Dmitry Ershov- Fab Academy 2016

Location

29 Politekhnicheskaya Str,
Saint Petersburg, Russia

Где мы находимся

Политехническая ул. 29,
Санкт-Петербург, Россия

Contact

Контакты

2016 © Dmitry Ershov

2016 © Дмитрий Ершов

Principles, Practices and Project Management

Основные принципы и управление проектом

The assignment for the very first week of Fab Academy 2016 was to deal with the web development (creating our personal web page) and to think about the final project. The most interesting for the first part of assignment was an acquaintance with version control software - Git.

To begin with, I should say that I have a minumum set of knowledge in web developing (html) and the same is with the git, few years ago I used it in VLC community. I decided to start making site with an Html editor but then I switched to Dreamweaver, very nice program with a bunch of useful utilities and tools. For the main page I've chosen a bootstrap CSS template, hope you liked it:) I really loved in Dreamweaver the split mode so I could create the code and see the changes immediately. For the first time I used it to get introduced better with this software. However later I've switched to Code-mode because the developing process is much more productive when you see the structure of code, the process becoming faster as well. By the way, I've done my site twice because just before Git uplouding I have accidentally deleted all my files from PC.

Using Git I had no real troubles while getting the SSH keys, cloning directory, etc. Reading manuals was quite exhausting, but it totally worth it.
I downloaded Git for Windows, which includes Git Bash, Git Gui and Git CMD. For generating SSH, cloning and pushing I used Git Bash. To generate SSH I typed "ssh-keygen -t rsa -C "$your_email" in console, and pushed enter two times for skipping the password and ssh-directory settings. After that I found my SSH key in the .pub file in C:\Users\"Your user name"\.ssh. For start working with the Fab Academy git, I just copied everything (including e-mail) from .pub file and put it here, in GitLab profile settings. When I saved the SSH-key I returned to Git Bash and tried to clone fablabpolytech repo. The result you may see on the picture below.

If you updated your local repo and you want to make updates, you should first check "git status" and then do the "git add .", after that you can commit and "git push" everything. In conclusion I want to mention that for multilingual mode I used script created by Gleb Miroshnik specially for bootstrap CSS.
Final Project Proposal
Talking about a final project proposal I should say that there is a special page devoted to my final project in main menu bar. The "brief description" section explains my view of the project after the first week.

Задание на первую неделю заключалось в том, чтобы разобраться с созданием веб-сайтов (создание личной странички) и подумать о финальном проекте. Самым захватывающим в первой части задания было, конечно же, знакомство с системой контроля версий - Git.

Для начала я хочу заметить, что перед выполнением задания я обладал минимальным опытом веб-разработки (был небольшой опыт работы с html), то же самое касалось Git-а, несколько лет назад я использовал его при работе над переводом VLC. Сначала я решил делать свой сайт на html, но затем я переключился на Dreamweaver, очень удобная программа с массой полезных возможностей. В качестве основной структуры структуры страницы я взял шаблон bootstrap CSS, надеюсь, он вам нравится:) Что мне по-настоящему нравится в Dreamweaver, так это возможность разработки с разделенным экраном, таким образом можно вносить изменения в код и практически моментально видеть изменения на странице. Сначала я пользовался только этой функцией, чтобы лучше понять принципы работы в пакете и структуру кода. Однако позже я переключился на режим редактирования кода потому что процесс разработки проходит заметно быстрее, когда есть возможность отслеживать всю структуру кода, процесс становится продукти. Кстати, свой сайт я делал дважды, потому что прямо перед тем, как залить все на git, я нечаянно удалил с компьютера все файлы, поэтому делайте резервные копии.

Первым делом в Git я сгенерировал ключ SSH, в этом не было никаких сложностей, также как и в клонировании репозитория. Чтение инструкций определенно стоило того.
Я скачал Git для Windows, который включает в себя Git Bash, Git Gui и Git CMD. Для генерирования SSH, клонирования и пуша я использовал Git Bash. Чтобы сгенерировать SSH ключ, необходимо ввести в консоли: "ssh-keygen -t rsa -C "$your_email", после этого необходимо дважды нажать на Enter, чтобы пропустить шаги установки пароля и SSH-директории. После этого я нашел свой сгенерированный SSH-ключ в файле .pub по адресу C:\Users\"Your user name"\.ssh. Чтобы начать работать с репозиторием Фаб Академии в GitLab, я просто скопировал все содержимое .pub файла (включая e-mail) и указал в окне по ссылке, в настройках профиля GitLab. Когда я сохранил SSH-ключ, я вернулся в Git Bash и попробовал склонировать содерижимое директории fablabpolytech. Что из этого получилось- можно посмотреть на картинке ниже.

Если вы сделали обновление вашей локальной директории и хотите запушить обновление, вы должны сначала проверить, какие изменения будут внесены, для этого нужно набрать "git status", после этого необходимо ввести "git add .", далее делаете commit и "git push", ваш репозиторий будет обновлен. В заключении хотелось бы отметить, что для создания мультиязычного сайта, я использовал скрипт для bootstrap CSS, разработанный Глебом Мирошником.

Computer Aided Design

The week of CAD review brings me to the conclusion that I knew almost nothing about current market of CAD/CAE. Althought in the university I studied and worked in such CAE as Abaqus and ANSYS for a while, in CAD programs SolidWorks , AutoCAD and LibreCAD there was a huge veriety of other systems, including open-source software of great quality! I really tried to combine a working process with open-source systems, but finally that time I've decided that the most convinient to work in are Inkscape and Corel Draw for vector, Solid Works and Rhino for CAD and Abaqus for CAE problems. As the result I made a model for my final project in Solid Works, I used it to make drawings and renderings as well.
If you want to download this assembly, just click on the image above.

In the assembly you are looking at is only mechanical part of my project, I designed the construction of the 4-th axis rotary attachment to the 3-axis CNC router on Mach 3. This assembly consists of 10 mm aluminium corner frame (strengthened with aluminium mounts) which holds the step motor (I think that it will be NEMA-23, I am still not sure about its amperage) and a housing bearing (UCFL204). This bearing holds the 20 mm shaft that has an external screw thread for 12mm on the of side and and a keyseat on the other. External thread is used to fix the 45mm three-jaw chuck and the keyseat is used to fix a gear with a key. Step motor has a smaller gear too, so this is a belting system. I am still not sure what pitch and actual size they will have. On the foundation there are mounting holes designed for fixing the rotary attachments on the table of router. I will do the shaft using lathe, while pulleys, mounts and frames using CNC milling center for metal. A little 3 jaw chuck I will order from AliExpress, as well as Nema step motor and bearing UCFL. While making my assembly I used GrabCad models of jaw chuck, step motor and bearing, customizing the geometry.

Системы автоматизированного проектирования

Неделя обзора CAD систем подводит меня к выводу, что я почти ничего не знал о текущем рынке CAD / CAE. Хотя в университете я учился и работал в таких CAE системах как Abaqus и ANSYS некоторое время, в САПР программах SolidWorks, AutoCAD и LibreCAD, было огромное количество других систем, в том числе с открытым исходным кодом отличного качества! Я действительно пытался совместить рабочий процесс с системами с открытым исходным кодом, но в конце концов, я решил, что наиболее удобно работать в Inkscape и Corel Draw для вектора, Solid Works и Rhino для САПР и Abaqus для задач CAE. В результате я сделал модель для моего окончательного проекта в Solid Works, я использовал его, чтобы сделать чертежи, а также рендеринг.
Если вы хотите скачать эту сборку. то просто нажмите на картинку выше.

В сборке, на которую вы смотрите, только механическая часть моего проекта, я разработал конструкцию 4-й поворотной оси к 3-осевому фрезерному ЧПУ станку с контроллером Mach3. Эта сборка состоит из 10 мм алюминиевого углового каркаса (усилена алюминиевыми креплениями), который удерживает шаговый двигатель (я думаю, что это будет NEMA-23, я до сих пор не уверен, что его момента хватит) и корпус подшипника (UCFL204). Этот подшипник держит 20 мм вал, который имеет внешнюю резьбу 12 мм с одной сторой и паз для шпонки на другой. Наружная резьба используется для фиксации 45 мм трех-кулачкового патрона, а шпоночный паз используется для фиксации шкива. На валу двигателя также установлен шкив меньшего диаметра, таким образом, при помощи ремня мы получаем зубчатую передачу. Я до сих пор не уверен, каким будет фактический размер и шаг данной передачи. На основании каркаса есть монтажные отверстия, предназначенные для крепления поворотной оси на рабочем столе фрезерного станка. Я сделаю вал с помощью токарного станка, а шкивы, кронштейны и каркас с помощью фрезерного центра с ЧПУ для металла. Трех кулачковый патрон я закажу с AliExpress, также как и шаговый двигатель Nema, подшипник UCFL. Разрабатывая данную сборку, я использовал модели GrabCad для трех кулачкового патрона, шагового двигателя и подшипника, однако, я модифицировал их масштаб и геометрию.

Говоря о фантастическом списке различных видов программного обеспечения для 2D, 3D дизайна и рендеринга, я снова попытался сосредоточиться на оупен-сурс софте. Вот почему я выбрал GIMP для 2D, FreeCAD для 3D и Blender для рендеринга. Я нашел GIMP очень полезным, я думаю, что я буду использовать его и дальше. FreeCAD, который кажется довольно сложным с первого взгляда, после первого часа работы начинает идти легче и оказывается довольно приятным. Единственное, что было совершенно новым для меня- это Blender, я хотел бы познакомиться с ним по-подробнее после всех положительных отзывов, которые я про него слышал.

Computer Controlled Cutting

In our Lab we have Roland GX-24 Vynil Cutter, Epilog Mini Laser and another laser of chinese manufacturing. This is why I've already had some knowledge about how to work with them and how to do the maintence.

