PARTE IV: Electrónica, motores paso a paso (PaP), electrónica de control (Arduino MEGA 2560 + RAMPS), dispositivos de la RAMPS (drivers para motores, calibración de los drivers, placas de control integradas, EndStops, termistores, Hot Bed, Hot End, pantalla LCD, pantalla SD, diagrama general).

1. Actividades Enseñanza Secundaria
III Taller Impresoras 3D

2. IMPRESORAS 3D : ELECTRÓNICA

3. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
3
Electrónica
+12V
G-codes
STL
STL
G-codes

4. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
4
Motores Paso a Paso
Posicionamiento muy preciso
• giros en intervalos fijos : pasos (200)
• velocidades no muy elevadas
• voltage nominal : 3-5 V
• a mayor voltaje más potencia y velocidad (12 V)
• mayor consumo de corriente
• necesario limitador
Drivers : circuitos electrónicos de control
• dirección de giro
• nº de pasos
• corriente necesaria
• posible pérdida de pasos
• calibración del limitador

5. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
5
Motores PaP
Tipos

6. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
6
Paso completo
• las bobinas se activan secuencialmente una a una
• las bobinas se activan secuencialmente de dos en dos
Medio paso
• se alternan los modos anteriores
• A  AB  B  BC  C  CD  D  DA
Motores PaP
Unipolares

7. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
7
Rotor
• núcleo central magnetizado longitudinalmente
• cada polo recubierto de un bloque dentado de acero
• bloques desalineados ½ diente
• múltiples polos N-S (“imanes simples”)
Cada paso corresponde a un ángulo menor
• 200 pasos  1.8º/paso
Motores PaP
Estructura

8. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
8
Mayor precisión en el ángulo de giro
• posiciones intermedias menores que un paso
• 1, 2, 4, 8, 16, 32 micropasos
• se combinan distintas intensidades en las bobinas (1/2 1/4 1/8 ...)
• reducción de vibraciones mecánicas
• mejor estabilidad de la velocidad
Drivers
• generan las corrientes necesarias para el movimiento
• “etapa de potencia” (amperios)
• reciben las señales de control “digitales” (5V)
• utilizan microcontroladores
• limitan la corriente para evitar calentamiento o destruccion
Motores PaP
MicroPasos

9. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
9
Motores PaP
Driver A4988 ...
Alimentación
Motor
9-35 V
Alimentación
Control Digital
5 V
ON / OFF
Nº pasos
Dirección

10. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
10
Motores PaP
Driver A4988
Líneas digitales de control (0/5 V)
• STEP : cada el motor gira un paso
• DIR : dirección del movimiento
• MS1, MS2, MS3 : micropasos : 0V /5V
Potenciómetro de ajuste para limitar la corriente
• 200-400 mA
+ -
MS1 MS2 MS3 P
L L L 1
H L L 2
L H L 4
H H L 8
H H H 16

11. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
11
Motores PaP
Driver DRV8825
Sustitución directa del A4988
• soporta 1.5 A sin disipador
• hasta 32 micropasos (MX)
• diseño térmico mejorado
• tensión alimentación más elevada (45V)
+ -
M0 M1 M2 P
L L L 1
H L L 2
L H L 4
H H L 8
L L H 16
H L H 32
L H H 32
H H H 32

12. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
12
Electrónica de Control : Arduino + RAMPS
Arduino + placa RAMPS
• Arduino Mega y una placa para control de potencia
• operación del Arduino limitada a 5 V
• motores y resistencias de calefacción requieren 12 V
• necesario un interface entre ambos : RAMPS

13. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
13
Arduino
Mega 2560
Características
• ATMega 2560 (16MHz)
• 256KB de memoria Flash
• 8KB de RAM
• tension alimentación :5V
• externa : 7-12 V
• puerto USB
Entradas/salidas
• 54 I/O digitales (0-53)
• 16 entradas analógicas (A0-A15)
• voltaje  número : 0-1023
• 14 salidas analógicas (2-13)
• valor medio ajustable

14. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
14
Placas de Control
RAMPS
RepRap Arduino Mega Pololu Shield
• drivers para motores X, Y, Z (2), E0, E1
• A49888 (MSX) / DRV8825 (MX)
• “jumpers” para selección de pasos
• control cama caliente y extrusor
• transistores MOSFET de potencia
• termistores para medir temperatura
• end-stops para origen de movimientos
• diodo D1 opcional para alimentar el Arduino
MS1 / M0
MS2 / M1
MS3 / M2

15. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
15
RAMPS
Drivers para Motores
A4988
DRV8825
+ -
+ -


16. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
16
RAMPS
Calibración de los Drivers
Placa RAMPS sin ningún driver
• corriente de reposo : I = IR 80mA
• driver a ajustar en zócalo X : I = IR + Idriver
Pronterface para control de la impresora
• activar el movimiento X y medir la corriente
• ¡¡ desactivar motor !! (reset, motors off)
• ajustar potenciómetro para corregir el valor
• repetir ciclo hasta resultado correcto
• igual para los otros drivers
+ -

