WiFiモジュール2016年01月03日

ESP8266

年末にe-Bayに注文してあったWiFiモジュールが届きました。3Dプリンターの部材がまだ届かないので2016年のスタートは電子工作から始まりました。AI Tinker (中国)製のESP8266というモジュールを使用したWiFiモジュールです。ただのWiFi接続モジュールではありません。
CPU、メモリー、GPIOインターフェースを備えるマイクロコントローラーです。ということはこのモジュールのみでWiFi経由で外部機器が操作可能だということです。最近流行りのIoT用のモジュールデバイスです。最大の特徴はこのスペックで$4.00程度と大変安いことです。スペックは、

  • 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz
  • 64 KiB of instruction RAM, 96 KiB of data RAM
  • External QSPI flash - 512 KiB to 4 MiB
  • IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi
  • Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network
  • WEP or WPA/WPA2 authentication, or open networks
  • 16 GPIO pins
  • SPI, I²C,
  • I²S interfaces with DMA (sharing pins with GPIO)
  • UART on dedicated pins, plus a transmit-only UART can be enabled on GPIO2
  • 1 10-bit ADC
AI Tinkerからは15種類のモジュールが出ています。モジュールによってはすべてのインターフェース機能が利用できるわけではありませんがESP-01(8ピン)モジュールでも2個のGPIOは利用可能です。
さてプログラミングですが、これがまたすごいところでArduino IDE環境でプログラミン・書き込みが可能です。最初だけちょっと面倒がありますが、これさえ済ませると後はArduinoと同様にプログラミングすることができます。ここのサイトを参考にしてください。
DS18B20温度センサーのサンプルを参考にThingSpeakにデータを送信するプログラムを作成しました。写真の回路を組んでプログラムを作って半日といったところです。すごく簡単にできてしまいます。できたものは乾電池2本でも動かすことができます。データは1分間隔で更新しています。温度ですからもっとゆっくりでもよいかもしれません。いろいろと工夫次第でIoTデバイスが簡単にできるWiFiモジュールです。

3Dプリンター(12)2016年01月09日

ヒートベッド用ヒーター

skeleton3Dのベッド用のヒーターを検討しています。小型で効率良く温めることができる素材です。RepRap WiKiなどにもいろいろな方式が紹介されていますが、現在はPCBヒーターが主流です。しかし、電気を食うので大電流を流せる電源が必要になりとても高価です。そこでベッドヒーターはAC100Vを電源に使用するほうが効率的にもコスト的にも良いのではないかと思って探してみました。あまり聞き慣れない名前ですがPTCヒーターを見つけました。メタルクラッド抵抗やニクロム線と違い設計温度以上には上昇しません。また、温度が上がると消費電力が減るというエコな特徴があり、大変小型です。12Vや24VのPTCヒーターもありますが、AC100Vの場合、制御ボードからアイソレートされたONOFF制御が必要ですが高価な大電流電源が必要ありません。
110V 100WのPTCヒーターです。PTCヒーターは、半導体粒子と、電気をよく伝えるカーボン粒子(導体)などを配合し、温度によって電気の流れやすさが変わるように作られたヒーターです。AC100Vを使用するのでより効率的に温めができるのではないでしょうか。また、ニクロム線のように赤熱してしまうこともありません。ヒーターの大きさは52 x 21 x 6mmです。とりあえず250℃のものを1個注文しました。

制御ボード側の温度制御はPCB HeatedBedと同じなのですが、制御ボードのD8(ヒートベッド用)端子からは入力しているDC12Vが出力されます。それを利用して秋月のソリッドステートリレーでAC100VのONOFFを行います。
これでABS素材も印刷できることを期待しているのですが、実際に動かしてみないとわかりません。ネットを検索してもPTCヒーターを利用したケースが出てきません。最近の素材なのでしょうか。コスト的にも110V 100WPTCヒーターで約600円でしたのでPCBヒーターよりも安価です。3mm厚のアルミ板をベッドに使用していますがアルミ板への取付方法や、温度の上がり方、保温状態の安定度、サーミスタセンサの取り付け位置などわからないことがいっぱいありますが実験あるのみです。

3Dプリンター(13)2016年01月16日

skeleton3D

skeleton3Dプリンターのその後です。まだ完成はしていません。X・Y軸の駆動ベルトとプーリー、リニアベアリングと言った駆動系のパーツとホットエンドが届いていません。日本国内調達ならこんなに待たされることはないのですが中国から調達すると当たり前ですが待たされます。今回は不着でキャンセルになってしまった関係で再注文をしなければならなくなり、特に遅れています。そんなに待たされても調達コストを考えるとやむを得ないことでしょう。
現時点で調達済みの部分は少しづつ組み付けています。今回の製作目標が小型で運搬しやすい3Dプリンターを目指していす。skeleton3Dを採用することでどちらの目標もクリアするのですが、制御系の配線をぐるぐる巻きにしているとトラブルのもとになります。ケーブルを余らないように調整して切断し、コネクターを取り付けながらの作業ですから時間がかかリます。MKS Gen v1.2シングルコントロールボードは思ったとおりにすっきり配線が行えます。「運搬しやすい」とは言っても分解・組み立てを想定しているわけではありませんのでこの程度の配線です。パーツや仕様に合わせてACインレット、スイッチボックスやLCDパネルのケースも作成しています。写真は、駆動系以外が組み上がったところです。Z軸用のパーツは揃っているので動作確認まで行いました。Marlin Firmeareはskeleton3Dで配布されているものは少し古く、最終的には最新の安定版を入れる予定です。

3Dプリンター(14)2016年01月22日

新素材

3Dプリンターにはいろいろな素材の部材が使用されています。熱溶解型3Dプリンターでは特に耐熱素材が多く登場します。ホットエンド周りは250℃程度、ヒートベッド周りでは150℃程度まで温度が上昇する可能性があります。使用される素材にもその使用条件をクリアする必要があります。
PTFE(ポリテトラフルオロエチレン、商品名テフロン)はフライパンのコート素材として有名ですね。3Dプリンターではボーデン方式のフィラメントチューブやホットエンド内に使用されています。また、耐熱電線の被膜素材にも使用されています。
カプトンテープ(カプトン®ポリイミドフィルム(Kapton® polyimide film)にシリコーン系粘着材を塗布した 絶縁性、耐熱性にすぐれたテープ)はサーミスタやヒーターの電線を絶縁するために使用します。ビニールテープでは危険そうな発熱部分の絶縁材として結構重宝しています。ビニールテープのような柔軟性がないのが欠点でしょう。
PEEK(芳香族ポリエーテルケトン)は耐熱特性と寸法安定性に優れている熱可塑性樹脂に属するポリマーの総称です。この素材をホットエンドの支持素材にした物が出ています。J-Head MK V はE3D のアルミヒートシンク部分をPEEK素材に変更することで更に小型化しています。しかし、コストがE3Dに比べて高いことが欠点です。写真はJ-Head MK Vの中国Cloneです。

skeleton3Dはとにかく小型に仕上げようとPEEK素材のJ-HEADを使用し、Z軸センサーの誘導近接スイッチも8mm外径のものにしたのでキャリア上はすっきりまとまりました。注文してあったPEEK J-HEADが到着したので早速ホットエンドとコールドエンドの温度を計ってみました。ホットエンドが230℃の時にコールドエンドの取り付け位置あたりで50℃前後でした。これならファンはいらないと思ったのですがGeetechのWiKiにはファンで冷却しなさいとありました。オリジナルではホットエンドとエクストルーダーが一体化したものを使用していますが、今回はボーデン方式でエクストルーダーはskeleton3Dのステーに取り付けます。