Модульные пиксельные экраны PIXBOX, часть 6: EPIX DOSER

Любой читающий подумает, что это уже перебор, и будет прав. Внимание, большой объем текста

Это 6 часть, вот прошлая. А остальные можно найти у меня в профиле

Как думаете, сколько раз можно нажать на шприц со смолой, прежде чем рука забьётся? 10-100-200? У меня уже после 128 раз есть ощутимое чувство усталости, и это в целом плохо, потому что рождает неточность, которая рождает брак. Потому что я разливал смолу в 64 ячейки для каждой формы вручную, через шприц. Лить одну форму — нормально, лить две — ощутимо, а вот дальше — опасно, потому что появляются дефекты

Самое печальное — не дефекты локальные, а просто невозможность масштабирования, потому что если я устал после 3 форм, то что говорить про 10? Это только производственная сторона, а физически и морально просто очень муторно нажимать сотни раз на шприц, при это точно по центру, не касаясь формы, но низко

После успеха с миксером у меня возилась идея, которая за несколько дней из абстрактной фантазии стала реальным планом: собрать насос, который избавил бы меня от ручного нажатия. Я конечно поискал заранее, и даже заказал на алике один, но параллельно начал собирать свой

Перистальтический насос

Не помню как, но я узнал что существует такой тип насоса, который качает проталкивая жижу в трубке механически. Раньше даже не задумывался об этом, но теперь это стало очень полезным, потому что мне нужны именно одноразовые трубки для смолы (чтобы туда ничего не попадало). Короткий поиск на стоках 3д моделей выдал массу результатов peristaltic pump, а еще просмотр видео про такие печатные насосы и в целом я понимаю что надо делать, и даже вся комплектуха почти есть: nema17, драйверы, подшипники (остались от поделок 3д печатных). Осталось докупить ардуину для управления и можно делать

Пока всё ехало, у меня печатались разные корпусы скачанных моделей, они в основном 2 видов: под один диаметр шланга или универсальные. Попробовал и те, и другие, но в целом я не знал нужный диаметр, поэтому хотелось универсальный вариант. Покатал тесты и разочаровался: кто-то сознательно сделал неработоспособную модель с дефектом, где-то просто модель из говна и говна, которая развалится если не сейчас, то через 15 минут. Посмотрел на эти конструкции, плюнул, и пошел делать самостоятельно

Всего было 4 итерации корпусов для насоса, в основном исправлял проблемы зажимания шлангов: шланг надо держать крепко, но не пережимать его. А так как шланг мягкий (позже об этом), то задача усложняется. решилась она только тогда, когда я украл зажимающий клапан с какой-то модели и доработал его, так что он теперь мой))) Вот взгляните: шпилька вкручивается в отверстие, а поверх ней вкручивается гайка, которая внутри конусообразная, она зажимает шпильку равномерно со всех сторон и шланг держится, но не пережимается. Впоследствии я этот клапан много где использовал

Немного про шланги. Сначала непонятен диаметр нужный и материал, но после тестов (платных кстати), появилось понимание:

• Латексные шланги сильно дешевле, чем силиконовые. Это важно, тк шланги одноразовые
• Оптимальный диаметр 3х5мм (и по цене, и по скорости\точности

Пока делал насос, были большие сомнения в его точности, потому что качает он рывками, иногда перегибается и качает меньше, выглядит не очень надежно. Была надежда что насос, который едет с алика, будет сильно лучше (спойлер: я не знаю, потому что не использовал его)

Как обычно, пошли тесты по прокачке, как раз к этому времени приехали недостающие компоненты и я подсобрал все на макетке. Было удивительно — качает! 

Вот что исправили 4 версии корпуса:

1. Зажим шлангов стал клёвый 
2. Прижим шланга к подшипникам стал надёжный и толстый (напечатал там большой болт, который двигает зажимную скобу) 
3. Убрал лишнее место, куда мог сбежать шланг во время прокачки

Честно скажу (может ошибаюсь, если знаете то скиньте ссылку), думаю что получился самый универсальный и беспроблемный насос из всех, что я нашел на thingeverse\makerworld:

• любой шланг в диапазоне 1мм-12мм (а может и побольше)
• быстрая смена шлангов
• контролируемый зажим шланга
• простота печати с минимальными поддержками

Вот некоторые тесты разливки воды в форму с помощью этого насоса. Но до реальной разливки смолы таким методом я так и не дошел, потому что

EPIX DOSER

Зачем мне полуавтоматический метод разливки, где я направляю шланг рукой (все еще снижая уровень точности тем, что я человек), если можно сделать полную автоматизацию? С этой мыслью началось планирование разливочного станка. Нет, конечно я предварительно поискал готовые, но стоят они много, а для моей задачи не подходят, тк не перемещается головка разливочная

Придумался станок, который катается и автоматически разливает смолу по формам: быстро, точно, легко, без моральных страданий. Пока это выглядело не как идея, которую я прям сделаю, а гипотетическая возможность.

