Luận văn Thiết kế, thi công mô hình maý in 3D dùng kit Arduino (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế, thi công mô hình maý in 3D dùng kit Arduino (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH MÁY IN 3D DÙNG KIT ARDUINO GVHD: TH.S NGUYỄN THANH TÂM SVTH: NGUYỄN PHI LONG MSSV: 10901049 S K L 0 0 4 2 3 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH MÁY IN 3D DÙNG KIT ARDUINO GVHD: TH.S NGUYỄN THANH TÂM SVTH: NGUYỄN PHI LONG MSSV: 10901049 Tp. Hồ Chí Minh - 1/2016
3. PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ và tên: Nguyễn Vĩnh Hưng MSSV: 10901007 Tel: 01674627100 Email: lehung42@gmail.com Họ và tên: Nguyễn Phi Long MSSV: 10901049 Tel: 0982516248 Email: nplong168@gmail.com 2. Thông tin đề tài Tên của đề tài: THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH MÁY IN 3D DÙNG KIT ARDUINO Mục đích của đề tài: tiếp cận công nghệ in 3D, chế tạo được máy in 3D giá thành rẻ, dễ sử dụng. Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ ngày 01/10/2015 đến 22/01 /2016 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Sinh viên viết lại nhiệm vụ như đã thực hiện trong luận văn - Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu lý thuyết về công nghệ in 3D, tham khảo tài liệu, đồ án liên quan tới máy in 3D. - Nhiệm vụ 2: Thiết kế, thi công phần cứng, giải pháp tối ưu khi thực hiện. - Nhiệm vụ 3: Tiến hành lập trình cho hệ thống. - Nhiệm vụ 4: Chạy thử nghiệm, kiểm tra sản phẩm, khắc phục lỗi, viết báo cáo. 4. Lời cam đoan của sinh viên Chúng tôi – Nguyễn Vĩnh Hưng và Nguyễn Phi Long cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của thạc sỹ Nguyễn Thanh Tâm. Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 SV thực hiện đồ án Nguyễn Vĩnh Hưng Nguyễn Phi Long Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị) i
4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Vĩnh Hưng Lớp: 109010A MSSV: 10901007 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Phi Long Lớp: 109010B MSSV: 10901049 Tên đề tài: Thiết kế, thi công mô hình maý in 3D dùng kit Arduino Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 01/10/2015 → Trao đổi với giáo viên hướng dẫn và nhận đề tài. 10/10/2015 12/10/2015 → Thống nhất với GVHD các phần mục cần tìm 17/10/2015 hiểu, thiết kế, thi công. 19/10/2015 → Tìm hiểu lý thuyết liên quan đến các phần mục 24/10/2015 của đề tài, tham khảo tài liệu , đồ án liên quan. 26/10/2015 → Thiết kế phần cứng sẽ thiết kế, các giải pháp tối 31/10/2015 ưu khi thực hiện đề tài. 02/11/2015 → Thi công phần cứng, kiểm tra, đo đạt các thông 07/11/2015 số tín hiệu. 09/11/2015 → Tiến hành lập trình điều khiển, đo đạc, kiểm tra 14/11/2015 các tín hiệu ngõ vào, ngõ ra, hiển thị 16/11/2015 → Lập trình cho hệ thống. 21/11/2015 23/11/2015 → Kiểm tra sai sót và khắc phục lỗi. 28/11/2015 30/11/2015 → Đang hoàn thành và chạy thử nghiệm. 12/12/2015 14/12/2015 → Chạy thử nghiệm, kiểm tra sản phẩm, khắc phục 22/01/2016 lỗi. Viết báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Nguyễn Thanh Tâm
5. LỜI CẢM TẠ Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên nhóm thực hiện đồ án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ths. Nguyễn Thanh Tâm, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nhóm thực hiện đồ án. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử, đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập của nhóm tại trường. Vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp mà còn là hành trang quý báu cho sự nghiệp của nhóm sau này. Nhóm cũng xin cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình của gia đình, bạn bè, những người thân đãđộng viên, giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Mặc dùđã cố gắng hết sức, song chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn. Cuối cùng nhóm xin kính chúc quý Thầy, Cô, gia đình và bạn bè dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Nguyễn Phi Long Nguyễn Vĩnh Hưng i
6. TÓM TẮT Hiện nay, công nghệ in 3D không ngừng được cải tiến và ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực, tuy nhiên ngành in 3D chỉ mới bắt đầu xâm nhập thị trường Việt Nam trong một vài năm trở lại đây và còn khá xa lạ với nhiều người. Với mục đích muốn tiếp cận với công nghệ in 3D, nhóm thực hiện đồ án mong muốn chế tạo máy in 3D giá thành rẻ, phù hợp với mọi người, dựa trên các nền tảng mã nguồn mở, các thiết kế và linh kiện cơ khí và điện tử có bán rộng rãi trên thi trường, nhóm đã chế tạo thành công máy in 3D: Với kích thước 200x200x200 mm. Di chuyển với độ chính xác vị trí: ± 1mm. Ứng dụng vi điều khiển ATMEGA 2560 để thiết kế các mạch điều khiển động cơ bước với độ chính xác cao, tốc độ xử lý nhanh . Người dùng dễ dàng tương tác thông qua nút nhấn, đọc và thực hiện theo mã Gcode thông dụng.