I've started this week's assignment with documenting my vynil cutting experience. Recenty I've cutted about 30m of vynil doing stickers for cheerleading team of my GF. I used Oracal pink and violet vynil of 641 series. It was great experience of working with GX-24, I've installed and calibrated the knife and tested different combinations of speed-force before I started cutting. I did the design and layout in CorelDraw. The most important was to do the lines without intersections and overlays so the cutter doesn't cut the same place two times. On the other hand I had to check boundaries of my layout and make them clear because actual working space of the material is less because of rollers of cutter. For your convinience you can check the actual work space after loading the material using the display of GX-24, or you can check the preferences using software interface.. The result of few hours cutting you can see below on plates and horns. The stickers are two-layer. The design files for stickers is here.

The next assignment was to design a parametric press-fit construcion kit. First software I tried was Autodesk 123D Make. It is very easy and nice, to get introduced you can just check the example shapes, set the size, see the material configuration, etc. There are different types of construction technics, for me the most suitable was "Interlocked Slices". Changing the detalization (slice distribution) you can see the actual cut layout for your material immediately.

After playing with 123D Make I decided to do the parametric model in Rhino 3D using Grasshopper. That was my first experience working with Grasshopper and I started with watching different tutorials on Youtube.

Firstly I spent several hours doing actually nothing, I couldn't understand the strategy and maths was rather complicated, in few words- I was discouraged. Somehow I managed to understand the structure. I decided to do the table or a stool, depending on size and thickness of the material. It consists of 2 crossing legs and table (seat). The parameters in my case were thickness of plywood or cardboard, height and width. I used Slider in Grasshopper to make this parameters. The way I was doing my parametric sketch was rather straight: I made points on the XY-plane connected them with the lines, the position of points depended on my parameters, so the lines changed with them. I have 3 general branchs: round table(seat) - I made the description of radius change there and the width of slots for legs. Then I have to similar branchs for each leg. Doing slots for joining the elements I considered the width of laser beam, so I made slots thinner that the material. To export everything in dxf I just choosed all in Grasshopper window and then went to Solution - Bake selected. If you want to check and use my program- just click on the picture below.

After preparing my parametric press-fit construction kit I've exported the configurations for cardboard (small) and for 8mm plywood (bigger, like a chair for cat). For cutting I used 90W laser machine with working area 1.5x2.5m. 2mm cardboard I cutted on 100 mm/sec and 30% of power and the 8mm pine plywood I cutted on 7 mm/sec and 58% of power. By the way, my parametric sketch is designed for things from 2mm to 21mm thickness and the maximum diameter of table can be 540mm.

Резка с использованием ЧПУ

В нашей лаборатории есть режущий плоттер Roland GX-24, лазерный станок Epilog Laser Mini и еще один широкоформатный лазерный станок китайского производства. Я работаю в Фаблаб Политех с самого начала и устанавливал большую часть этого оборудования, поэтому я уже имею навыки работы с ним и умею делать ремонт и обслуживание.

Отчет по заданию этой недели я решил начать с документирования процесса резки самоклеющейся пленки на плоттере. Совсем недавно я делал резку около 30м розовой и фиолетовой пленок, чтобы подготовить наклейки для команды по черлидингу, за которую выступает моя девушка. Я использовал пленку Oracal 641 серии. Это был отличный опыт работы с GX-24, я устанавливал и калибровал режущий нож, а также подбирал оптимальные режимы скорость-сила нажатия перед тем, как начал резать. Сам дизайн и раскладку для резки я делал в CorelDraw. Самое важное в подготовке раскладки было сделать контуры без самопересечений и наложений, чтобы плоттер не делал резку по одному и тому же месту дважды. Более того, необходимо было проверерить границы раскладки и по возможности убрать от краев векторы, потому что реальное рабочее поле материала немного меньше из-за роликов, которыми материал фиксируется в плоттере. Для удобства можно заранее проверить фактическую площадь резки, для этого после загрузки материала можно посмотреть длину и ширину на экране плоттера или можно проверить настойки устройства из интерфейса векторного софта, в котором вы готовите программу. Результат несколько часовой резки можно оценить ниже, мои наклейки на табличках и на рупорах. Хочу заметить, что все наклейки двухслойные и так ровно их наклеить достаточно сложно. Поэтому желательно использовать монтажную пленку и иметь напарника в этом деле.

Следующим заданием было создать параметрический набор деталей, который собирается в конструктор. В первую очередь я посмотрел Autodesk 123D Make . Очень легкий и приятный пакет, в котором быстро осваиваешься. Для начала можно взять пример трехмерной модели из библиотики, установить его размер, а также конфигурацию материала и другие параметры. В программе есть различные технологии создания слоев модели, для меня наиболее подходящим был "Interlocked Slices". Изменяя детализацию (распределение срезов), вы можете немедленно увидеть фактический макет выкладки для резки для вашего материала.

После развлечений с 123D make я решил, что буду разрабатывать свою параметрическую модель в Rhino 3D, используя модуль Grasshopper. Это был абсолютно первый опыт работы с Grasshopper для меня и я начал с просмотра различных мануалов и уроков на Youtube.

Сначала я потратил несколько часов, не делая фактически ничего, я не мог понять стратегию работы и математика была довольно сложной, в двух словах- я был обескуражен. Каким-то образом мне удалось понять структуру. Я решил сделать стол или стул, в зависимости от размера и толщины материала. Он состоит из 2 пересекающихся ног и стола (сиденья). Параметры в моем случае были толщина фанеры или картона, высота и ширина. Я использовал инструмент Slider в Grasshopper, чтобы реализовать эти параметры. Я создавал эскиз по довольно прямому алгоритму: я сделал точки в плоскости XY, соединив их линиями. Положение точек зависело от моих параметров, так что линии изменялись с ними. У меня есть 3 общие ветви: круглый стол (сиденье) - я сделал описание изменения радиуса и ширину пазов для ног. Также у меня есть описание параметров и геометрии для каждой ноги. Делая интервалы для соединения элементов, я учитывал ширину лазерного луча, так что пазы получились на эскизе чуть более . Чтобы экспортировать все в DXF, я выделил всю свою цепочку в окне Грассхоппер, а затем перешел во вкладку Solution и нажал Bake chosen. Если вы хотите проверить и использовать мою программу, просто нажмите на картинку ниже.

После подготовки моего параметрического конструктора, я экспортировал конфигурации для картона (небольшой) и 8-миллиметровой фанеры (больше, как стульчик для кота). Для резки я использовал 90W лазерный станок с рабочей площадью 1.5x2.5m. 2 мм картон я вырезал с параметрами 100 мм / сек и 30% мощностью, 8-миллиметровую фанеру из сосны я резал на 7 мм / сек и 58% мощности. Кстати, мой параметрический эскиз предназначен для изделий от 2 мм до 21 мм толщиной, и максимальный диаметр стола может быть 540мм.

Electronics Production

For Electronics Production week the task was to make an in-circuit programmer. My first try to make this assignment turned out to be unsuccessful, my lab didn't provide me SMD components and the design I was using was old and not-working. You can read the old documentation in the end of the page, just click on text "Click to show/hide my first efforts.".
So this time I've milled and soldered SMD components using the design of Ali Shtarbanov . I've used the design file with 2 Pullup resistors (1+0.5K).

I should say that before making Ali's design I've practiced with Andy's. Photos of the result are below.

As usually I've used Fabmodules and K2 CNC milling machine with 0.4 mm mill. My g-code for Ali's design is provided here. So right before soldering my new ISP board looks like this:

After work is finished:

This time I've tried programming my board using the tutorial and Ubuntu. My programmer is UsbASP.

I was following the tutorial, but unfortunatly I've stuck with fuse.

Click to show/hide my first effort.

The assignment for this week was to make an in-circuit programmer. Firstly I prepared all the components for milling my PCB: 0.4mm end mill and FR4 with a copper layer. Looking ahead, that was a bad choice, because FR4 is very hard and milled awfully, so you better choose FR1. For milling I used CNC router Flexicam S2. I couldn't use Roland MDX-20 because it was very difficult to find compatible end mills of small diameter. Anyway Flexicam S2 is precise enough for such job. I was preparing my G-code using Fab modules and the design I've chosen was FabISP. I used first "PCB traces", my milling parameters were: 400 mm/sec cut speed, 120 mm/sec plunge speed and spindle speed was 10000rpm.

On my final version of g-code I used the only offset, because it turned out that Flexicam has some backlash and I have rather bad-quality tool, so when I tried to make 3 or 2 offsets it just broke copper tracks.You can see the difference on pictures below: upper- 3 offsets, lower pic- is the final version with 1 offset.

When preparing for milling we should remember few very important things: our end mill diameter is very small and it is very easy to break rather expensive tool, so it's better have two or more mills of the same size in store. The other recommendation going out from this is that we should always be focused while installing cutting tool, material and setting up the machine. The spindle must be turned on while you are setting up Z-axis zero in case of sudden surface touch with the end of mill. Do this operation using soft keys of the machine and very small steps of lowering. After that you can first load the G-code for traces and then for contour. Check twice axis zeros, material mount and your g-code twice or more! It will take you 10 minutes and will save 10 hours.
By the way, I don't trust inch system because I don't use it in everyday life and can't fastly convert from mm to inch. But the fab modules offers the machine to switch to inches (G20) and it becoming difficult to track the path from g-code. That's why I found and used this small program that converts g-code in mm or inches, both directions. The instruction of how to work with a milling machine FlexiCAM S2 (in russian) is here. The videos and perfrect tutorial was made by our resident Anton Nekrasov.

After milling the PCB I checked that I have everything for soldering the components. In Saint-Petersburg the best places for buying the components are Chip and Dip and Micronica. Before soldering check that that all traces are OK and the PCB is clean itself (has no barbs). On the first step I tinned all traces and soldered Attiny 44. That was the first time I soldered SMD components and I should say that this is difficult and cool. You should always be careful and look that your shaking hands don't spoil everything. On the other hand if you are using good solder equipment it's becoming pleasure after few resistors.

Talking about resistors: you must have noticed on the picture below that 10 KOhm resistor consists of 3 smaller resistors, because I can't use SMD one- we've bought resistors in an extremely small housing not suitable for my PCB. After soldering all components I checked all trackes with multimeter and PCB seems working.

