Specifiche

SPECIFICHE TECNICHE

Tensione ingresso: da 220 a 240 VAC

Corrente ingresso su scheda: 0,5 A RMS massimo

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Corrente uscita per alimentatori esterni: 8 A RMS massimo

Temperatura di funzionamento: da a 50° C

Massima corrente di pilotaggio per ogni uscita verso driver: 20 mA continui

Massima corrente elemento riscaldante: 2,8 A

Massima corrente uscita 12 VDC “Servizi”: 0,4 A

Alimentazione: 220 VCA, 80 W (massimo consumo) protetta da fusibile.

Temperatura di funzionamento: da 0° a 50°.

Alimentatori interni: N° 2 (5 V e 12 V), tipo switching ad alta efficienza. L’alimentatore a 12 V può essere sostituito, in caso di manutenzione, con un semplice cacciavite.

Driver pilotati: N° 1 Asse X, N° 2 Asse Y, N° 4 Asse Z (corrente max. pilotaggio: 20 mA per singolo segnale).

Uscita per alimentazioni esterne a 220 VCA: presente, temporizzata e protetta con fusibile (carico max 1500 W reali).

Ingressi fine-corsa: minimo e massimo su tutti gli assi, possibilità di scelta della polarità comune (settata attualmente su massa).

Uscita ventola estrusore: controllata da firmware e segnalata da LED.

Uscita elemento riscaldante: controllata da firmware e segnalata da LED, protetta da fusibile (2,5 A max.).

Uscita 12 V 0,4 A per ventole esterne: presente, protetta da fusibile.

Raffreddamento alimentatore principale a 12 V: presente, attivo sopra i 50° con ventola installata su scheda.

Pulsante di reset ARDUINO: presente ed accessibile.

Eventuale sostituzione scheda ARDUINO: rimozione manuale con semplice cacciavite.

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Isolamento parti alimentate a rete 220 VCA: presente, rimovibile per manutenzione.

Connettori: a morsetto estraibile (in caso di scollegamento dalla scheda, la parte cablata non deve essere rimossa e rimane isolata).

Montaggio: verticale o orizzontale, a scelta dell’utente.

SPECIFICHE PROGETTUALI

La scheda controller imaginbot è in grado di comandare motori passo-passo funzionanti in parallelo, per l’esattezza:

1 sull’asse X;

2 su asse Y;

4 sull’asse Z;

1 dell’estrusore.

Il “Controller per stampante 3D imaginbot” è composto di 2 schede distinte: scheda “Controller” e scheda “Alimentazioni”.

Entrambe le unità sono connesse, a mezzo semplici cavi isolati, e devono funzionare contemporaneamente.

Questa scelta si è imposta per facilitare l’installazione dell’insieme e per non dover produrre un circuito stampato fuori dagli standard produttivi, quindi molto costoso.

I cinematismi di trascinamento della stampante 3D, a cui l’intero progetto fa riferimento, devono rispondere a sollecitazioni meccaniche abbastanza stringenti in quanto, tutti gli assi, devono spostare masse di notevoli dimensioni rispetto allo standard di questa tipologia di macchine.

Questa premessa è ancor più valida per i movimenti dell’asse Z.

Tutto questo, com’è logico prevedersi, richiede coppie motrici notevoli.

Tale condizione ha imposto sull’asse Y e sull’asse Z l’uso di motori passo-passo funzionanti in parallelo, per l’esattezza 2 su asse Y e di 4 sull’asse Z.

Ogni motore è provvisto di un controller dedicato, questi non è installato sulle schede oggetto di questa descrizione.

La soluzione di montare i controller esterni, nei pressi dei loro motori, presenta l’indubbio vantaggio di mantenere le filature (tutti i motori sono bipolari a 4 fili) corte e compatte.

Considerando le correnti in gioco e l’inquinamento elettromagnetico derivante dal mantenere connessioni lunghe, unito alla facilità di manutenzione, rende questa scelta progettuale non opinabile.

Le alimentazioni dei controller sono ricavate da alimentatori posti in un cabinet esterno.

Anche questa soluzione ha lo scopo di rendere il sistema, nel suo complesso, più facile ad un eventuale manutenzione e mantenere l’insieme delle parti più installabili e scalabili, essendo scorporate le componentistiche più ingombranti e pesanti.

La corrente fornita da ogni unità alimentatrice, rispetto alle esigenze dei motori passo-passo, è abbondante.

In ordine a ciò, è stato possibile utilizzare un’unità alimentatore per due gruppi driver/motore passo-passo.

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La tabella 1 riassume quanto detto (si faccia riferimento alle figg. 1 e 2).

Motore/asse Alimentatore (vedi fig. 2 e 3) Modello Tensione Corrente max
X X S-350-36 36 VDC 9,7 A
Y/1 Y S-350-36 36 VDC 9,7 A
Y/2
Z/1 Z/A S-350-36 36 VDC 9,7 A
Z/2
Z/3 Z/B
Z/4

Per garantire un avvio del sistema sicuro e affidabile, la tensione a 220 VAC fornita agli alimentatori S350-36 è ritardata di circa 1,5 secondi rispetto all’avvio della scheda controller contenente la sezione programmabile, ovvero la scheda ARDUINO MEGA 2560.