7. MỤC LỤC Danh sách các bảng i Danh sách các hình ii Chƣơng 1. TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined. 1.2 Mục đích. Error! Bookmark not defined. 1.3 Mục tiêu Error! Bookmark not defined. 1.4 Nội dung thực hiện 1 1.5 Giới hạn 1 1.6 Bố cục đề tài 2 Chƣơng 2. KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI 3 2.1 Giới thiệu 3 2.2 Cơ sở lý thuyết của máy in 3D 4 2.2.1 Vật liệu in 3D 4 2.2.2 Hoạt động của máy in 3D 5 2.3 Thiết kế sơ đồ khối 6 2.3.1 Khối cảm biến 7 2.3.2 Khối xử lý trung tâm 8 2.3.3 Khối hiển thị và điều khiển 12 2.3.4 Khối nguồn 13 2.3.5 Khối tải 13 2.4 Lưu đồ giải thuật 25 Chƣơng 3. THI CÔNG 27
8. 3.1 Thi công phần điện 27 3.2 Thi công khung máy 28 3.2.1 Khung máy 28 3.2.2 Đế đỡ bàn in và bàn in 29 3.2.3 Các bộ phận bằng nhựa 30 3.2.4 Các bộ phận đầu phun bằng nhựa 31 3.2.5 Thanh trượt trục tròn và trục vít 32 3.2.6 Linh kiện cơ khí 32 3.2.7 Linh kiện cho bàn nhiệt 33 3.2.8 Bộ đùn 33 3.3 Điều khiển máy in 3D 34 3.3.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE 34 3.3.2 Phần mềm điều khiển in 3D 35 Chƣơng 4. KẾT QUẢ 39 4.1 Mô hình máy in 3D dạng Prusa I3 39 Chƣơng 5. KẾT LUẬN 42 5.1 Kết luận 42 5.2 Những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án 42 5.3 Hướng phát triển 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
9. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Chức năng chính các chân Driver A4988 22 Bảng 2.2: Chế độ điều khiển driver A4988 23
10. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô hình được in 3D 03 Hình 2.2: Sợi nhựa dùng để in 3D 04 Hình 2.3: Sơ đồ khối máy in 3D 06 Hình 2.4: Điện trở nhiệt (Thermistor) 07 Hình 2.5: Công tắc hành trình 08 Hình 2.6: Arduino Mega 2560 09 Hình 2.7: Ramps 1.4 10 Hình 2.8: Kết nối Ramps với Arduino 12 Hình 2.8: Ramps LCD controller 12 Hình 2.9: Bộ nguồn cho máy in 3D 13 Hình 2.10: Cấu tạo động cơ bước 14 Hình 2.11: Phân loại động cơ bước 15 Hình 2.12: Động cơ bước loại đơn cực 15 Hình 2.13: Động cơ bước loại lưỡng cực 4 đầu dây 16 Hình 2.14: Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước kiểu lai 17 Hình 2.15: Cấu tạo rotor của động cơ bước kiểu lai 17 Hình 2.16: Hoạt động của động cơ bước kiểu lai 18 Hình 2.17: Sơ đồ nối dây của động cơ bước lai lưỡng cực 18 Hình 2.18: Chế độ Wave drive 19 Hình 2.19: Chế độ Full step drive 19 Hình 2.20: Chế độ Half step driver 20 Hình 2.21: Dạng sóng các chế độ điều khiển động cơ bước 20 Hình 2.22: Driver A4988 21 Hình 2.23: Sơ đồ kết nối của Driver A4988 21 Hình 2.24: Đầu phun JHead all metal E3D 24 Hình 2.25: Lưu đồ 26 Hình 3.1: Sơ đồ kết nối các phần tử điện 27 Hình 3.2: Bản vẽ khung máy 28
11. Hình 3.3: Bản vẽ đế đỡ bàn in 29 Hình 3.4: Các chi tiết bằng nhựa để ráp máy in 3D 30 Hình 3.5: Các chi tiết để gắn đầu phun được in 3D 31 Hình 3.6: Linh kiện cơ khí 32 Hình 3.7: Giao diện sau khi cài đặt của Arduino IDE 34 Hình 3.8: Giao diện phần mềm Cura 35 Hình 3.9: Chọn kiểu máy, thông số máy trên phần mềm Cura 36 Hình 3.10: Thiết lập các thông số cần thiết khi in 38 Hình 4.1: Máy in 3D dạng Prusa I3 sau khi chế tạo. 39 Hình 4.2: Kích thước sản phẩm thực tế so với thiết kế 40 Hình 4.3: Cái chén nhỏ 40 Hình 4.4: Một vài sản phẩm. 41
12. Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Khoa học kỹ thuật vào đầu thế kỉ 21 phát triển bùng nổ đã tạo cơ hội cho công nghệ in 3D ra đời. Đây là bước đột phá nổi trội, làm thay đổi những phương thức sản xuất truyền thống và có thể sẽ trở thành xu hướng trong thời gian tới. Hiện nay, công nghệ in 3D không ngừng được cải tiến và ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực từ kiến trúc, xây dựng, thời trang, mỹ thuật, y học, giải phẩu thẫm mỹ, giáo dục đến các ngành công nghiệp sản xuất khác như hàng tiêu dùng, ô tô, máy bay, vũ trụ. Bằng cách sử dụng máy in 3D, tính khả thi của việc tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh như ý tưởng được nâng cao, rút ngắn thời gian nhiều nhất có thể. 1.2 MỤC ĐÍCH - Tiếp cận công nghệ in 3D. - Chế tạo được máy in 3D giá thành rẻ, dễ sử dụng. 1.3 MỤC TIÊU - Chế tạo được máy in 3D dạng Prusa I3. - In vật thể với kích thước vật thể tối đa là 200x200x200 (mm) với sai số cho phép là 0,2 mm. 1.4 NỘI DUNG THỰC HIỆN - Thiết kế, thi công khung máy, phần cứng, phần điện (cơ khí, linh kiện). - Lắp ráp các khối điều khiển vào máy in 3D. - Lập trình điều khiển trên kit Arduino Mega 2560. 1.5 GIỚI HẠN - Nghiên cứu tổng quan về máy in 3D Reprap dạng Prusa I3. - Thiết kế, chế tạo máy in 3D với kích thước vật thể tối đa là 200x200x200 (mm) với sai số cho phép là 0,2 mm. - Sử dụng mã nguồn mở để điều khiển máy in. 1.6 BỐ CỤC ĐỀ TÀI - Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Khảo sát sơ đồ khối. - Chương 3: 2
13. Chương 2: KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI 2.1. GIỚI THIỆU In 3D là một nhánh nhỏ của công nghệ tạo mẫu nhanh, được phát minh từ những năm 1980s. In 3D là công đoạn tạo mô hình vật lý (mẫu thật) từ mô hình số (file thiết kế 3D trên máy vi tính) một cách tự động thông qua các máy in 3D. Khi ta đã gọi là máy in thì nó phải có “mực”. Với máy in thường, sau khi in, mực sẽ khô và để lại các vệt màu trên giấy. Còn máy in 3D thì “đắp” từng mảng vật liệu rồi khô cứng lại thành mô hình tương ứng với thiết kế 3D. Sản phẩm in 3D nó không trừu tượng như trên mô hình thiết kế, bạn có thể cầm nắm, thậm chí sử dụng được như một sản phẩm bình thường. Máy in 3D Reprap dạng Prusa i3 sử dụng các linh kiện chính :Ardunio mega 2560, ramps 1.4,động cơ bước, đầu phun nhựa và cảm biến nhiệt độ, hiển thi thông tin trên LCD 16x4, giao tiếp để điều khiển thông qua núm xoay, động cơ bước Hình 2.1: Mô hình được in 3D 3
14. 2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY IN 3D 2.2.1. VẬT LIỆU IN 3D Người sử dụng máy in 3D sẽ lựa chọn 2 loại vật liệu đầu vào: Acrylonitrile Butadiene Styrene (nhựa ABS) và Polylactic Acid (nhựa PLA). Một số máy in chỉ nhận nhựa ABS, một số loại khác sử dụng được cả hai. Các vật liệu nhựa đầu vào này có dạng sợi, chiều rộng 1,75mm hoặc 3mm. Nhựa ABS thường được sử dụng để tạo ra đồ chơi Lego. Đây là loại nhựa có gốc hóa học, hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Nhựa PLA thì có nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn như từ ngô và mía, cứng và bóng hơn nhựa ABS. Ngoài việc dùng làm nguyên liệu đầu vào cho máy in 3D, nhựa PLA còn được ứng dụng để sản xuất các loại bao bì phân hủy được. Hình 2.2: Sợi nhựa dùng để in 3D Sợi nhựa dùng cho máy in 3D có giá thành khá đắt. Hãng MakerBot bán 2,2 pound (990 gram) sợi nhựa PLA giá 48 USD (960.000 đồng). Nếu tìm mua trên eBay giá thành sẽ rẻ bằng một nửa. Hãng này ước tính 990 gram sợi nhựa có thể in ra được 392 quân cờ vua. Giá thành sợi nhựa sẽ giảm xuống nếu các loại máy in 3D trở nên phổ biến và sợi nhựa được sản xuất với quy mô lớn. Có một cách khác để giảm giá thành đầu vào là bạn sử dụng máy ép sợi nhựa. Bạn đưa nguyên liệu nhựa tái chế hoặc nhựa giá rẻ vào máy ép để tạo ra các sợi nhựa. 4
15. 2.2.2. HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY IN 3D Khi đã có sợi nhựa, ta đưa vào máy in 3D qua một bộ phận gọi là đầu in (print head). Đầu in có hình dáng như một chiếc hộp với một vòi phun. Một cơ cấu truyền động sẽ đẩy từng phần nhựa xuống đầu in. Trước khi nhựa bị đùn ra từ đầu kim in, sợi nhựa phải đi qua một ống nhiệt và hóa lỏng. Nhựa qua đầu kim in là những đường chỉ siêu mảnh chỉ 0,1 milimet. Ngay khi ra ngoài không khí, nhựa khô cứng rất nhanh, gắn lại với nhau tạo thành các lớp. Có nhiều cách in 3D ứng với nhiều kiểu máy in 3D khác nhau, ở đây, đề tài của nhóm thực hiện nghiên cứu chế tạo máy in 3D Repraps dạng Prusa i3. Với máy in 3D prusa i3, có cơ cấu hoạt động như sau : - Xét chuyển động trong không gian 3 chiều, tọa độ Đề-các ( 3 phương x,y,z) . - Chuyển động của đầu in và bàn in: Đầu in được điều khiển bỡi 2 động cơ, để di chuyển theo chiều lên xuống (trục y) và qua lại theo phương ngang (trục x). Để đầu in có thể chuyển động theo phương ngang, ta dùng 1 động cơ bước , đặt trục nằm ngang ,tạo ra chuyển động quay, thông qua dây đai curoa gắn kết với đầu in tạo thành chuyển động tịnh tiến theo phương ngang ( trục x). Để đầu in có thể chuyển động theo phương thẳng đứng, lên- xuống, sử dụng 2 trục vitme theo phương thẳng đứng được xoay bỡi bỡi 2 động cơ có trục đặt thẳng đứng thẳng đứng, động cơ quay kéo theo chuyển động quay của vitme làm đầu in có thể chuyển động lên xuống. Bàn in được 1 động cơ điều khiển để di chuyển tới lui (di chuyển theo trục y , cố định trục x và trục z). Chuyển động của bàn in từ 1 động cơ bước có trục đặt theo phương ngang kéo dây curoa kéo theo bàn in chuyển động tịnh tiến. 5
16. 2.3. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI Theo yêu cầu của đề tài, chúng tôi tiến hành thiết kế máy in 3D gồm các khối sau: Khối cảm biến: bao gồm cảm biến nhiệt độ và công tác hành trình. - Cảm biến nhiệt nhận tín hiệu nhiệt độ từ đầu gia nhiệt trong đầu phun, tín hiệu được xử lý để hiển thị và dùng để điều khiển đầu phun. - Công tác hành trình : tạo điểm bắt đầu, vị trí xuất phát của động cơ. Khối xử lý trung tâm - Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó xử lý tín hiệu để hiển thị và điều khiển tải. Khối hiển thị - Hiển thị các thông tin cần thiết cho hệ thống : thông tin nhiệt đô, tọa độ, các thông tin để tương tác và điều khiển. Khối điều khiển - Điều khiển thực hiện các lệnh thực thi cho hệ thống: start, stop , reset, Khối nguồn - Cung cấp điện cho các khối trong hệ thống. Khối tải - Là ngõ ra của hệ thống, thực thi các yêu cầu. - Bao gồm các động cơ và đầu phun. - Động cơ làm di chuyển đầu phun theo tọa độ được điều khiển từ khối xử lý trung tâm. Từ yêu cầu đó, ta thiết kế sơ đồ khối của hệ thống nhƣ sau Hình 2.3: Sơ đồ khối máy in 3D 6