On the next step I programmed my PCB on Windows using this tutorial and the tutorial on this page. First of all I soldered the SJ1 jumper (It is closed now). Then I downloaded all software and firmware.

Производство электроники

Задание на эту неделю было сделать печатную плату. Для начала я подготовил все необходимое для фрезировки печатной платы: концевая фрезы диаметром 0.4mm и текстолит FR4 со слоем меди. Забегая вперед, это был плохой выбор, потому что FR4 является очень твердым из-за примесей композитного материала, и поэтому плохо фрезеруется, в результате было сломано 2 фрезы. Дешевле покупать правильный текстолит -FR1. Для обработки я решил использовать фрезер Флексикам S2. Я не мог использовать Роланд MDX-20, потому что очень сложно быстро найти на него подходящие фрезы, особенно малого диаметра. В любом случае точности флексикама должно было хватить для подобной обработки. Я готовил свой g-code с использованием Fab modules, в качестве дизайна платы я взял FabISP. Сначала я использовал операцию "PCB traces"- обработка дорожек, мои параметры фрезеровки: 400 mm/sec скорость резания, 120 mm/sec скорость врезания и скорость шпинделя была 10000rpm.

В финальной версии g-code-а я использовал единсвенное смещение, потому что выяснилось, что Флексикам имеет небольшой люфт, а китайский дешевый инструмент также дает небольшую погрешность. Поэтому при попытке сделать 2 или 3 оффсета дорожки ломаются. Можно увидеть разницу на картинках ниже: на верхней картинке- 3 оффсета, на нижней картинке- 1.

Когда вы готовитесь к фрезеровке, вы должны помнить несколько очень важных вещей: диаметр нашего рабочего инструмента крайне мал и невероятно просто сломать дорогой инструмент, поэтому желательно иметь две или больше фрез одного диаметра на всякий случай. Другая рекомендация, вытекающая из этого- мы всегда должны быть сконцентрированы при установке инструмента, материала и настройке станка. Вращение шпинделя должно быть включено при выставлении нуля по оси Z, чтобы в случае касания материала, фреза не сломалась. Делайте операцию установке нуля при помощи команд g-code-а через операторский пульт с очень маленькими шагами опускания, не используйте клавиши быстрого перемещения. После выставления нуля можно загрузить g-code для дорожек, после его выполнения - g-code для вырезания контура. Дважды проверяйте нули станка, крепление материала и сам код! Это займет у вас 10 минут, но позволит сэкономить 10 часов.
Кстати, я не очень доверяю дюймовой системе, потому что не использую ее ежедневно и не могу бьстро в голове пересчитать мм в дюймы и обратно. Однако Fab modules предлагает станку перевестись в работу по дюймовой системе (команда G20) и становится сложно отслеживать перемещения по g-code. Поэтому я решил использовать маленькую программу, которая конвертирует единицы измерения в g-code в обоих направлениях. Инструкцию по работе с фрезерным станком Флексикам S2 можно найти is здесь. Видео и блестящее руководство было разработано нашим резидентом Антоном Некрасовым.

После фрезеровки печатной платы я проверил, что у меня есть все комплектующие для пайки. В Санкт-Петербурге лучшие места для покупки SMD компонентов это Micronica. Старайтесь не использовать Chip and Dip, там все намного дороже и часто можно столкнуться с невежливым персоналом, который может дезориентировать. Перед пайкой проверьте целостность всех дорожек и чистоту печатной платы (отсутствие заусенцев от фрезеровки). На первом шаге я залудил все дорожки и припаял Attiny 44. Это был первый раз, когда я припаял SMD компонент к печатной плате и я должен сказать, что это было сложно и круто! Вы всегда должны паять с осторожностью и смотреть, чтобы жало паяльника не соскочило, потому что если нанести припой в неправильное место, то будет очень сложно исправить ситуацию. С другой стороны, если вы используете качетсвенное паяльное оборудование и материалы, то пайка становится в удовольствие после небольшой практики.

Говоря о резисторах, на фотографии можно заметить, что резистор 10 кОм состоит из 3 резисторов меньшего номиналаа, потому что я не смог использовать резистор SMD на 10 кОм: мы по ошибки купили резисторы в очень маленьком корпусе, не подходящем для нашей платы. После пайки всех компонентов, я проверил все дорожки и элементы при помощи мультиметра, на первый взгляд плата кажется рабочей. На следующем шаге я запрограммировал свою плату, используя для этого ОС Windows, а также данное руководство и инструкцию на этой странице. Для того, чтобы начать программировать, я замкнул джампер SJ1. На этом же этапе я скачал и установил все необходимое ПО и прошивку программатора.

3D Scanning and Printing

We have few 3D printers in Fab Lab Polytech, all of them are FDM, there are 2 MakerBots Replicator Dual, Solo Print (Russian 3d printer) and F0 FDM 3d printer (on the photo below) developed by engineer of our Lab Dainis Dzenushko. Actually F0 was the most interesting machine, because Solo and MakerBots are rather typical. Firstly I had to install Cura and set the start/end g-code for F0. I've chosen Cura because it was new for me. I liked Cura for its consistent and easy interface and view modes.

Before I started printing for the assignment, I made tests with F0 printer, for test part I used Iphone 6 gear case model, correct parameters for my material will be shown later.

The first part of the assignment was to design and 3d print something that couldn't be made subtractively. I think that the best example for such thing is a bearing. I made my 3d part in Solid Works. You can download it here.

This is very important to set correctly all parameters before 3d-printing to get the precision and quality. The most important parameters for my 3d model are on the picture below. I used the temperature of 260C degrees instead of 230C recommended for better layer adhesion.

After setting up the parameters you can see in visualization module an approximate time of printing and layers. Then we should save our g-code(toolpath) on SD-card and load it on the 3d-printer. You can download my g-code here.

It took about 2 hours for my bearing to get printed, I used black ABS plastic. The detail turns out to be accurate and nice but unfortunatly useless. It joined the collection of nice and useless 3d printed stuff of Fab Lab Polytech.

While 3d printing I parallely was scanning an old small 3d-printed mouse from Thingiverse with Roland MDX-20. I should say that this machine is rather good for scanning small detailed objects for future 3d printing or milling, but nevertheless it is 2.5d scanner using a resistant needle.

I remember that it took me rather long time to make Roland MDX-20 work with Windows (finally it worked with XP), so if you are going to set up MDX-20 on your computer- stay calm and be attentive especially on that funny moment when you have to install "RS-232 to USB" drivers.

I scanned my object using Dr.PICZA . Firstly I had to define scanning area and set the highest level of my detail. This setting will help you to save a lot of time. Then I set up the scan pitch for both direction - X and Y, it was 1mm, it's rather rough step, but it was enough for this task.

The scanning time was about 3 hours (this is rather fast) and the result you can see on picture below, if you want to download the .STL file of this scan - click on the picture.

In the end I decided to try 123D Catch for Iphone. For experiment object I've chosen a small Tesla coil which we have in our Fab Lab. If you want to get good quality 3d model you should take care about lighting and the background of uniform color. So in my case I had no opportunity to set up a photo studio as the result I had a poor quality. Here is the link to my Catch: click.

3Д сканирование и печать

У нас в лаборатории есть несколько 3д принтеров, все они FDM. Из них 2 MakerBot Replicator Dual, Соло Принт (российский) и F0 FDM 3d принтер (на картинке ниже) разработанный нашим инженером Дайнисом Дзенушко. По правде говоря, F0 был наиболее интересным принтером для меня, потому что Соло и MakerBot достаточно типичные. Для начала я установил Cura и установил в ней g-code для start/end принтера F0. Я выбрал Cura, потому что для меня это был новый пакет. Мне понравилась Cura за свою последовательность и простой интерфейс, а также функции просмотра детали.

Перед тем, как начать печатать задание, я делал тестовую печать, в качестве тестовой детали я выбрал кейс с шестеренками для 6 айфона, правильные параметры для выбранного материала будут показаны далее.

Первой частью домашнего задания было смоделировать и распечатать на принтере что-нибудь, что нельзя сделать субстрактивно. Я думаю, что лучший пример такой вещи- это подшипник, его модель я делал в Solid Works. Вы можете скачать модель здесь.

Очень важно правильно настроить все параметры перед началом 3д печати, чтобы получить хорошую точность и качество. Самые важные параметры при настройке моей печати изображены на картинке ниже. Я использовал температуру нагревания пластика на уровне 260C вместо рекомендуемых 230C для лучшего склеивания слоев.

После выставления всех параметров в окне визуализации можно посмотреть приблизительное время печати, а также слои. Потом мы должны сохранить наш g-code (путь) на SD-карту и загрузить на 3д принтер. Мой g-code можно скачать здесь.

Мой подшипник печатался примерно 2 часа, я использовал черный ABS-пластик. Деталька получилась аккуратной, но, к сожалению, бесполезной. Она присоединилась к коллекции красивых и бесполезных напечатанных деталей в коллекции Фаблаб Политех.

В то время, как шла 3д печать, я параллельно занялся сканнированием старой напечатанной маленькой мыши с Thingiverse при помощи Roland MDX-20. Должен заметить, что станок хорош для сканирования мелких детализированных объектов для последующей печати или фрезеровки, но тем не менее это скорее 2.5d сканнер, использующий резистивную иглу.

Я помню, что процесс настройки Roland MDX-20 на Windows (в итоге он заработал на XP) занял у меня довольно долгое время, так что, если решите устанавливать MDX-20 на свой компьютер- сохраняйте спокойствие и будьте внимательны, особенно в момент установки драйвера "RS-232 to USB".

Я сканировал свою модель при помощи Dr.PICZA . Для начала я задал область для сканирования и определил высоту моей детали. Задание этих настроек позволит сэкономить массу времени. После этого я задал шаг сканирования по обоим направлениям - X и Y по 1мм, шаг достаточно крупный, но достаточный, чтобы сделать задание.

Время сканирования заняло примерно 3 часа (достаточно быстро) и результат вы можете оценить на картинке ниже, а если вы хотите скачать эту.STL модель - нажмите на картинку.

