Планшетный пищевой принтер своими руками.

Ближайшим окружением была поставлена задача сделать планшетный принтер из обычного цветного для печати на пряниках и тортах пищевыми чернилами.  Пошерстив интернет , просмотрев ролики на ютубе  пришёл к выводу что это возможно , но варианты и подходы к решению задачи у всех были разные. Кто то ограничивался простой механической переделкой , кто то создавал частично автоматическое управление .Для себя я сформировал техническое задание , основными критериями которых были следующие принципы:

1.  Полностью автоматическое управление.
2.  Доступность  комплектующих и деталей.

3. . Простота в управлении и надёжность.

   При выборе принтера остановился на фирме эпсон у них  печатающие головки служат дольше чем у кэнонов.  Большая производительность моего заказчика не интересовала , поэтому формат А4 нас устраивал , да и ценник принтеров формата А3  круто лезет верх .  Свой выбор остановил на модели Epson L132   с системой подачи чернил СНПЧ  .  Бюджетный принтер, дальнейшее развитие моделей L110, L120.    Но по внешнему виду  запчастям компоновки деталей они взаимозаменяемы , даже платы управления одинаковы, я думаю отличаются лишь прошивкой.  

   Временем я ограничен не был  , периодически возвращаясь и делая перерывы осилил этот проект  более чем за год.  Естественно основным помощником  мне служил мой китайский трудяга 3D принтер , на котором были распечатаны основные детали , а часть комплектации была приобретена  в хозяйственном магазине  и на китайских торговых площадках .

   Конструктив прост и думаю понятен ,по фотографиям , для  3дешника. Сделаю несколько пояснений. Столешница ДСП размером 840х500мм. На ней размещены направляющие из алюминиевого  уголка 20х20мм. 

                                                                                   Общий вид

Ось Y.

Платформа с роликами  для принтера. Пара роликов по одной направляющей  закреплена жёстко , вторая пара с небольшим люфтом в поперечном движению положении .  Это позволяет избежать при перемещении не желательных колебаний платформы вызванных не соосностью направляющих .

Ось Х

Это движение самой печатающей головки принтера . На самом деле нас интересует только этот механизм в принтере. Половину запчастей придётся извлечь . Нас не интересует механизм захвата и подачи бумаги . А также механизм протяжки, но здесь кроется засада . Механизм подачи бумаги через шестерни связан с насосом прокачки чернил, он нам нужен , но об этом я расскажу ниже. Всё это придётся выкинуть , а также выпилить нижнюю часть корпуса . 

Оставляем  часть вала  , ту часть,  которая соединена  с диском энкодера . Обеспечиваем его креплением,  с помощью распечатанной втулки . Именно диск энкодера даёт нам информацию о перемещении бумаги , а в нашем случае столика, размещённого на платформе  по оси Y.

Ось Z 

Тут было два варианта либо мы изменяем высоту столика , либо поднимаем принтер над столиком. Я остановился на втором варианте.

В качестве направляющих хромированная труба диаметром 25мм. ,приобретена в хозяйственном магазине ,  где она используется для каких то потребностей  в ванной.  От трапециидального винта отказался, в следствии отсутствия  нужды в такой точности , заменив на шпильку диаметром 8мм.  Изначально поставил два двигателя запитав их от одного драйвера и соединив их последовательно . Но в конечном варианте оставил один двигатель соединив шпули через кольцевую ременную передачу.

Контроллер 

В качестве платы управления была выбрана  плата контроллера для 3D принтера ,благо на нём всё необходимое уже есть и с избытком . Не большие  переделки были . Но они незначительны. Взял 32-х   разрядную с процессором  LPC1768  Bictreetech skr v1.3 .

Двигатели , шаговики  Nema17,  с разным форм фактором  60мм. по оси Y и 38мм. по оси Z .

Программа

Писал  на Си , на плате есть разъём  для программирования контроллера , респект разработчикам,  С алгоритмом пришлось повозиться . Сменил несколько. Основная засада в том , что принтер думает , что он печатает на бумаге, но мы то знаем ,что он печатает на столике . Информацию о передвижении мы получаем  от  датчика энкодера .  Эту информацию надо обрабатывать в реальном времени,  запаздывания движению не должно превышать несколько  миллисекунд.

Шаговики не рассчитаны на большие скорости , у них крутящий момент падает с её увеличением  . Поэтому выбор пал на  шаговик с форм фактором 60мм.  и  желательно выбирать мотор с малой индуктивностью обмоток. Изначально по оси Y ставил два шаговика с двух сторон, они управлялись каждый своим  драйверами. Сигналы управления были общими . 

Торт обладает массой , которая может доходить до двух килограмм, что требует значительного момента для старта и торможения .  В конечном итоге всё таки остановился на одном двигателе.  Драйвер принтера позволяет печатать с разной скоростью . На малых скоростях при установке высокого качества печати достаточно и одного двигателя. 

Алгоритм

Который оказался рабочим,основан на принципе прошедшего  пути . Зная путь  на , который провернулся   вал , и диаметр вала , не трудно рассчитать и  расстояние на которое будет перемещаться платформа. 

Техническая документация на принтер рассчитана на сервис центры по ремонту и не предлагает полную информацию .  Для меня было загадкой сколько импульсов даёт энкодер за полный оборот вала , я предполагал что эта цифра должна была быть кратно 360 -ти, но в конечном итоге она оказалась кратна 180 -ти. 

Что необходимо учитывать  при движении столика , так это датчик бумаги .  Этот датчик отслеживает начало бумаги и её конец относительно  старта, и  в случае если это время выйдет за рамки заранее заданного диапазона  принтер выдаст ошибку «Замятее бумаги».  Это время было определено эмпирически. С начало я ставил оптический концевик, но в конечном варианте формировал этот сигнал программно и подавал его на плату управления принтера в нужный момент времени относительно момента старта. 

Столик

Установлен на платформе, на четырёх  регулируемых по высоте винтах , верхняя его часть выполнена из оргстекла формата А4  толщиной 4мм. 

Панель управления

Состоит из семи кнопок  .  Две это перемещение по оси Y, вправо влево , две по оси Z , вверх вниз . Одна кнопка аварийного останова  ,кнопка управления перистальтическим насосом .  На нём я остановлюсь немного подробней.  Я писал ,что он связан  системой шестерён, с валом подачи бумаги . Предназначен для подачи чернил  в головку принтера и прочистки дюз . Так как шестерни с валом были удалены пришлось искать замену.  Наши китайские друзья и здесь меня  выручили, на ебее нашёл подходящий, с двигателем на 12в. Подключил к ШИМу, на плате контроллера уже всё это есть.  Установил переключатель на два положения с возможностью управления автоматом и ручное. Это  было необходимо  , так как  принтер в некоторых случаях начинает безбожно качать чернила.

Да... ещё,  обязательно вентилятор, для обдува  радиаторов драйверов TMC2208 .  Без него во время печати они перегревались и возникали пропуски шагов.  Ну и кнопка автоматической установки высоты печати.

                                        Емкость для сбора чернил с насосом

Питание

24в. 3А. такое напряжение выбрано из за необходимости быстрого старта и высокой скорости.

Датчики

В основном это концевики ,ограничивающие движение, по всем направлениям   и  лазерный датчик , излучатель  и приёмник, установленные   на фронтальной части принтера . Сигналы с этого датчика используются  для автоматического задания высоты между печатающей головкой и объектом печати  в пределах 2-3мм

.

Стол

Выполнен из ДСП, рама сварена из металлического профиля 15х15мм. Из нижней части  столешницы выдвигается небольшая площадка для установки ноутбука. Печать деталей из АBC , только  втулки распечатаны из PETG .  Изначально планировал  использовать нейлон , но в принципе и так работает.Печатать можно не только на пряниках , но и на дереве , керамике , тканях , в общем на любой плоской поверхности. Проблема только в чернилах однажды заправив под определённый вид материала сложно перейти на другие чернила особенно это касается пищевых и технических.

Видео  https://www.youtube.com/watch?v=mXlgqUYQaBg