Elektrische Komponenten

Für einen 3D Drucker wird einiges an Elektronik benötigt. Hier eine kleine Liste:

  • Schrittmotoren
  • Schrittmotortreiber
  • Netzteil
  • Heizbett
  • Endschalter
  • Leistungselektronik
  • Extruderheizung
  • Temperatursensoren
  • Lüfter
  • Mikrocontroller
  • Leistungselektronik

Schrittmotor

Bei den Schrittmotoren wird auf den Formfaktor Nema17 gesetzt. Die Abmessungen sind in folgender Abbildung zu sehen:

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Diesen Motor gibt es in unterschiedlichen Größen und Leistungen. Ich habe mich dabei für zwei unterschiedliche Größen entschieden. Je nach Drehmoment welches ich benötige. Für den Antrieb der Y-Achse und der Z-Achse entschied ich mich für einen kleinen Motor der Länge 34 mm. Für den Antrieb der X-Achse und den Extruder einen größeren mit einer Länge von 48 mm. Für die größere Masse des Drucktisches erschien mir das als Sinnvoll.

Schrittmotortreiber

Das wichtigste bei den Treibern ist darauf zu achten, dass sie mit dem genutzen Board kompatibel sind. Auch gibt es Unterschiede in der Ansteuerung. Die meisten Treiber werden aber durch Impulse angesteuert. Jeder Impuls sagt dem Treiber, dass er den Motor einen Schritt weiter bewegen soll. Je mehr Mikroschritte dieser Treiber bietet, je höher ist die Theoretische Auflösung. Meine Wahl fiel auf die neuen RAPS128, welche wie der Name schon sagt 128 Mikroschritte bietet. Der Vorteil von diesen Treibern ist das sie in der gleichen Form erhältlich sind wie die gängigen Treiber.

Mikrocontroller

Der Mikrocontroller sollte genug Rechenleistung bieten, die Achsen zu interpolieren und die Schritte zu generieren. Genug Arbeitsspeicher ist von Vorteil, wenn es darum geht, die nächsten Bewegungen vorzubereiten. Im Normalfall genügt ein Arduino Mega mit dem Mikrocontroller ATmega1280. Da in meinem Fall aber Schrittmotortreiber, die eine Schrittteilung von bis zu 128 Mikroschritte bietet, verwendet werden, müssen diese zusätzlichen Schritte auch erzeugt werden. Der A4988 von Polulu bietet im Vergleich nur 16 Mikroschritte an.

Entschieden habe ich mich dann für einen 32-Bit ARM Prozessor, der auf dem Entwicklerboard Arduino Due sitzt.

Die Spezifikationen des Arduino Due sind:

Microcontroller   AT91SAM3X8E
Operating Voltage   3.3V
Input Voltage (recommended)   7-12V
Input Voltage (limits)   6-16V
Digital I/O Pins   54 (of which 12 provide PWM output)
Analog Input Pins   12
Analog Outputs Pins   2 (DAC)
Total DC Output Current on all I/O lines   130 mA
DC Current for 3.3V Pin   800 mA
DC Current for 5V Pin   800 mA
Flash Memory   512 KB all available for the user applications
SRAM   96 KB (two banks: 64KB and 32KB)
Clock Speed   84 MHz
Length   101.52 mm
Width   53.3 mm
Weight   36 g