В конце я решил попробовать 123D Catch для Iphone. В качестве объекта сканирования я выбрал маленькую катушку Тесла, которая стоит у нас в Фаблабе. Если при 3д сканировании вы хотите получить хорошее качество модели, то вы должны позаботиться об освещении и об однородности заднего фона. В моем случае возможности все это организовать не было, поэтому в результате у меня получилась модель достаточно плохого качества. Вот ссылка на мой Catch: клац.

Electronics Design

Click to show/hide what have been done already.

This weeks task was to redesign the echo hello-world board by adding a LED (with current-limiting resistor), check the design rules, and make it. I've chosen Eagle 7.2.0 for Windows to make the design. Before designing the scheme I've installed special fab.lbr library with all the components I need for my pcb. To install fab.lbr you need to download the file and put it in C:\EAGLE-7.2.0\lbr. After this you can launch Eagle and use the components from this library by doing Edit--Add...
To see the list of SMD components for this week click here.

Schematic drawing is the first and easiest part of preparing the design of future PCB. You just have to find the correct SMD-component from library, put it on drawing and then connect them with the wires using the "Wire" command in Draw-menu. By the way there are no hot-keys by default it Eagle, before drawing you better set them in Options--Set for most usable commands such as Rotate, Move, Delete, Wire, Junction, etc. I've found that after some time the schematic drawing is becoming incomprehensible because of wires, so you can use labels from the Draw-menu to label connections instead of drawing wires, so the outputs with the same label will be connected automatically. The other tip is to name all the components and to set the attributes to them (for instance a value for resistors) right after you add them, this will help you to avoid a messy drawing. When I finished doing the scheme I used ERC (Electrical Rules Check) for error check.

First time I used ERC I had about 20 warnings, mostly for overlaping and not-connected wires. I used juction command and trim command till I finally got rid of warnings. Don't forget to set values on components. When I fixed my drawing I switched to board-mode. I was rather confused because all elements were on each other and there were only air wires (yellow lines) between them, moreover you have to move all the components and wires inside the white outline (pcb border).

There are two ways of doing tracks between pins: autorouting and manually. I should say that autorouting disappointed me, I couldn't find a working configuration. It offers blue lines (reverse side tracks), but I think this board is rather easy board for 2 layers and it is possible to do one layer layout manually.

I started moving and rotate components (there is a special crosshair on each element) so the air wires don't cross, I spent several hours trying to get the desired picture, one monent I thought it was impossible. When I finally managed to make routes I used DRC (Design Rules Check) and found out that I forgot to put my scheme into white outline, I fixed that.

Then I exported my board traces as png, I made my png monochrome and the resolution is 500 dpi for Fabmodules.

I milled the PCB using Fabmodules and K2 CNC milling machine, for milling instructions refer to week 4 assignment.

Before soldering everything I decided to make a list with all the components that I need to complete this board. Last week we ordered all SMD components we need (whick Fab Academy demands) with express shipping but due to russian customs rules we unable to recieve them quickly. For my PCB I needed following SMD components:

1 Attiny44 SSU

1 Chrystal Resonator 20 Mhz

But for today I have to use non-smd one ( however the pcb is designed for smd resonator)

1 Resistor 10K

1 Capasitor 1μf

1 Button

1 Rgb Led

1 3х2 Connector

1 1х6 Connector

For this moment I can't finish my pcb because I still have no SMD Led, I will finish my board when Led will arrive. In conclusion I want to share the tutorial that help me to do this weeks assignment: click 1. For downoading my board you should click here.

Yet to be done:
Final board must be soldered carefully with SMD components and LED.

So to successfully finish this assignment I've made my Electronics Design week board from scratch. The design for the board is below.

The board itself was milled out of FR1 textolite. The design may be found here.

I soldered everything using SMD components. The result is on picture below.

Дизайн Электроники

На этой неделе заданием было изменить дизайнплаты echo hello-world , добавив на нее LED (с резистором), проверить правила дизайна платы и сделать ее. Я выбрал Eagle 7.2.0 для Windows, чтобы работать над дизайном. Перед созданием схемы, я установил специальную библиотеку fab.lbr, которая содержит все необходимые компоненты для нашей платы. Чтобы установить fab.lbr нам нужно скачать файл и переместить его в C:\EAGLE-7.2.0\lbr. После этого можно запустить Eagle и использовать компоненты из этой библиотеки при помощи Edit--Add...

Первая и самая простая задача при подготовке дизайна будущей печатной платы- нарисовать схему. Нам всего лишь нужно найти правильный SMD-компонент в библиотеке, разместить его на чертеже и соединить все компоненты, используя команду "Wire" в меню "Рисовать". Кстати, в Eagle не предустановлены быстрые команды, поэтому перед рисованием желательно установить быстрые команды в in Options--Set для самых используемых инструментов, таких как поворот, перемещение, удалить, нить, узел и так далее. Через некоторое время после начала работы я обнаружил, что схема становится неразборчивой из-за множества связей, поэтому можно использовать названия из меню "Рисовать", чтобы обозначать связи вместо того, чтобы их рисовать, таким образом выходы с одинаковыми названиями будут соединены автоматически. Еще одна рекомендация- называть все компоненты и присваивать им значения (например емкость конденсатора) сразу после их добавления на схему, это поможет избежать путаницы и захламления чертежа. Когда я закончил создание схемы, я использовал ERC (Проверка правил оформления электрической схемы) для проверки на ошибки.

Впервые, когда я использовал ERC, у меня было около 20 предупреждений, в большинстве это были пересечения и отсутстсие связей. Я использовал команду для добавления узлов и обрезки лишних связей пока у большинство предупреждений не исчезло. Не забывайте указывать значения на все компоненты. Когда я поправил свою схему, я переключился на печатную плату. Я был весьма удивлен, потому что все компоненты были в куче и между ними были только желтые линии- связи, более того, все компоненты и связи нужно передвинуть в белую рамку - в границу платы.

Есть два сопособа разводить дорожки на плате: автоматически и вручную. Я должен заметить, что авторазводка меня разочаровала, я не смог найти рабочую конфигурацию. Она предлагала разместить дорожки синего цвета (дорожки на обратной стороне платы), но я думаю, что это плата достаточно простая для двух слоев и вручную можно сделать разводку на одном слое.

Я начал передвигать и поворачивать компоненты (на каждом элементе есть специальный крестик, нажимая на который можно это сделать), чтобы максимально распутать воздушные связи, чтобы получить желаемую картину я потратил несколько часов, в какой-то момент я решил, что это невозможно. Когда мне все-таки удалось развести все дорожки, я использовал команду DRC (Проверка правил дизайна платы) и обнаружил, что забыл поместить мою схему в рамки печатной платы, это было починить легко.

Потом я экспортировал дорожки платы в формате png, я сделал png черно-белой, а разрешение 500 dpi для Fabmodules.

Я отфрезеровал свою плату используя Fabmodules и K2 CNC, для инструкций по фрезеровке обратитесь кзаданию 4 недели. Внешний контур я вырезал при помощи ArtCAM .

Перед пайкой я решил сделать полный список компонентов, которые мне пригодятся для моей платы. Недавно я заказал все компонеты, которые требует Фаб Академия с экспресс доставкой, но из-за правил российской таможни, мы не можем быстро получить нашу посылку. Для моей платы мне нужны следующие SMD компоненты:

1 Attiny44 SSU

1 Резонатор 20 МГц

Но на сегодня у меня не SMD, а обычный резонатор (хотя плата расчитана на smd)

1 Резистор 10K

1 Конденсатор 1мкФ

1 кнопка

1 RGB светодиод

1 3х2 Коннектор

1 1х6 Коннектор

На данный момент я не могу закончить свою плату, потому что у меня до сих пор нет SMD светодиода, когда он придет, я его припаяю. В заключении хотел бы упомянуть интрукцию, которая была полезна в выполнении задания на эту неделю: клик. Чтобы скачать файлы моей печатной платы нажмите здесь.

Computer Controlled Machining

Finally it's a time to make something big. I had some practice in milling and I've already made different small and big stuff on CNC routers. A very little of things I made you can see below:

This R-chair from Thingiverse I made in Norilsk in November 2015.

This little stool I made in Monchegorsk in November 2015, for this design I used a very nice project - SketchChair.

Big white letters "Fab Lab Polytech" became our signature, so if you google you can see that really a lot of people are making photos with our sign standing near the entrance to Fab Lab. So this February I prepared new even bigger letters (1.6 m high) and we will mount them soon.

The other thing I recently made for my little brother was Marble Maze from GrabCad.

When you are preparing to mill something, you have to sovle few problems:
1. Choose/create/customize the design for milling
2. Find the material and tools
3. Prepare you g-code using CAM software, checking everything twice
4. Check safety instructions
I want to begin with the last - safety. This is really important thing, because CNC routers are sometimes very big and heavy, moreover I should mention that it has a high speed spindle with a sharp tool. In our Lab we are talking about safety instructions a lot because we have a lot of kids and we have more than 50 residents working with the milling machines. The thing, that encouraged me last year for updating safety instructions was MIT SHOP SAFETY RULES , check them!
When it is time for design selection go to OpenDesk, SketchChair, GrabCad or Making Society . If you are working on your own design you should always keep in mind that this is impossible to make an internal corner equal or less then 90 degrees on your element, because the cutting tool has a diameter so your corner will have rounding radius anyway.

This week I decided to make an OpenDesk design of solo-working booth, it looks nice and big enough. To download something from OpenDesk you have to register, then you can download the design I've chosen here. I should say that I scaled this booth for 15mm-thick plywood, the original design is intended for 18mm-thick plywood, so my booth will be 20% smaller than the original one.

