Stampante 3D “SeraMaker”

Parte elettronica

L’insieme della componentistica elettronica adibita alla gestione della macchina è posizionata nella parte inferiore della struttura. A questa è fissato un alimentatore ATX che provvede alla fornitura della corrente necessaria tramite la linea 12V, oltre ad una scatola di derivazione 190x140x70mm in cui è inserita tutta l’elettronica di controllo.

In questo contenitore sono disposte diverse schede, tra cui la piattaforma Arduino Mega 2560 equipaggiata con l’apposito shield Ramps 1.4, dotato dei drivers per il controllo dei motori impiegati. Sono inoltre contenuti un relè per separare il circuito di potenza del piano di stampa riscaldato da quello di comando, una scheda per il controllo dell’illuminazione a LED e una ventola da 120mm fissata al coperchio opportunamente forato, per garantire una corretta ventilazione della scatola.

Per il collegamento dei vari componenti all’elettronica di controllo, è stato utilizzato il seguente schema:

Per il passaggio di tutti i cavi all’interno della struttura, questi sono stati inseriti in apposite spirali avvolgicavo che sono state opportunamente fissate lungo gli angoli interni sfruttando i bulloni sporgenti utilizzati per il fissaggio dei profilati.
Nella parte inferiore alla struttura invece, i cavi sono stati semplicemente fissati con l’ausilio di apposite clips plastiche realizzate su misura.

È da notare la modularità dei collegamenti effettuati tramite connettori faston per estrusore, piano di stampa e ventole, che permette di facilitare eventuali operazioni di manutenzione, in quanto sarà sufficiente scollegare il componente desiderato per estrarlo dalla macchina.

Al pannello posteriore sono fissati due connettori ed altrettanti interruttori. Il connettore USB è il prolungamento della medesima porta della scheda Arduino per consentirne il rapido collegamento ad un computer, mentre l’alimentatore viene collegato alla rete 230V tramite il connettore AC, a cui è posto in serie l’interruttore per il sezionamento dell’alimentazione generale. Il restante interruttore seziona il circuito dell’illuminazione dalla linea 12V.

 

Illuminazione interna

L’illuminazione della struttura interna è provveduta da 4 lampade a LED, di cui una illumina la targa “SeraMaker” da sopra, mentre le altre tre illuminano il piano di stampa da diverse angolazioni: da sopra e dai due angoli frontali.

Ciascuna lampada è costituita da 12 LED bianchi ad alta luminosità, disposti rispettivamente su 4 serie da 3 LED, ciascuna con resistenza da Rled=180Ω. Il tutto è saldato ad una basetta millefori e inserito nei contenitori appositamente realizzati.

Pertanto il collegamento dei singoli componenti si riassume in questo semplice schema:

Per l’alimentazione delle lampade, queste sono collegate in parallelo all’uscita di un apposito circuito di controllo, che fornisce la tensione Vout = 10,7V.

Considerando la caduta di tensione del singolo LED, Vled = 3,1V, si ha una corrente assorbita da ogni serie pari al valore:

\displaystyle I_{LED} = \frac{V_{OUT} - V_{LED} * n_{LED}}{R_{LED}} = \frac{10.7V - 3.1V * 3}{180\Omega} = 8mA

Essendo molto inferiore al valore nominale di 20mA, sarà garantita una lunga durata nel tempo delle lampade.

Il circuito di controllo per le lampade si divide essenzialmente in 2 parti:

La prima parte rappresenta un regolatore lineare di tipo LDO (Low Dropout Regulator) a transistor avente la funzione di fornire alle lampade una tensione costante pari a 10,7V (dati dalla somma tra le tensioni degli zener DZ1+DZ2 e la Vbe del transistor Q1). Questo in quanto la tensione proveniente dalla linea 12V dell’alimentatore è in continua variazione tra 11V e 12V, a causa dei periodici collegamenti dei carichi. Tra questi vi sono soprattutto quello della resistenza atta al riscaldamento del piano di stampa, che comporterebbe degli sbalzi sulla luminosità emessa dalle lampade. La seconda parte è invece posta a valle del regolatore e rappresenta un circuito RC che sfrutta il transitorio di carica del condensatore C3 collegato in parallelo alla base del transistor finale Q4. Lo scopo è quello di far circolare attraverso le lampade una corrente che si incrementa gradualmente fino al raggiungimento dello stato di saturazione del transistor. In questo modo si ottiene un effetto di aumento graduale della luminosità emessa al momento dell’accensione, noto come dissolvenza in entrata o fade-in.

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