджи располагают как правило не больше трех цветов: голубых, желтых и пурпурных. В комбинации эти цвета могут дать огромное количество цветов. Имея всего 4.5 миллилитра краски, цветной картридж может выдать около 900 миллионов капель.

    Главную роль играют 4 небольших моторчика. Один моторчик приводит в движение датчик бумаги, другой – ролик, проталкивающий бумагу в принтер , третий заставляет печатающую головку двигаться вперед и назад по бумаге , последний отвечает за выталкивание чернил .

    Печатающая головка сделана из силикона , которая легко принимают любую форму , состоящая из огромного числа сопел ( в среднем 3000). Некоторые принтеры могут сами чистить печатающую головку .Каждая сопла предназначена для своего цвета. Эти соплы похожи на котлы .

    Из них жидкость выталкивается под воздействием тока и начинает деформироваться , тем самым проталкивая жидкость вперёд. Благодаря этой системе можно варьировать размер капель, которые будут выходить из отверстия. Скорость пьезоэлектрической печати на порядок выше чем термической.

    C термоэлементом все обстоит иначе, который нагреваясь , образует вокруг себя пузырьки , которые выталкивают жидкость . В это время образуются газовые пузыри с чернилами , которые создают сильное давление в чернильной камере, после чего капли выходят через отверстия. После этого давление исчезает и туда попадает следующий определенный объем красок .

    Так как температура работы очень высокая, то чернила необходимы на водной основе, чтобы не возгорались. Всё это происходит невероятно быстро. За 1 секунду сопла выталкивает 24000 капель, в случае с черными чернилами эта цифра достигает 35 000. Средняя скорость печати струйных принтеров — 10 листов A4 в минуту. Помимо скорости также важна и точность нанесения этих капель.

    Благодаря такому невероятному устройству струйного принтера, начиная от моторчиков , и заканчивая печатающей головкой , мы можем наслаждаться быстрой и качественной печатью , без излишних напряжений и без определенного знания принципа печати, познаний в техники и электронике .Полагаю, принцип работы струйного принтера понятен.

    Отличия между картриджами и СНПЧ

    У картриджей имеется своя аббревиатура – ПЗК ( перезаправляемые картриджи) или ДЗК (дозаправляемые картриджи ) .Из чего состоит картридж ? Состоит из прозрачного корпуса , что позволяет наблюдать за количеством оставшейся краски . Оснащён двумя отверстиями . Первый необходим для заправки , крышка данного отверстия сделана из силикона . Заправка осуществляется обычным медицинским шприцом . Второе отверстие предназначено для выравнивания воздушного давления .

    В случае с картриджами доступна многократная перезарядка . Это становится возможным благодаря перепрошитым чипам на ПЗК.

    СНПЧ – это прозрачные ёмкости для чернил, находящиеся рядом с принтером и подсоединенные с перезаправляемыми тонкими гибкими трубками . Объём такой емкости около 80 мл , что практическими в 40 раз больше среднего значения картриджей . Отсюда и заправлять надо СНПЧ крайне редко. Стопроцентная герметизация в емкостях обеспечивает равномерное давление.

    Очень важно оценить преимущества и недостатки тех или иных устройств, провести параллель.

    Цена системы непрерывной подачи чернил со специализированной установкой примерно в два раза превышает стоимость покупки обычных картриджей .Однако можно попытаться самому установить и настроить все необходимые системы , что сделаем скидку в 300-500 рублей. Поговорим о том, на что ориентироваться во время покупки. Для начала выделим наиболее значимые минусы той и другой системы. Установка ПЗК в устройство печати проста, без лишних хлопот, не мешают на рабочем столе, так как весят не особо много.

    Однако следует выделить существенные минусы, из которых:

    • Частая заправка чернил вследствие небольшого объема чернильницы, что довольно муторно, тем более невозможной без обыкновенного аптечного шприца. Затрата большого объёма времени и сил на данную процедуру.
    • Извлечение картриджа для определения уровня чернил.
    • Существует достаточно большая вероятность не уследить за количеством краски, и упустить момент, когда ее не станет, что приведет к завоздушиванию ПГ. Если речь о термоструйных принтерах, велик риск выгорания отверстий,
    • Для минимального снижения уровня чернил необходимо вынимать ПЗК из гнезда.
    • Частое вынимание и возвращение на место чернильниц приводит к тому, что контактные пути на чипах повреждаются, частая поломка картриджей ПЗК.

    Заправка СНПЧ крайне проста и удобна , достаточно поместить нужное количество краски в емкость. Резкое окончание краски практически невозможно, так как бутылочки постоянно находятся перед глазами. С чернилами также нет никаких проблем.

    Несмотря на это существуют и недостатки СНПЧ:

    • Рядом с принтером должно быть свободное место, дабы размещать там бутылочки
    • Любые движения и перемещения принтера крайне проблематичны, и во избежание различного рода проблем, следует закрывать все отверстия.
    • Если чернила в бутылочках подвергаются свету солнечных лучей , они могут испаряться, постепенно терять насыщенность цвета и ощущать другие неприятные последствия.

    Основные минусы печатных аппаратов в том, что один ухудшает свою работу из-за крайне частого использования, в то время как другой, напротив, подвергается негативному воздействию впоследствии слишком незначительного количества распечатанных материалов.

    Итак, для того, чтобы выбрать правильно и надолго, следует опередить, для чего принтер будет вам служить: если он нужен вам для домашнего использования: печать фотографий, школьных текстов или отчетов для работы, отличным выбором станут перезаправляемые картриджи. Если же аппарат необходим вам в профессиональном деле, для работы или учебы на постоянной основе, более подходящим вариантом будет система непрерывной подачи чернил.

    Различные виды чернил для работы со струйными принтеры

    Чернила делятся на два основных типа – на основе красителя и на основе пигмента краски.

    Начнём с водорастворимых чернил. Они создают максимально яркое и насыщенное изображение. Секрет – в полном отсутствие твердых частиц , что позволяет краске плавно ложиться на бумагу. Однако срок хранения кратковременен, быстро выцветают, особенно губительно для таких изображений является попадание ультрафиолета, то есть солнечных лучей . Хотя по большей части это вопрос способа хранения. В тени они будут гораздо дольше храниться, чем под солнечными лучами.

    Влага не менее губительна в данном случае . Оттого и называются водорастворимыми. Лучшим вариантом будет хранение этих изображений в альбоме или в помещении при комнатном свете.

    В пигментных красках чернила имеют в своем составе твердые частицы. Вода им не страшна, впрочем как и солнечный свет. Могут храниться до 75 лет и свыше . Цена этому – тусклость изображения. При разной степени освещенности видны разные оттенки . На глянцевой поверхности также не нанесешь пигментные чернила , попросту размыто будет изображение .

    Важно! При работе не стоит ни в коем случае нельзя допускать чтобы бумага была влажной, ни с пигментированными красками , ни уж тем более с водорастворимыми . Иначе это может привести к различным последствиям начиная от некачественного изображения вплоть до поломок в принтере!

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector