Parte 7. Calibrado de la electrónica

Séptima parte del montaje de la impresora 3d casera, en él veremos algo corto pero muy importante: calibrar los controladores de los motores para que funcionen óptimamente.

Fase previa

Vamos a utilizar en esta parte los siguientes materiales:

• 4 controladores (también llamados drivers, pololus, etc.) de motor paso a paso.
• 1 motor NEMA 17 con su cable de conexión.
• 1 arduino mega 2560.
• 1 tarjeta de expansión RAMPS 1.4
• 1 amperímetro (yo he usado un multitester).
• 1 destornillador de estrella de punta muy pequeña.
• 1 fuente de alimentación con 12 V y al menos 2 A, las de un PC son las mejores, estables y baratas (yo he usado una de una antigua unidad externa).
• 1 cable USB.

Modificaciones a los materiales

En realidad los materiales mostrados aquí arriba no son esenciales, algunos podéis cambiarlos... es decir, podemos cambiar el arduino mega y la RAMPS por otro microcontrolador digital y una placa de conexiones, aunque lo normal es que uséis estos porque en la siguiente parte los vamos a necesitar. un ejemplo de esto os lo pongo diciendo que ya he calibrado otro pololu: un DRV8825 utilizando un arduino uno y una placa de conexiones y fue perfecto (el cual utilizaré para el telescopio).

¿Cómo se utiliza un amperímetro?

Esa es otra pregunta interesante, vamos a repasarla antes de entrar en faena...

Empecemos con preguntas básicas

¿Qué es un amperímetro? Es un aparato que mide los amperios.

¿Qué es un amperío? Es la unidad del sistema internacional para medir la intensidad de corriente eléctrica (o simplemente intensidad). Para los que la electricidad sea un mundo os puedo hacer un símil diciendo que es la cantidad de agua que pasa por cada segundo en una tubería, otro símil más malo sería equivalente a la presión de esa tubería.

¿Cómo lo medimos? Debemos colocar el amperímetro en serie en el circuito, es decir, montamos el circuito y cortamos (metafóricamente) en la parte en la que queremos medir, en uno de los cortes ponemos el polo positivo y en el otro ponemos el polo negativo.

Cableado del motor

Al comprar el motor es posible que os venga sin cable o con el cable a medio hacer (que fue mi caso), debemos ponerlo en un conector de tipo Futaba (lo que nunca hayáis tenido alguna vez relación con el mundo RC estaréis diciendo... ¿cómo? ¿Futa qué?, no os preocupéis). Es un conector hembra, en este caso de 4 hilos, para fácil conexión y desconexión.

A la hora de montarlo tiene un conector metálico donde soldar el cable y abrazarlo con dos pequeñas aberturas, para incluirlos en una carcasa de plástico, es bastante sencillo y hay multitud de manuales y alternativas.

Lo importante aquí es que al colocar los conectores de los motores, debemos saber que un motor paso a paso (bipolar) tiene 2 bobinas con 2 cables cada una y debemos colocar los cables de cada bobina uno junto al otro. ¿Cómo saber si lo hemos puesto correctamente? (Esa es la gran pregunta de este apartado) hay un truco muy fácil, ponemos un diodo LED en 2 de los cables del motor y giramos el eje del motor, si el LED se enciende... ambos cables pertenecen a la misma bobina, si no se encienden no son de la misma bobina. Cuidado con los falsos contactos... si no se enciende el LED apretarlo un poco vaya a ser que no esté cerrado el circuito (a mí me ha pasado).

Instalar el Sprinter

Sprinter es el firmware más básico que hay para las impresoras 3d.

¿Qué es un firmware? Es el programa que controla un aparato electrónico, funciona a nivel muy básico. En periféricos de PC desde el punto de vista del SO se pueden llamar drivers y dentro de las placas base de los PC, la BIOS es parte de su firmware.

Para instalarlo nos lo descargaremos (enlace a Sprinter) junto con el IDE de arduino de una versión antigua (enlace a la versión Alpha 0022).

Una vez descargados, abriremos el arduino, después iremos a File > Open y buscaremos el archivo Sprinter.h que habremos descomprimido previamente.

A continuación iremos al menú Tools > Board y seleccionaremos Arduino Mega 2560.

Ahora conectaremos la placa arduino a través del cable USB y, tras unos minutos donde se instalarán los controladores, iremos al menú Tools > Serial Port y seleccionaremos el puerto de nuestra placa. ¿Cómo sabemos cuál es? Podemos ver cuál es el nuevo que antes no estaba o podemos seleccionar el mayor de todos (es un truco que nunca me ha fallado).

Ahora deberíamos configurar los datos (yo ya los he configurado y subido dichas modificaciones) en realizad no hay que tocar casi nada... si se desea explorar más, se puede buscar manuales por internet pero es un poco perdida de tiempo porque este software es temporal.

Sólo nos queda subirlo a la placa y para ello utilizamos el botón Upload que está en la barra de botones, situado el segundo por la parte derecha y esperaremos a que abajo nos muestre el mensaje Done uploading indicando que ha subido correctamente.