Motor Corriente
X, Y IR + 200 mA
Z IR + 400 mA
Extrusor IR + 300 mA
I
X Y Z

17. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
17
Placas de Control Integradas
RAMBo
Meltzi
Una única placa incluye
• microcontrolador
• drivers para los motores
• conectores para todos los componentes
• problemas en caso de averías
• numerosas alternativas
RUMBA

18. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
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RAMPS : Dispositivos
EndStops ...
Sensores de inicio de recorrido
• mecánicos, ópticos, magnéticos ...
• posición inicial en cada eje
• origen de coordenadas (0,0,0) (“home”)
• endstops Xmin,Ymin, Z min
Final de recorrido
• máximo desplazamiento de los ejes
• hardware
• interruptores mecánicos
• endstops Xmax,Ymax, Z max (no se usan)
• software
• valores máximos establecidos previamente
• configuración del firmware

19. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
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RAMPS : Dispositivos
EndStops
Pasivos
• interruptores que cierran (NO) / abren (NC) un circuito
• activar resistencias de alimentación (+5V)
Marlin : #define ENDSTOPPULLUPS
Activos
• señal de 0 o 5 voltios
• más inmunes a interferencias
• visualizan con LED su estado

20. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
20
RAMPS : Dispositivos
Termistores
Thermally Sensitive Resistor
• sensor resistivo de temperatura
• Negative Temperature Coefficient
Configuración firmware
• seleccionar tipo en tabla
#define TEMP_SENSOR_0 1 (extrusor)
#define TEMP_SENSOR_BED 7 (cama)
Medida de temperatura
• circuito : 4,7K + termistor
• se mide el voltage
• se lee temperatura en tabla correspondiente

21. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
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RAMPS : Dispositivos
Base Caliente (Hot Bed)
Potencia considerable : 100-150 watios
• cristal para una superficie plana

22. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
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RAMPS : Dispositivos
Extrusor (Hot End)

23. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
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RAMPS : Dispositivos
Pantalla LCD ...
Operación autonoma de la impresora
• movimientos de los ejes X Y Z y extrusor
• configuracion de temperaturas
• ajuste proporcional de velocidades
Tipos de pantalla
• “Smart Controller” : 4 líneas de 20 caracteres
• “Full Graphic Smart Controller” : matriz 128x64 puntos

24. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
24
RAMPS : Dispositivos
Pantalla SD ...
Tarjeta SD
• imprime ficheros .gcode generados previamente
• tarjeta micro sd extraible compatible con USB
Conexiones
• 2 conectores de 10 pines con cables planos
• EXP1 : para mostrar datos en pantalla y para su alimentación (5 V)
• EXP2 : para transmitir datos desde la tarjeta SD hasta Arduino
Gcodes

25. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
25
RAMPS : Dispositivos
Pantalla SD
Configuración del firmware Marlin
• descomentar (//) línea correspondiente a pantalla instalada
Sección LCD and SD support
//#define ULTRA_LCD //general lcd support, also 16x2
//#define DOGLCD // Support for SPI LCD 128x64 (Controller ST7565R graphic Display Family)
//#define SDSUPPORT // Enable SD Card Support in Hardware Console
//#define SDSLOW // Use slower SD transfer mode
//#define ULTIMAKERCONTROLLER //as available from the ultimaker online store.
//#define ULTIPANEL //the ultipanel as on thingiverse
// The RepRapDiscount Smart Controller (white PCB)
// http://reprap.org/wiki/RepRapDiscount_Smart_Controller
//#define REPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER
// The GADGETS3D G3D LCD/SD Controller (blue PCB)
// http://reprap.org/wiki/RAMPS_1.3/1.4_GADGETS3D_Shield_with_Panel
//#define G3D_PANEL
//The RepRapDiscount FULL GRAPHIC Smart Controller (quadratic white PCB)
// http://reprap.org/wiki/RepRapDiscount_Full_Graphic_Smart_Controller
//
// ==> REMEMBER TO INSTALL U8glib to your ARDUINO library folder: http://code.google.com/p/u8glib/wiki/u8glib
//#define REPRAP_DISCOUNT_FULL_GRAPHIC_SMART_CONTROLLER
// The RepRapWorld REPRAPWORLD_KEYPAD v1.1
// http://reprapworld.com/?products_details&products_id=202&cPath=1591_1626
//#define REPRAPWORLD_KEYPAD
//#define REPRAPWORLD_KEYPAD_MOVE_STEP 10.0 // how much should be moved when a key is pressed

26. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
26
RAMPS : Conexiones
Diagrama General ...

27. Electrónica de ComunicacionesImpresoras 3D : Electrónica
27
RAMPS : Conexiones
Diagrama General