17. 2.3.1 KHỐI CẢM BIẾN - Nhiệt điện trở Cảm biến nhiệt độ là thành phần không thể thiếu trên các máy in 3D. Các cảm biến này giúp bộ điều khiển theo dõi nhiệt độ đầu đùn cũng như nhiệt độ bàn nhiệt. Nếu một trong hai nhiệt độ trên không được đo chính xác thì quá trình in sẽ không được như ý muốn, chất lượng sản phẩm in sẽ giảm, thậm ý không in được. Hiện nay các máy in 3D thường sử dụng giải pháp cảm biến nhiệt độ bằng các nhiệt điện trở. Giải pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ, trong khi đó nhiệt điện trở có độ bền cao. Hình 2.4: Điện trở nhiệt (Thermistor) Nhiệt điện trở có thể phân thành 2 loại theo hệ số k. Nếu k dương, trở kháng của điện trở tăng khi nhiệt độ tăng, khi đó nó được gọi là nhiệt điện trở thuận hay thuận nhiệt trở (PTC - Positive Temperature Coefficient). Ngược lại nếu k âm, trở kháng của điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, và nó được gọi là nghịch nhiệt trở (NTC - Negative Temperature Coefficient). Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị, như máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, Nó cũng được dùng trong phần mạch bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện. - Công tắc hành trình Để đảm bảo độ chính xác cho việc in sản phẩm, việc phải có điểm bắt đầu xuất phát (home) là rất quan trọng. Khi các trục X,Y,Z chưa nằm trên cùng 1 mặt phẳng ngang, việc kéo chúng về tọa độ ban đầu đóng vai trò như một sự chuẩn bị. Tại vị trí của các công tắc hành trình (end-stop) được coi là 0 (home), hoặc là nơi mà các trục không thể di chuyển xa hơn nữa. Các dòng công tắc hành trình hiện nay thường có ba chân, thường đóng (NC), thường mở (NO) và Common (C). Các chân NC và NO được đặt cố định, 7
18. chân C có chức năng như cổng tạo tín hiệu trên bộ điều khiển. Khi nút trên end- stop bị tác động sẽ gửi một tín hiệu tới bộ điều khiển để cho nó biết rằng trục đã đạt đến vị trí 0 (home). Trong phạm vi giới hạn đồ án, nhóm sử dụng: chân Common (C) và thường đóng (NC). Vì chỉ sử dụng 1 trong 2 tiếp điểm thường đóng (NC) hoặc thường mở (NO). Hình 2.5: Công tắc hành trình 2.3.2 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó xử lý tín hiệu để hiển thị và điều khiển tải. Để điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động, ta sử dụng mạch điều khiển RAMPS 1.4 được thiết kế để phù hợp với toàn bộ thiết bị điện tử cần thiết cho máy in 3D RepRap với chi phí thấp. RAMPS 1.4 giao tiếp với Arduino Mega với nền tảng mạnh mẽ và có nhiều room để mở rộng. Thiết kế module bao gồm các khe cắm cho trình điều khiển động cơ bước và mạch điện điều khiển đầu phun trên shield Arduino Mega để dễ dàng sử dụng, thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng. Ngoài ra, 1 số bo mạch mở rộng của Arduino có thể được gắn thêm vào miễn là mạch RAMPS gắn ở lớp trên cùng. 8