Infatti, la connessione contemporanea di carichi a forte componente capacitiva, così come lo sono gli alimentatori sopra visti, comporta il rischio che disturbi e glitch possano assumere ampiezza tale da disturbare il normale avvio di unità a microprocessori.

Per rimanere in un’ottica di massima sicurezza (necessaria quando la stampa procede con materiali costosi) le alimentazioni DC della sezione programmabile e display/memoria sono differite da quelle dei motori.

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Su tutti gli assi devono essere installati interruttori di fine corsa superiore ed inferiore.

Tale accorgimento è necessario, oltre che per la taratura degli assi, per evidenti ragioni di sicurezza.

La scheda del controllore acquisisce i segnali provenienti da questi micro-switch, ovviamente di natura digitale (ON/OFF), verificando o meno la presenza di una tensione a 5 VDC.

E’ possibile tuttavia, a mezzo semplici predisposizioni hardware, invertire la logica del segnale, ovvero fornire 5 VDC se il cinematismo ha raggiunto il suo fine corsa oppure avere i 5 VDC in condizioni di normale funzionamento.

Ovviamente, in quest’ultimo caso, il fine corsa raggiunto informerà il microprocessore con una tensione pari a 0 VDC.

Tutti gli ingressi dei fine corsa sono opportunamente filtrati per RF con capacità adeguate.

Tutti i segnali giungenti ai driver esterni sono interfacciati da foto-accoppiatori in modo da annullare l’effetto di correnti parassite circolanti fra masse elettriche diverse e mantenere alta l’immunità ai rumori di linea.

Ulteriormente, l’accoppiamento ottico, conferisce all’unità “Controller” grande elasticità d’impiego.

Inoltre, la scheda “Controller” è del tutto svincolata dalla scelta dei motori passo-passo in ordine a potenza e tensione di lavoro.

Questi parametri dipendono infatti dall’alimentatore esterno usato e dal motore passo-passo scelto.

Ovviamente anche i drivers esterni devono avere una potenza adeguata ai motori installati.

L’input dei dati grafici e delle necessarie predisposizioni del software è fatta per mezzo di una memoria di tipo SD.

Questa è immessa nella scheda display/memoria che permette anche, a mezzo di un encoder, l’immissione di dati.

L’insieme ARDUINO MEGA 2560 e la scheda display/encoder modello 12864, contenente un display LCD a matrice di punti (128 x 64 dots) costituiscono una sorta di computer dotato di memoria di massa, ovvero la memoria SD.

Il software Marlin di gestione della stampa è completamente freeware ed il sorgente, scritto in linguaggio “C++” è ampiamente commentato.

Queste peculiarità lo rendono facilmente modificabile secondo esigenze di stampa personali.

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Riassumo le caratteristiche della scheda “Controller” in tabella 2, quelle della scheda “Alimentazioni” in tabella 3.

Funzione Parametro Note
Numero canali Asse X 1  
Numero canali Asse Y 2  
Numero canali Asse Z 4  
Segnali per ogni canale 3 Velocità, direzione e abilitazione canale
Massima corrente di pilotaggio per ogni singolo segnale 45 mA Su carico non induttivo (optocoupler)
Numero ingressi analogici 1 Adatto per termistore NTC
Numero ingressi digitali per interruttori di fine corsa 6  
Polarità segnale su interruttori di fine corsa Settabile dall’utente  
Comando elemento riscaldante estrusore Previsto, corrente max: 2,4 A Protette con fusibile
Comando ventola estrusore Previsto, corrente max: 2  A
Controller per motore P. P. estrusore Su scheda rimovibile installata su unità “Controller” Per motore tipo 42HD4027-1 (12 VDC)
Segnalazioni di attivazione ventola e riscaldatore su estrusore Previste, a mezzo LED  
Filtri per segnali a RF su gli ingressi. Previsti su tutti gli ingressi analogici e digitali  
Uscita tensione di servizio a 12 VDC, 1 A Prevista Protetta con fusibile
Pulsante di RESET per ARDUINO MEGA 2560 Previsto  
Temperatura di funzionamento Da 0° a 50° centigradi  
Funzione Parametro Note
Tensione d’ingresso 220 VCA ± 20% Protetta con fusibile
Filtro su AC ingresso Previsto ( tipo LC)  
Tensione AC in uscita (per alimentatori esterni) Prelevabile con temporizzazione di 1,5 sec. Protetta con fusibile
Alimentazione buffer di linea e di corrente 5 V (± 2%), 1 A Alimentatori tipo switching a regolazione PWM (protezione di corrente max prevista per entrambi)
Alimentazione componenti blocco estrusore (compreso motore P. P.) e presa di servizio a 12 VDC 12 V (± 1%), 4,2 A
Alimentazione per scheda ARDUINO MEGA 2560 8 V (circa), 0,12 A  
Ventola di raffreddamento su alimentatore 12 V Prevista, con attivazione a 45° centigradi  
Indicatore di ACCESO Previsto, a mezzo LED  
Temperatura di funzionamento Da 0° a 50° centigradi  

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