Чудесным образом, помимо моторов nema17 у меня остались рельсы MGN12 и что-то еще по мелочи. Это значит, что можно напечатать корпус и собрать станок? Пару дней я и правда думал все напечатать, но потом просто решил купить алюминиевый профиль и собрать нормально, тк точность с пластиком скорее всего была бы очень печальная

Я никогда не проектировал станки, вообще ничего особенно сложного не проектировал. Наверное поэтому пришлось пережить несколько итераций, прежде чем получилось что-то вменяемое хотя бы концептуально: каретка с шлангом ездит по Х, а стол катается по Y — классический дыргостол. Но перистальтическим насосам мы особо не верим, поэтому будем использовать шприц, закрепленный на каретке 

Шприц VS перистальтика

Вообще долго думал об этом и до конца даже сейчас не знаю, что лучше. Вот аргументы

Шприц

+ Точнее сильно

+ Проще и надёжнее

- Дороже

- Каждый раз доп набор смолы в шприц

- Ограниченный объем

- Доп привод для выдавливания прямо на каретке (или через ремень)

Перистальтический насос

+ Нет ограничения объема

+ Дешевле (просто шланг)

+ Легче каретка

- Менее точный

- Сто проблем с шлангом (пережат или нет и прочие)

- Больше объем черновой продувки (трата смолы)

Забавно, что это выглядит буквально как решение, что же поставить на дрыгостол, боуден или директ? 😁😁😁

Начиная проектировать под шприц, я в итоге от него отказался, а решающим фактом стал именно объем прокачки. Ну и перистальтический насос уже был готов. К сожалению, на тот момент я не знал, что на самом деле разницы почти нет, тк смола не позволяет прокачивать большие объемы, она слишком быстро твердеет. Поэтому может и шприц был бы норм, но имеем что имеем

В течение недели я каждый вечер проектировал станок: дорабатывал мелочи, обсуждал реализацию с гпт и снова дорабатывал. Учитывал разные мелочи (но не учел главного, кстати, об этом позже), тестировал размеры и механику. Итог вот какой

• Алюминиевый профиль
• Размеры около 360х300мм
• Рабочая область около 120мм (сама форма около 100м, но область заливки 76х76мм)
• Кинематика как у дрыгостолов, но без автоматической оси Z, только ручная регулировка
• Управление arduino nano
• Драйверы TMC 2209
• Рельсы MGN12
• Оси X и Y на винтах
• Моторы nema17 в количестве 3 штук

Это выглядит избыточным для такого проекта, но и сам проект выглядит избыточным для такой задачи. Получается избыток избыток, кек. Ну глупо покупать другие рельсы, когда они уже есть, глупо использовать другие драйверы, когда заказал на алике 5штук в пачке и 4 еще лежат — такие вот оправдания.

Итоговая задача: чтобы оси катались, а насос это понимал и качал когда нужно. Это даст возможность заливать жижу медленно по центру ячеек, сделаем процесс легким. Пока ехали концевики, dupont провода и коннекторы, я уже собирал механику. Оказалось достаточно сложно даже вымерять ровную раму — я ловил так, чтобы сотые доли были плюс-минус рядом. 

Стоит сказать, что я дочерта чего не знал: какая резьба нужна винтам, какие гайки, как они крепятся к моторам муфтами, гибкие брать или нет, как крепить подшипник для винта и дофига чего еще. Наверное, проще было бы купить какой-то мелкий дешевый принтер, и просто махнуть ему мозг на ардуину, но эта идея мне пришла в голову только на этом этапе. Итоговая конфигурация механики: 2 рельсы таскают 1 металлическую платину 3мм, к которой прикручена печатная каретка. На ней находится съемный (для удобства) стол. В стол вставляется силиконовая форма, и он катается по строкам, а различающая головка по столбцам, таким образом змейкой разливаются все 64 ячейки. Так и собиралось

Сборка электрики 

Была веселее, потому что этот аппарат уже ожил на этом этапе. В целом работает как классический принтер: концевики, хоуминг, экструзия (насос = ось Е). Было муторно, но достаточно понятно. Из прикольного могу отметить кабель-менеджмент — заранее продумал, что провода спрячутся в профиль с помощью заглушек. Было бы круче, если бы я сверлил профиль, но заленился, и так получилось приемлемо. А еще подсветку RGB, 😁, из лент которые у меня остались от 3дпечатных светильников