When you prepared the design you have to find the materials and tools for manufacturing. Sometimes it becomes not such a trivial task, that is why you should do it before going to CAM software. The best vendors in Russia are LeroyMerlen, Petrovich and Metrica, there you can buy everything you need and save a lot of time, however, there are much more expensive than specialized shops. For example for plywood I recommend NevaTorg and for cutting tools the best places are Olmitool and CNC-3d .
For this week I need few sheets of 15mm-thick pine plywood, to understand the exact quantity I made a layout. There were two ways: layout for 1220x2440mm sheet and for 1525x1525mm (I mean Lenght x Width). Originally the layout was made for 1220x2440mm in Autocad, but for me much more convenient way is to work with square sheet, because it's easier to carry and this is important when it has thickness of 15 mm. I did the new scaled layout for 1525x1525mm sheets in AutoCAD, you can download the layout for 15mm-thick design here. Finally I need 2 sheets of plywood, luckily I have them in Fab Lab.

From the layout I see that for pocketing and area clearance I'll need a large end mill- I will use 12mm, then I have holes- I will use 10 mm drill bit and for a final cutout I will use 6 mm end mill. By the way on the picture below I have inappropriate drilling bit - it's for metal, I need one for wood.

Since the layout, materials and tools are ready, we can start developing a NC-program for CNC-router. My favorite CAM systems are SolidCAM and ArtCAM , but here I should mention SimplyCAM - it is very easy and nice software for simple paths. This week I prapared G-code in ArtCAM. I started with creating a new model (File--New--Model) and defining its size in XY-plane, then you should define thickness of the material in Toolpath--Material Setup. Here you can set the zero point on Z-axis. For those, who will use this manual I should notice, that I use ArtCAM 2008 and it has an old interface and there is a big chance that options can be named differently and have different path. However, the algorithm is the same.

After we defined the material we can import our layout with Vector--Import--our_dxf.dxf. After that we see layout and layers. ArtCAM has a Edit-feature for vectors, I don't recommend to use it because CAM is for CAM, everything that concerns design must be made in CAD and imported as ready layout in CAM. This rule will help you to avoid some problems.

Before starting making paths you should first configure tools that you are going to use, this rule will help you to save time, reduce risks of misprints (for instance Z-step of 20.0 mm instead of 2.0 mm). We should go Toolpaths--Tool Database, in my case I should configure 3 tools: 2 end mills and drill bit. On a picture below you can see the Artcam tool library. Firslty I created a 10mm drilling bit with z-feed 300 mm/min and 3000 RPM. Here we can notice, that rotation speed for drilling is much less than for milling! The other thing we should always keep in mind- g-code is working with mm/min, but in ArtCAM it's mm/sec by default, so in the window of tool configuration you should change it. Configuration for end mills:
-12mm end mill (area clearance): Stepdown=6mm, Stepover=6mm(50%), Feedrate=3000mm/min, Plunge speed=600mm/min, Spindle speed=14000rpm;
-6mm end mill (cutout): Stepdown=3mm, Feedrate=2500mm/min, Plunge speed=300mm/min, Spindle speed=14000rpm.
All parameters were checked on Flexicam S2 CNC-router for pine plywood, they are approximate and you should always make tests before milling!

After configuring tool library we refer to 2d paths: we will need the most used: drilling (10mm drill), profiling (6mm end mill) and area clearance/pocketing (12mm end mill). To create drilling path we should go Toolpaths--2d Toolpaths--Drilling. Here we should set up upper level of drilling and the last pass. Here goes an important note: these parameter depends on z-axis zero point, if we set the z-axis zero on the upper level of the material, the upper level of drilling will be 0 and the last pass will be 17mm. The opposite thing if we set z-axis zero by the level of spoil board. I usually choose first variant. You can notice here that the depth of drilling is 17mm but the thickness of the material is 15mm, I made this because drilling bit has a ball nose and to get a clean through hole we should set the depth mith margin. The next parameter for drilling setup is "safety level" - every path operation has this. This is the z-level of idling, the idling speed is usually very fast and its very important to have a safe level of idling so the tool doesn't bump into mounting. Then we should select all the holes we need to be drilled and push "calculate" in the end of menu. That's it!

So now we can make other paths the same way. Pocketing with 12mm end milled is used to reduce the material thickness in slots area. The thickness of slot must be 7mm, considering material roughness the pocket has 7.5mm depth. Don't forget to choose vectors for pocketing and push the calculate path button!

The last path that we are making is profiling for cut out elements. For cutting out we use profiling for outer side of vector or if there is vector inside the other vector - it will be automatically calculated as inner side profiling. The next thing - is profiling depth, I set it as 15.3mm because the plywood sheet can be rough and wavy, so for cutting all elements out for sure we should set a little deeper cut than a material thickness. The last important thing - is the direction of cutting, to get smoother edge without barbs we will use Climb cutting direction.

When we finished with paths we should check twice everything and look through the operation report about our path (Toolpaths--Toolpath Information). 2hours - looks correct for my layout.

When the path is ready we should convert it to .NC program. This can be made with a generous help of post processing module. So if CAM software and paths are universal for all machines, postprocessors are unique for different groups. A good article about postprocessing is here (in russian). To save our path in program we should go to Toolpaths--Save Toolpath and we will see the window with the list of our paths to the left. We should move the paths that we want to save in one program to the right, choose the appropriate postprocessor (for me it's Mach2) and save. Remember to save paths in the correct order.

As the result of working with the first sheet layout I got 3 programs for 3 different tools. The same I made for the second sheet layout. You can download here .art and .tap files for both sheets.
The next step configuring CNC-router. On this step the most important thing is to mount reliably the spoil layer and the material itself using clamps. Make sure that spindle nut is tightened.After setting up the x, y, z zeros, we can execute g-code.

During milling use dust collection systems, wear safety glasses and always listen to the sounds of cutting! If the sound changes - you should check and figure out what it was to minimize possible consequences in case of emergency.

After milling goes the most pleasant part - assembly. However it will be pleasant only if you made right all previous steps. Anyway you'll need rubber mallet, sandpaper and assistant. It took us about 30 minutes to finish assembly.

In the end I want to share the frequent problems that our residents have when working on the CNC-router. Firstly, always check the design - curves should be closed, avoid intersections. For instance ArtCAM won't calculate the path for such vectors. Secondly, design the layout considering tool diameter and areas for mounting. On the picture below you can see that there is very small distance between paths- this will work, but if paths intersect- your mounts will stop working one moment. So use the material wisely, but don't economy on quality and time! It is also helpful to design mounting holes for screws, so you can flatly fix you sheet to the spoil board surface.

Recently I've decided to make an air hockey game in Fab Lab because I have 2 air compressors and I always wanted to make my own air hockey! I designed it in Solid Works. Files for Solid works, artcam and g-codes are here. If you want to see full documentation you can find it on instructables.com.To prove that this is my design and project itself- you can firstly check the web-site link in profile - it will be my fab academy page, secondly you can click on video from instructables page, it is uplouded from my personal Youtube account.

Фрезеровка с ЧПУ

Наконец, настало время сделать что-нибудь большое. У меня уже был небольшой опыт работы на фрезерах с ЧПУ. Некоторые проекты, которые я делал, можно увидеть ниже:

R-chair я сделал в Норильске в ноябре 2015 года.

Этот маленький стульчик я сделал в Мончегорске в ноябре 2015 года, для редактирования дизайна я использовал интересный проект - SketchChair.

Большие белые буквы "Fab Lab Polytech" уже стали нашей визитной карточкой, если вы поищите фотографии по запросу "Фаблаб Политех", то вы увидите, что действительно много людей делают фото с этими буквами, стоящими напротив входа в нашу лабораторию. Так что в этом феврале я подготовил буквы еще большего размера (1.6м в высоту) и скоро мы их установим.

Также недавно я сделал для своего брата лабиринт, дизайн которого я взял с GrabCad.

Когда мы готовимся что-то фрезеровать, перед нами стоит несколько задач:
1. Выбрать/Создать/Изменить дизайн для фрезеровки
2. Найти материалы и оснастку (фрезы)
3. Подготовить программу с использованием CAM системы, проверить все дважды
4. Не забыть про правила безопасности и строго их соблюдать
Я хочу начать с последнего- с безопасности. Это является действительно крайне важной вещью, потому что фрезерные станки с ЧПУ часто оказываются большими и очень мощными, более того имеют высокоскоростной шпиндель с острым режущим инструментом. В нашем Фаблабе мы часто говорим про инструкции по безопасности, потому что нас посещает много детей и более 50 резидентов, которые работают на фрезерных станках. Обязательно посмотрите Правила работы в MIT , данная инструкция сильно повлияла на формирование наших правил безопанности!
Итак, пришло время работы над дизайном, я рекомендую использовать OpenDesk, SketchChair, GrabCad or Making Society . Если вы работаете над собственным дизайном, то учтите, что на фрезерном станке нельзя изготовить идеальный прямой или острый внутренний угол, потому что режущий инструмент имеет диаметр, так что угол в любом случае будет иметь радиус скругления.

На этой неделе я решил сделать опендесковский дизайн одиночной кабинки для коворкинга, она достаточно большая и прикольно выглядит. Чтобы что-то скачать с OpenDesk, необходимо зарегистрироваться, после этого можно скачать выбранный мною дизайн здесь. Я сразу хочу заметить, что я масштабировал будку для 15 мм фанеры, оригинальный дизайн рассчитан на фанеру толщиной 18 мм, так что моя сборка будет на 20% меньше, чем оригинал.

После того, как мы приготовили дизайн, нам необходимо приготовить материал и инструменты. Иногда данный этап становится не тривиальным, поэтому его нужно выполнять перед тем, как готовить программу в CAM. Лучшие строительные гипермаркеты в Питере - это Леруа Мерлен, Петрович и Метрика, там вы можете купить все, что вам потребуется и вы определенно сэкономите время, однако, они намного дороже специализированных магазинов. Например, для фанеры лучше пользоваться услугамиНеваторг, а лучшие места для покупки недорогих фрез - Olmitool и CNC-3d .
Для этой недели мне понадобится несколько листов 15 мм сосновой фанеры, чтобы понять, сколько именно мне нужно, мне необходимо подготовить раскладку всех элементов на лист. Здесь есть два пути: раскладка для листа 1220x2440 мм и для листа 1525x1525 мм (я имею ввиду Ширину х Длину). Оригинальный дизайн был сделан с расчетом на формат 1220x2440 мм в AutoCad, но мне намного удобнее работать с квадратным форматом, потому что он более транспортабельный, а это важно, когда толщина листа 15 мм. Я сделал новую раскладку для листа 1525x1525 мм в AutoCAD, можно скачать раскладку для 15мм фанеры здесь. В итоге, мне понадобится 2 листа , к счастью, они есть у меня в Фаблабе.