19. - MẠCH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 256. Arduino Mega 2560 là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu khiển AVR Atmega2560. Hình 2.6: Arduino Mega 2560 Đi cùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp : IDE (Integrated Development Environment) cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau: - Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. - Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được. Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V đến 12V. - Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch. Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560. - Kích thước: + Dài : 101,98 mm + Rộng : 53,63 mm + Cao : 15,29 mm + Cân nặng : 34,9 g 9
20. - Thông số kỹ thuật: + Vi xử lý: 5V + Điện áp hoạt động: 7-12V + Điện áp đầu vào: 6-20V + Chân vào/ra: 54 12 chân đầu ra PWM, độ phân giải 8 bit, từ chân số 2 đến 13. 10 chân giao tiếp, từ chân số 14 đến 21 và 2 chân số 0,1. 32 chân vào/ra số, từ chân số 22 đến 53. Ngoài ra có 3 chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF), 2 chân nguồn 5v. + Chân vào tương tự: 16 ( từ chân số 0 đến 15). + Dòng điện trong mỗi chân I/O: 40mA + Dòng điện Chân nguồn 3.3V: 50mA + Bộ nhớ trong: 256kB + SRAM: 8kB + EEPROM: 4kB + Xung nhịp: 16MHz - MẠCH ĐIỀU KHIỂN RAMPS 1.4 Hình 2.7: Ramps 1.4 10
21. RAMPS (RepRap Arduino Mega Pololu Shield) là bộ kit điều khiển máy in 3D Reprap giao tiếp với bộ Arduino Mega 2560 mạnh mẽ cùng nhiều cổng kết nối mở rộng. Trên Arduino MEGA shield có các mô-đun tích hợp khe cắm trình điều khiển động cơ bước (stepper drivers) và thiết bị điện tử của bộ đùn nhựa in 3D. Đặc biệt, chúng ta có thể gắn thêm các bo mạch mở rộng của Arduino nhưng phải đảm bảo mạch RAMPS gắn ở lớp trên cùng. Bo mạch điều khiển máy in 3D Reprap có rất nhiều loại và đều dựa trên nền tảng Arduino mã nguồn mở. Hiện nay, những người chế tạo máy in 3D thường chọn bo mạch RAMPS 1.4 để làm bộ não cho chiếc máy vì những tiện ích mà nó mang lại. Cấu tạo RAMPS 1.4: - Năm khe cắm driver A4988 điều khiển tương ứng năm động cơ bước, với mỗi khe cắm driver A4988 thì có ba cầu nối giữa nguồn với chân MS1, MS2, MS3 để điều chỉnh chế độ bước của động cơ bước. - Ba Mossfet được điều khiển bằng xung PWM, cấp nguồn điều khiển đầu đùn, bàn gia nhiệt và quạt làm mát. Để lấy nguồn cho thiết bị ta chỉ việc kết nối thiết bị với các ngõ ra D8, D9 hoặc D10. - Ba cặp chân T0, T1, T2 là các vị trí nối Thermistor, các Thermistor này sau khi được kết nối với T0 (hoặc T1 hoặc T2) sẽ kết hợp với điện trở 4,7 kΩ trong board tạo nên cầu chia áp, khi giá trị Thermistor thay đổi thì điện áp VTHERM0 vào vi xử lý thay đổi theo. - Sáu cặp chân cắm công tắc hành trình tương ứng với 3 trục X,Y,Z ở hai vị trí Max, Min. - Nút nhấn Reset nối mass với chân reset của vi xử lý, bình thường nút nhấn hở mạch, khi cần reset ta tác động nút nhấn reset hệ thống. Ngoài ra board còn có thế kết nối động cơ Servos, LCD, SDcard. 11