Conexionado inicial

Al comenzar debemos realizar el conexionado de todos los elementos:

1. Colocamos todos los jumpers en el RAMPS, esto es para hacer que los giros sean más precisos (es decir, el mínimo giro posible sea lo más pequeño posible), los colocaremos en las siguientes posiciones que están marcadas con cuadros de color (3 jumpers por cada cuadro):

2. Unimos el ardunio a la RAMPS,

3. Colocamos el pololu en la posición del eje X, siguiendo la siguiente imagen es la posición marcada con un cuadro rojo (también marco la negra para el eje Y, azul para el eje Z y púrpura para el extrusor):

4. Conectamos el motor a la salida del pololu con su cable correspondiente, para ello también muestro una imagen con el mismo código de colores (ahora puede verse 2 azules porque usamos 2 motores en el eje Z):

5. Unimos el el polo negativo de la fuente de alimentación con la entrada negativa de la RAMPS (la que está más cerca de la esquina).

6. Conectamos el polo negativo del multitester al polo positivo de 12 V de la fuente de alimentación.

7. Conectamos el polo positivo del multitester a la entrada positiva de 12 V de la RAMPS.

Aquí os dejo una foto de ese conexionado:

Tipos de drivers

Existen varios tipos de drivers, dependiendo del chip, el fabricante, etc. Si os lo estáis preguntando... sí, en la misma impresora puede haber distintos tipos de drivers sin problema alguno.

Todos estos drivers tienen un pequeño tornillo, que gira sobre un potenciómetro, ese tornillo tendremos que girarlo para realizar el ajuste, normalmente el giro en sentido horario aumenta y el giro en sentido horario disminuye.

Al adquirir un driver, vendrá acompañado de un pequeño disipador, antes de usarlo es necesario colocárselo (quitándole previamente una protección de la pegatina que tiene en la base). Es muy importante este paso porque podemos quedarnos sin electrónica fácilmente.

Pronterface

Pronterface es una aplicación muy básica que nos permitirá conectarnos a la impresora 3d y enviarle ordenes fácilmente (enlace de descarga desde su web oficial).

Calibrando el pololu

La información que voy a mostrar aquí la he ido recopilando de varios sitios web pero el manual del cual más me he basado ha sido este.

Pues hablemos de la calibración, lo primero que haremos será encender la fuente de alimentación (si es una ATX/BTX de un PC recordad puentear el único cable verde del conector ATX de 20 o BTX de 24 pines con uno negro para que se encienda.

Después encenderemos el multitester y ponerlo (en mi caso, girar la rueda) hasta la opción que pone 10 A que es donde se mide el amperaje, esta posición es la más habitual pero puede que el que uséis tenga otros valores más altos o más bajos, necesitaremos que al menos pueda medir 0,5 A (que aparecerá como 500 mA).

Nota sobre los multitester: si en un momento determinado veis que aparece un 1 a la izquierda, significa que el rango de medición es menor a la medición actual y debemos girar la rueda a un valor superior (el ejemplo lo tenéis en la última imagen, que si os fijáis bien yo estaba midiendo en 200 mA que ya he dicho que es un valor pequeño).

A continuación conectaremos el cable USB al arduino mega y arrancaremos el Pronterface.

Una vez encendidos todos los objetos, debemos mirar el amperímetro y apuntar el valor (este puede ser variable, cogeremos el valor medio).

Una vez apuntado, haremos que el motor se mueva utilizando el software del PC (los arcos laterales donde se ven una flechas con la etiqueta +X o -X), después de hacer esto el multitester habrá aumentado su valor, ahora debemos hacer girar el potenciómetro del pololu hasta encontrar que aparezca el valor igual a la suma del valor medio apuntado previamente y 200 mA.
Es decir, si inicialmente nos encontramos con 0.05 (50 mA) y después de usar el pronterface vemos que pone 0.13 (130 mA), deberemos girar el tornillo hasta que veamos que pone 0.25 (250 mA = 50 mA + 200 mA).

Una vez tengáis el valor conseguido, cada vez que activéis un giro en el pronterface, el motor deberá moverse sin saltos, sin vibraciones y en un sólo sentido, si no fuera así vuestro pololu necesita más amperaje (pero cuidado con no quemarlo, recordad se calientan mucho).

Después de calibrar el primer pololu, desconectaremos el pronterface, quitaremos el USB y apagaremos fuente de alimentación y multimeter. Con esto cambiaremos el pololu por el siguiente a calibrar y volveremos a repetir los pasos previos.

Amperaje según la función de cada pololu

Lo único que nos ha faltado por comentar es que según donde vayamos a colocar el pololu deberá tener asignando un amperaje u otro, veámoslo en el siguiente cuadro:

Función del pololu	Amperaje	Explicación
Eje X	200 mA	Tiene 1 motor y su amperaje estándar
Eje Y	200 mA	Tiene 1 motor y su amperaje estándar
Eje Z	400 mA	Tiene 2 motores y usa el doble del amperaje estándar
Extrusor	400 mA	Tiene 1 motor pero puede necesitar mucha fuerza (especialmente el extrusor MK7 que no tiene reductora), por tanto, debemos darle esa fuerza

Para finalizar, os dejo un enlace al artículo principal donde están los enlaces a las siguientes partes, presupuesto, etc.