Из раскладки можно увидеть, что для выборки и выравнивания поверхности мне понадобится большая концевая фреза- я буду использовать 12 мм, также у меня есть отверстия - я буду использовать 10 мм сверло для них, а для завершающей резки я буду использовать концевую фрезу 6 мм. Кстати, на картинке ниже у меня представлено неправильное сверло - оно для металла, а мне необходимо для дерева.

Как только мы подготовили чертежи, материал и интсрумент, мы можем переходить к подготовке программы для станка. Мои любимые CAM системы- SolidCAM и ArtCAM , но я также должен упомянуть SimplyCAM - это очень простая и удобная программа для простых операций. На этой неделе я делал управляющую программу (далее УП) в ArtCAM. Я начал с создания новой модели (File--New--Model) и определения ее размера в плоскости XY, потом необходимо задать толщину материала в Toolpath--Material Setup. Здесь же можно указать ноль модели по оси Z. Для тех, кто будет использовать мой мануал, я должен заметить, что я использую ArtCAM 2008, а он имеет старый интерфейс и есть вероятность, что опции могут называться по другому и располагаться в других местах. Однако, алгоритм остается прежним.

После того, как мы определили нашу заготовку, мы можем импортировать нашу раскладку при помощи Vector--Import--our_dxf.dxf. После этого мы увидим чертежи и слои. ArtCAM имеет редактор векторной графики, я крайне не рекомендую его использовать, потому что CAM необходимо использовать только в качестве CAM, все, что касается дизайна- необходимо делать в CAD системах и в CAM импортировать уже готовые раскладки. Это правило поможет вам избежать множества проблем.

Перед созданием УП нужно настроить библиотеку интсрумента и добавить туда те позиции, которые будут использоваться, это правило поможет сэкономить время и сократить риски допустить ошибку (например, указать шаг по Z 20 мм вместо 2 мм). Нужно перейти в Toolpaths--Tool Database и в моем случае настроить 3 инструмента: 2 концевые фрезы и сверло. На картинке снизу вы можете увидеть, как выглядит библиотека инструменты для ArtCAM. Сначала я создал сверло 10 мм с подачей врезания 300 мм/мин и рабочими оборотами 3000. Здесь можем заметить, что обороты для сверла намного ниже, чем для фрез! Другую вещь, которую всегда нужно иметь ввиду- g-code работает с подачами в мм/мин, но в ArtCAM по умолчанию идут мм/сек, так что в окне настройки инструмента нужно поменять единицы измерения. Настройки для концевых фрез:
-Концевая фреза 12 мм (выборка): Шаг по Z= 6 мм, Перекрытие= 6 мм (50%), Рабочая подача=3000 мм/мин, Подача врезания=600 мм/мин, Скорость вращения шпинделя=14000 оборотов;
-Концевая фреза 6 мм (резка по контуру): Шаг по Z=3 мм, Рабочая подача=2500 мм/мин, Подача врезания=300 мм/мин, Скорость вращения шпинделя=14000 оборотов.
Все параметры заранее были проверены для станка Flexicam S2 для сосновой фанеры, они являются приблизительными и вы всегда должны тестировать режимы резки перед фрезеровкой!

После настройки библиотеки инструмента переходим к рассмотрению плоских операций, рассмотрим самые распространенные: сверление (10 мм сверло), профилирование (6 мм концевая фреза) и выборка (12 мм концевая фреза). Чтобы сделать траекторию сверления мы должны пойти в Toolpaths--2d Toolpaths--Drilling. Здесь необходимо указать верхний уровень сверления и нижний. Здесь важное замечание: эти параметры зависят от нулевой точки по Z, если мы ставим ноль по верхней поверхности материала, то верхний уровень сверления - 0, а последний -17 мм. Противоположная ситуация будет, если мы устанавливаем ноль по Z по уровню жертвенного стола. Я обычно выбираю первый вариант. Здесь вы можете заметить, что глубина сверления 17 мм, хотя толщина материала - 15 мм, я сделал такую глубину, потому что сверло имеет на конце сферическую форму и чтобы получить чистое отверстие мы должны указать глубину сверления с запасом. Следующий параметр в настройке сверления- "плоскость безопасности" - любая траектория имеет данную настройку. Это высота холостого хода. Холостой ход совершается обычно на достаточно большой скорости, поэтому важно иметь безопасную высоту холостого хода, чтобы инструмент не попал на крепления. В конце нужно выбрать все отверстия, которые необходимо просверлить, и нажать на "вычислить" в конце меню. Вот и все!

Таким же образом мы делаем остальные траектории. Выборка с использованием 12 мм концевой фрезы используется, чтобы уменьшить толщину пазовых слотов. Толщина слота должна быть 7 мм, с учетом неровности материала, выборка должна быть на глубину 7.5 мм. Чтобы траектория рассчиталась, не забудьте выбрать нужные вектора и нажать кнопку "вычислить"!

Последняя траектория, которую мы делаем - вырезание элементов по контуру. Для вырезания мы используем обработку по внешнему контуру, либо, если вектор находится внутри другого обрабатываемого вектора, обработку по внутреннему контуру - ArtCAM может определять это автоматически. Следующий параметр- глубина резки, я указал 15.3mm потому что лист фанеры может быть неровный и погнутый, так что для 100% прорезания насквозь мы указываем глубину фрезеровки чуть больше, чем толщина материала. Последняя важная вещь -направление резки, мы используем встречную резку, чтобы получить более гладкие края и поверхность без зацепок.

Когда мы закончили с подготовкой траекторий, мы должны все дважды проверить и посмотреть отчет о траектории (Toolpaths--Toolpath Information). 2 часа для нашего случая - похоже на правду.

Когда управляющие траектории готовы, можно перейти к созданию УП. Данный переход осуществляется при помощи постпроцессора. Если CAM системы и управляющие траектории являются универсальными для всех станков, то построцессоры предназначены уже для конкретного станка. Про построцессоры можно почитать здесь. Чтобы сохранить нашу управляющую траекторию в программу мы должны перейти в Toolpaths--Save Toolpath и мы увидим окно, в левой части которого будет список управляющих траекторий. Мы должны переместить траектории, которые хотим сохранить в одной программе в право, выбрать подходящий поспроцессор (в нашем случае это Mach2 mm) и сохранить. Важно сохранять траектории в правильном порядке.

В результате работы с раскладкой для первого листа у меня получилось 3 УП для 3 разных инструментов. Аналогичные действия я провел для раскладки второго листа. Здесь вы можете скачать .art и .tap файлы для обеих раскладок.
Следующий шаг - настройка станка. На этом шаге важно надежно закрепить материал и жертвенный слой, используя прижимы. Убедитесь, что фреза крепко зажата в шпинделе. После установки нуля по x, y, z можно запускать g-code.

Во время фрезеровки необходимо включить стружкопылессос, а также не забывать про средства персональной защиты, также очень важно слушать станок! Если звук меняется - нужно выяснить в чем дело, чтобы минимизировать возможные последствия в случае ЧП.

После фрезеровки наступает самая приятная часть- сборка. Однако, она будет приятной, только если правильно сделаны все предыдущие шаги. В любом случае понадобятся киянка, наждачная бумага и помощник. У нас сборка заняла примерно 30 минут.

В конце хочу поделиться некоторыми проблемами, которые возникают у наших резидентов в процессе работы на фрезерных станках. Во-первых, всегда проверяйте дизайн - кривые должны быть замкнуты, избегайте пересечений. Например, ArtCAM не посчитает траекторию для таких векторов. Во-вторых, проектируйте раскладку, учитывая диаметр интсрумента и зоны для крепления материала. На картинке ниже можно увидеть, что между траекториями очень маленькое расстояние- так все получится, но если пути пересекаются, то в один момент прижимы станка перестанут фиксировать лист. Так что используйте материал рационально, но не экономьте на качестве и времени. Также очень полезно проектировать крепежные отверсия под саморезы, таким образом можно равномерно прижать материал к жертвенному слою.

Embedded Programming

Click to show/hide what have been done.

Embedded programming became a challenge for me. Firstly I finished soldering needed SMD components, they finally arrived. I should say that I checked everything twice before going to this weeks assignment, but I wasn't careful enough, as the result when I powered my pcb for the first time I burnt the Attiny44, I checked carefully- oops, it was soldered upside down. I will tell about this case little bit later. The other mistake I did - was wrong usage of attiny outputs- I set 2 of 3 pins of my rgb led on Analog Input pins of Attiny44. Unfortunatly, I understood it when everything was done moreover I still have one working pin on Led to work with, so I decided to work with it. I could avoid this mistake with pins if I saw the datasheet before doing the design of pcb. There comes one more remark- I didn't consider the resistor before the Led, so I had to insert it instead of 0 Ohm resistor, which I luckily have on needed track. The datasheet itself is available on the Atmel website, in the internet there are different versions of it.

To really understand the microcontroller we have to read and learn the datasheet, it is rather long and difficult task. To get the main features and to know the key information we can refer to summary datasheet.
After reading the microcontroller data sheet and understanding my mistakes I started programming my board. I used an Arduino Uno as a programmer. Firstly, we should prepare our Arduino Uno and Arduino Ide for programming Attiny. To make a programmer of Arduino we should open File--Examples--Arduino ISP and load it to our Arduino board.

Then we should install Attiny support for Arduino IDE. To do this we should first set a path for board manager in preferences: https://raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json.

After we did this we go to board manager and install the Attiny support.

Now we can choose a needed Attiny as a board for programming and use an Arduino Uno with "Arduino ISP" firware as programmer.

On the next step we should connect our pcb with Arduino, this step is very important because wrong wiring can burn the Attiny. On the picture below there is the correct scheme.