Код прошивки

Был самым клёвым местом. Очень удивительно смотреть, как твоя логика оживает прямо на глазах. А она вот в чем: есть емкость со смолой и насос. После хоуминга каретка едет в область продувки и насос качает смолу. Там сто нюансов было, но в итоге качает хорошо и в специальной области продувки, где висит силиконовый носок для сбора этой черновой прокачки. Я его специально отлил, тк иначе пришлось бы печать каждый раз новый контейнер после нескольких продувок

Извините за отсутствие дегазации — забил на неёПосле продувки были разные режимы работы прошивки, но в финале я разделил их и оставил только заливку: идет и змейкой заливает всю форму. Сначала только ячейки, а потом по 4 точкам полная заливка формы

Тесты кода заняли время, но в итоге я привел их к нужной логике, а значит пришло время реальных тестов. Прогоняя воду все было отлично и как задумано — форма льется по ячейкам, потом доливается остаток по 4 точкам. Бонба. А вот реальные тесты со временем дали мне понять, что я гений. Об этом ниже

ПРОБЛЕМА ВЯЗКОСТИ

Сраные перистальтические насосы зависят от всего на свете: от длины шланга, от диаметра шланга, от изогнутости шланга, от размеров подшипников, от пережатия шланга клапаном, б***я, буквально от всего зависят, от моего знака зодиака тоже скорее всего. Но самое главное — ОБЪЕМ ПРОКАЧИВАЕМОЙ ЖИДКОСТИ ЗАВИСИТ ОТ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ. Если бы я не прогуливал уроки физкультуры, то знал бы об этом заранее и подумал бы заранее тоже. Вероятно, шприц не обладает такой проблемой, т.к. объем выдавливается

Это вылилось (хех) в такую нудятину: в первую минуту отливки 100 оборотов насоса = 1г смолы, а в десятую минуту 100 оборотов смолы = 0.5г смолы. А мне надо в каждую форму заливать 40 грамм, с разбегом максимум 1 грамм. Это вынудило меня проводить калибровки, завязанные на время, относительные а не абсолютные. Хорошо, что к тому моменту прошивка станка была уже очень функциональная, и все изменения можно было вносить на лету

В итоге мы имели: надо четко вымерять время от начала замеса до момента отливки, или будет отлито неверное кол-во грамм. Очень забавно, что стремясь упростить себе жизнь, я наоборот завязался на какие-то дикие условия. Ну и конечно так оставаться не могло, и мне пришлось убедить чат гпт в том, что интегрировать весы в каретку — отличная идея

Глаза для насоса

Насос слеп, ему сказали качать 100 оборотов чтобы было 1г, он и качает. Поэтому идея в том, чтобы дать ему обратную связь, чтобы он видел сколько куда заливает. Слово тензодатчик я только слышал, но никогда не видел. Но теперь знаю, как они работают аххахахахаххахахаххахахахаххахаха

Новая каретка посередине пуста, а к ней крепится тензодатчик чувствительностью 0-500г с алиэкспресса, откалиброванный очень точно. На нем находится магнитное крепление для стола, на котором лежит форма. Отливая смолу в этому форму, насос теперь чувствует, сколько залил. Не совсем так конечно, потому что датчик передает данные с небольшой задержкой, и если лить реально в рилтайме, то она будет очень долгой. Поэтому насос льёт ячейки вслепую (это норм), а потом после каждой точки доливки взвешивает и сравнивает, сколько он должен был грамм залить, и сколько реально залилось. После этого меняет коэффициент калибровки, и льет следующую точку. Получается очень точно, но не идеально, поэтому финальные 3 грамма он льёт в рилтайме и медленно, отслеживая сколько заливает.

Это позволяет отливать ровно 40 грамм смолы в каждую форму, что обеспечивает повторяемость цвета и светопроницаемости. А еще кабель-канал пришлось сделать, ну точно принтер

Наверное, может показаться, что у самурая нет цели, а только путь, но это не так. После введения автоматической отливки, приключение на целый день превратилось в занятие на 30 минут, но самое главное — перестало доставлять моральные страдания. Поэтому не жалею о времени, потраченном на создание аппарата

Кстати, весь путь, начиная от первой идеи и модели до финального разлива составил около месяца. Учитывая мои познания в начале, я думал что получится намного дольше

Вероятно, вы подумали об этом сразу, но я нет. Взгляните, в будущем хочу попробовать реализовать единовременную заливку. Она тоже имеет минусы, но плюсов, если получится, будет сильно больше. Силиконовый носок (в виде вымя 😂) разделен на 64 канала, в которые шприц загоняет смолу. Двигается только ось Y: сначала черновая продувка, а потом заливка в форму сразу во все ячейки.

Пока что видится сложным только такой носок создать на 64 канала + надо будет его очень тщательно мыть каждый раз. Но вдруг получится?