By the way on this assignment I used not the same board that I made on week6. This time I made new one to practice my skills in designing and producing PCBs. You can find the new desing on picture below.

On the Pcb-design week I added to my hello-world board a button and led, so for testing my board I've chosen an example program Blink. Using the first picture I determined that I needed pin #7 to blink my led and set it. Then to load the code to Attiny I used Sketch--Download using Programmer (Ctrl+Shift+U). The arduino sketch is here.

After this there were two scenarios. Working and not working. As I noticed at the beginning, the first Attiny44 was installed upside down that is why I burnt it. I understood that it is dead, when I tried to program it and get the message as on the picture below. 0xffffff signature means that the Attiny doesn't respond, so there can be incorrect wiring or the Attiny is just dead (my case). There is a tip that for such programming we better use USB2.0.

So in my case I've soldered new Attiny44 and tried once again to program it. I got the new working signature, status bar updated and few lines of code loaded well. Now when I am pushing the button, my Led is blinking.

In the end I should say that this manual helps me a lot. One more thing - to determine the signature in Arduino Ide you have to turn on verbose output: File--Preferences--Verbose Output.

Yet to be done in this assignment- program the new board I made for week 6 and show it's finally working.
The firmware for my board is attached. I've programmed my board using Arduino as ISP.

Программирование печатной платы

Программирование платы стало для меня настоящим вызовом. Сначала, я припаял недостающие smd компоненды, они наконец-то пришли. Я должен отметить, что я все проверил дважды перед тем, как перейти к выполнению задания этой недели, но я был недостаточно внимателен, и, как результат, впервые запитав свою плату, я спалил Attiny44, я снова все внимательно проверил- беда, она была припаяна вверх ногами. Подробнее я расскажу про этот случай позже. Другая ошибка -неправильное использование выводов Attiny- я сделал разводку 2 из 3 пинов моего rgb светодиода на аналоговые входы Attiny44. К сожалению, я осознал это, когда все уже было сделано, более того у меня все еще оставался один работающий вывод, так что я решил продолжить работу с такой платой. Я бы мог избежать данной ошибки с пинами, если бы решил прочитать техническую спецификацию до того, как разрабатывал дизайн платы. Здесь вылез еще один недочет- я не учел, что перед светодиодом должен стоять резистор, так что мне пришлось заменить резистор 0ом, который по случайности оказался на нужной дорожке. Техническая спецификация доступна на сайте Atmel, в интернете есть множество разных версий.

Чтобы по-настоящему изучить контроллер необходимо читать и вникать в техническую спецификацию, это весьма долгое и сложное занятие. Чтобы узнать главные характеристики и ключевую информацию, мы можем обратиться к краткому техническому описанию.
После изучения технической спецификации микроконтроллера и осознания своих ошибок, я перешел к программированию платы. Я использовал Arduino Uno в качестве программатора. Для начала, мы должны приготовить Arduino Uno и Arduino Ide для программирования Attiny. Чтобы сделать из Arduino программатор мы должны открыть File--Examples--Arduino ISP и загрузить в Arduino.

Далее мы должны загрузить поддержку Attiny для Arduino IDE. Чтобы это сделать мы сначала должны указать путь для менджера плат в настройках: https://raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json.

После того, как мы это сделали, мы переходим в менеджер плат и устанавливаем поддержку Attiny.

Теперь мы можем выбрать нужную нам Attiny в качестве микроконтроллера для программирования и использовать Arduino Uno с прошивкой "Arduino ISP" как программатор.

На следующем шаге нам необходимо соединить нашу плату с Arduino, данный шаг крайне важен, потому что неправильное подключение может испортить Attiny. На картинке ниже правильная схема подключения.

На неделе, когда было необходимо сделать дизайн платы, я добавил к плате hello-world светодиод и кнопку, так что для тестирования моей платы я выбрал пример из библиотеки примеров под названием "Blink". Используя схему на первой картинке, я понял, что мне нужен пин #7, чтобы мигать светодиодом. Далее, чтобы загрузить код в Attiny я перешел в Sketch--Download using Programmer (Ctrl+Shift+U).

После этого, ожидаемо, было 2 сценария. Работает и не работает. Как я заметил в начале, первая Attiny44 была установлена вверх ногами, поэтому я ее спалил. Я понял, что она испорчена, когда пытался ее запрограммировать и получил сообщение на картинке снизу. 0xffffff signature означает, что Attiny не отвечает, это может быть вызвано неправильным подключением проводов, либо неисправность Attiny (мой случай). Совет: при программировании Attiny через Arduino рекомендуется использовать USB2.0.

В моем случае я перепаял новую Attiny44 и попробовал еще раз ее запрограммировать. В результате я получил работающие сигнатуры, вывод состояния и успешный статус загрузки. Теперь, при нажатии кнопки, светодиод мигает.

В конце хотелось бы отметить, что при выполнении этого задания мне очень помогло это руководство. Еще одна деталь- для определения сигнатур в Arduino Ide необходимо включить расширенный вывод: Файл--Настройки--расширенный вывод.

Input Devices

Click to show/hide what have been done.

This week I tried to make a PCB with a photoresistor. I took it from an arduino module. I desinged my board with Attiny44 in Eagle, here you can download files.

Recently we received needed SMD componetns so soldering the board this week was pleasure. However there were difficulties with tracks quality and I had short cuts.

The first result of trying to make the PCB - I have to make a new board using Modela and solder everything from the beginning, because I can't understand the problematic place and my PCB doesn't work. On the one hand I fixed several short cuts, on the other hand my Attiny might be already burned. Unfortunatly, when I am trying to put a test firmware in Attiny, using Arduino Uno as ISP, I have a bad signature. Actually the real problem you can see on the picture below- PCB is absolutely inaccurate.

I checked the design again and milled new board with fabmodules. I was doing the board using 0.4 mm milling bit and textolite FR1, g-code and Eagle files with the list of components are here. The result of milling new board you can see on picture.

So this time programming goes well. Firstly I programmed led-blinking, to check if my PCB is ok. Then I made a small program for photoresistor and led.

The brightness of led is changing depending on brightness. Arduino sketch is here.

What was wrong? The issue was that I designed my PCb for 2 input devices, but I didn't have enough time to make them both, so I decided just not to touch place for REED switch. And that confused everyone, sorry. To pass this assignment I redesigned the board for 1 sensor (actually the same) and I will manufacture and test it again.
My board will inlcude only photoresistor. Renewed design from Eagle is here. The archive includes G-codes for milling the boards. G-codes were prepared in Fabmodules.

The result is below:

I've programmed input PCB with Arduino using it as ISP. Program is the same and may be found in description above.

Устройства ввода

На этой неделе я делал плату с фоторезистором. Фоторезистор я взял с модуля Ардуино. На своей плате я использовал Attiny44, дизайн был сделан в Eagle, здесь можно скачать все файлы.

Недавно мы, наконец, получили необходимые SMD-компоненты, так что пайка платы на этой неделе была в удовольствие. Однако, возникли сложности с качеством дорожек, были короткие замыкания.

Сейчас все еще остается задание отфрезеровать новую плату, используя Modela и спаять все заново, потому что я не смог выяснить источник проблем на плате, она не работает. С одной стороны, я смог исправить несколько мест с коротким замыканием, с другой стороны моя Attiny могла за это время сгореть. К сожалению, когда я пытаюсь загрузить прошивку через программатор Arduino Uno на Attiny, я получаю неправильную сигнатуру.

Molding and Casting

Doing this weeks assignment I tried to create something that will help me to learn molding and casting and at the same time that can be useful for our fab lab. Almost immediately I decided to do a mold for sweets: chocolate, ice cream or candy. With this molds it will be possible to prepare promotional sweats for our open events. However we can't do casting for food products with the usual silicon or plastic. We will need a special one, in St. Peterburg the best place to order is LassoSpb and the name of food silicone is Lasil S-2. As you see on photo there are to bottles - one is for silicone and the second is thickener.

When the components for casting are ready it's time to mill the mold. Firstly I prepared a 85x85mm mold for chocolate in SolidWorks, for milling I used an ArtCam and CNC-router FlexiCam S2. The material was 25 mm thick MDF. Here you can download the design and NC-programs.

For this shape I used 6 mm end mill for roughing and 3.175 mm ball-nose mill for finishing. During roughing the feedrate was 2500 mm/min and the stepdown was 4mm, for finishing there was the only pass with feed 1500 mm/min and 20% stepover for ball-nose bit.

The mold turned out to be rather accurate but the design is rather simple and doesn't have interesting relief.

That is why I made a decision to do the second food mold for jelly. I saw kind of challenge in this relief (picture below). It was interesting for me to figure out how the edges will be milled. Click here to download STL, Artcam-file and NC-program.

For this mold I used 35 mm thick oak-tree board and 2 bits: 0.5 inch end mill for roughing and 8 mm ball-nose bit for finishing pass. While roughing the stepdown was 7 mm with the feed 2000 mm/min and while finishing there was 90% overlap with a feedrate 2500 mm/min.

As the result I got the second shape for casting, the quality is good enough, although I've chosen wrong mode for oak milling that is why there are some chips and roughness.

Before preparing silicone it's important to prepare a mold for casting. Actually we should prepare the silicone only when everything else is ready, because when the silicone is mixed with thickener it can just freeze and you have not many time to fill the mold with it.
Firstly you should check that the mold is clean and has no dust. For cleaning my mold I used air flow.

The other important thing before casting the silicone is to obtain the mold with the special spray that is used for reducing the adhesion between silicone and mold. For MDF mold it's better to apply a thicker layer because MDF can absorb spray.

When the mold is ready we should prepare carefully for silicone casting. In addition to silicone, thickener and mold we will need a cup and spoon for mixing the silicone and thickener, scales, latex gloves and paper towels (A LOT OF PAPER TOWELS((( ).

So when the working place is equipped we can find the manual for mixing the specific combination of thickener and silicon. In my case it was 1:10 proportion and I considered that silicone has about 40 minutes of working time. I knew that the volume of my mold was about 200 ml so I used a plastic cup with the same volume. The silicone was very expensive so I tried to use only the needed amount.

After the silicone and thickener are wery well-mixed you can carefully fill the mold.

I was doing the casting with a silicone that doesn't need mandatory degasing (vacuuming) still we have to remove air from the received form. Unfortunatly I didn't have any vacuum system to remove air with it, but there is a way to reduce air with vibration. In Fab Lab we have a table with 2 drilling machines and sharpener, so I just put my mold on this table and turned on all the machines for 5 minutes. I think that helps. After this I left my mold to get dry for 6 hours.

When the time for silicone removing comes I stucked with several problems. The first was incredibly strong adhesion between MDF and silicone. As I understood using MDF for silicone casting - is a bad idea because of MDF good abserbing. Somehow I managed to get the silicone mold out of MDF, it was damaged but still working. Then I prepared chocolate and a cup inside the other cup with a hot water to melt chocolate.

It was hard to remove chocolate from mold and not to break it, because the layer of chocolate was thin and chocolate itself is fragile.

Finally I should say that for the next time I will use a wax to make a better mold! The other thing I will change- I will make a trapezoidal shape of mold for easier removing the silicone. It will look like on the picture below.

Формование и литье

Работая над заданием этой недели, я хотел не только освоить технологию формовки и литья, но и сделать что-то полезное для Фаблаба. Почти сразу я решил, что буду делать формы для сладостей: шоколада, конфет и мармелада. С помощью таких форм можно будет делать сладости на мероприятия для детей и для выставок. Стоит ометить, что для форм пищевой продукции необходимо использовать специальный пищевой силикон и платстик. В Санкт-Петербурге пищевой силикон лучше всего заказывать в LassoSpb, наименование силикона Lasil T-4.

Когда компоненты для литья готовы, время заняться фрезеровкой форм. Сначала я приготовил форму 85x85 мм для шоколада в SolidWorks, при подготовке к фрезеровке я использовал ArtCam и станок FlexiCam S2. В качестве материала использовался 25 мм МДФ. Здесь можно скачать модель и файлы для ЧПУ станка

Для моей формы я использовал 6 мм концевую фрезу на черновую обработку и сферическую фрезу 3.175 мм для чистовой. В ходе черновой обработки рабочая подача была 2500 мм/мин, а шаг по z за проход 4 мм, во время финишной обработки был один проход с подачей 1500 мм/мин и 20% шагом для сферической фрезы.

Форма получилась достаточно аккуратная, но сам дизайн был очень простой и не содержал интересного рельефа.

Поэтому я решил сделать вторую пищевую форму для мармелада. Мне показалось интереным попробовать сделать такой рельеф (изображение снизу). Передо мной стояла задача выяснить, получится ли отфрезеровать боковую поверхность таким же образом, как в модели. Нажмите здесь, чтобы скачать STL, Artcam-файл и программу для ЧПУ станка.

Для этой формы я использовал дубовую доску толщиной 35 мм и 2 инструмента: 0.5 дюймовую концевую фрезу для черновой обработки и 8 мм сферическую фрезу для чистового прохода. Для чернового прохода глубина за проход по z была 7 мм с рабочей подачей 2000 мм/мин, во время чистового прохода перекрытие было 90% с рабочей подачей 2500 мм/мин.

В результате я получил вторую форму для литья достаточно хорошего качества, хотя изначально я выбрал неправильный режим фрезеровки дуба, поэтому заметны некоторая шероховатость и сколы.

Перед приготовлением силикона очень важно все приготовить для литья. Лучше всего заранее подготовить абсолютно все и только тогда заниматься силиконом, потому что, когда силикон уже замешан с загустителем, он может просто напросто застыть, и мы не успеем залить форму.
Итак, сначала мы должны проверить, что форма чистая и не сожержит пыли. Для очистки я использовал воздушный компрессор.

Другая очень важная вещь перед литьем силикона в форму- обработать саму форму специальным спреем, который не дает силикону прилипнуть к форме после застывания. Для формы из МДФ лучше наносить двойной слой спрея, потому что МДФ его впитывает.

Когда форма подготовлена, мы должны аккуратно приготовить все для литья. Помимо силикона, загустителя и формы, нам понадобятся емкость, размешиватель, весы, резиновые перчатки и бумажные полотенца (МНОГО ПОЛОТЕНЕЦ).

Когда место подготовлено, можно переходить к изучению инструкции по смешиванию силикона и загустителя. В моем случае нужно соблюдать пропорцию 1:10 и учитывать время жизни силикона - 40 минут. Я заранее знал, что объем моей формы примерно 200 мл, поэтому я использовал пластиковый стакан такого же объема. Я постарался использовать только нужное количетсво силикона, потому что он достаточно дорогой.

После того как силикон и загуститель хорошо размешаны, можно аккуратно залить форму.

Я делал заливку с использованием силикона, которому не нужно обязательное вакуумирование, тем не менее каким-то образом нужно удалить лишний воздух из формы до застывания. К сожалению, у меня нет специальной системы для вакуумирования, но уменьшить количество воздуха можно при помощи вибраций. В Фаблабе у нас есть стол, на котором установлено 2 сверлильных и точильный станок, так тчо я просто поставил свою форму на него и включил все станки на 5 минут. Кажется, это помогло. После этого я оставил силикон и форму сушиться примерно на 6 часов.

Когда настало время доставать силиконую форму из МДФ, начались проблемы. Во-первых, силикон намертво прилип к форме. Насколько я понял, использовать МДФ для литья силикона- плохая идея, потому что МДФ очень хорошо впитывает. Каким-то образом я смог получить силиконую форму из МДФ, она была повреждена, но для литья была годна. Затем я приготовил шоколад, стаканчик и кружку с горячей водой для плавления шоколада.

Было сложно извлечь шоколад из формы и не сломать его, потому что шоколад хрупкий сам по себе, а слой заливки - тонкий.

В результате я сделал следующие выводы: формы необходимо изготавливать из воска, а границы самой формы нужно делать под наклоном, чтобы было легче извлекать силикон! Пример формы с наклонными гранями на картинке снизу.

Output Devices

For the output devices in my case the most useful was to design and do a bipolar stepper motor driver, because I will need one for my final project. But we don't have needed A4953 drivers and I checked that it will be impossible to order them due to long-time shipping. That is why I will need to reconstruct my final project and I will think about it. This week I will do the PCB for LCD. As usual I designed it in Eagle, using fab.lbr and this time I used new component- is't voltage regulator LM1117MPX-5V with sot-223 body. The eagle library for this component is here.

For downloading the eagle scheme, board, traces and outline click here.
This time I used milling! Moreover I should say that I am still using FR4 but I promise that this is the last time. I understand that it is inapropriate for milling. I prepared g-code using fabmodules. For traces I used 0.4 mm mill and for cutout 4 mm mill, the g-code is here.

This time right after milling I checked all the traces and found that I have shortcut because the distatce between to tracks was less then mill diameter. Although I managed to fix it using sharp knife, it is a sign that I have to chekc board better while disigning it. The other thing I had to do after milling - lightly polishing.

Doing this board I was checking carefully every step with multimeter and I did it not in vain. So on-the-go check was very useful.

Still I have some troubles as well as on the Input devices week- Attiny44 doesn't work. I checked several chips and all of them seems not working. Verbose output of arduino IDE tells that the signature is different to Attinys.

So I have to order new Attiny44 and try again later.

I've prepared everything for programming and testing LCD and will do that soon.

The result of connecting and programming this board is on videos below. I have a working LED and the display programming and wiring on board must be ok. However the display itself turned out to be not working when we checked it with other Pcb.

UPDATE FOR REEVALUATION

The display was not working and there were misundersanding with stepper motor driver so for output device I'll present an output device for my final project- it is a bipolar stepper motor driver, you can see the work of it below, this was the first version. Detailed description of this first version is in final project description.

Here I'll show renewed design for my stepper motor dirver. I've made it in Eagle. Design is here.

I've tried to make everything more accurate this time and made the board two sided. The g-code for both sides is attached. Note that if you are turning PCB on the other side - it's traces must mirrored.

I was preparing G-code in fabmodules. For milling I've used 0.3 end mill for traces and 1.5mm mill for cut out. To flip the board with high accuracy I've made a frame in piece of plywood, installed it on K2 Cnc machine and cut out a piece of material out of FR1. Then I installed the FR1 in a pocket in plywood tightly. After the front side was ready- I revert the side and launched second g-code for back side.

While soldering the components I have issues with soldering quality, but I've managed to fix shortcuts.

To check the renewed board I've made an experimental setup which included Stepper motor from my rotating axis (final project), source of power, Arduino with shield which gives EN, STEP, DIR output. After hours of tweaking related to shortcuts, careful and reliable connecting and final check I've reproduced successful test of my stepper motor driver. Everything is working as it should. This time I've tried to minimalize wiring.
How this works: The source of power is powering Stepper motor driver (while driver is powering motor), Arduino is sending signals for motor rotation on driver. Arduino test sketch is here. The green shield on Arduino is used only for EN, STEP and DIR.

Устройства вывода

В качестве устройства вывода в моем случае полезнее всего было бы сделать драйвер шагового двигателя, потому что он будет мне нужен для финального проекта. Но у нас в лаборатории не оказалось драйверов A4953, также я проверил и убедился, что их невозможно быстро заказать откуда либо. Поэтому мне придется пересмотреть концепцию моего финального проекта для Академии. На этой неделе я сделаю печатную плату для LCD. Как всегда я сделал ее в Eagle, используя fab.lbr, а еще в этот раз мне понадобился новый компонент- регулятор напряжения LM1117MPX-5V в корпусе sot-223. Библиотека Eagle для этого элемента здесь.

Чтобы скачать схему и плату, нажмите здесь.
В этот раз для изготовления платы я использовал фрезеровку! Более того, я обязан отметить, что я как и всегда использовать фольгированный текстолит FR4, но я обещаю, что делаю это в последний раз. Я понимаю, что FR4 не подходит для фрезеровки. я готовил g-code, используя fabmodules. Для дорожек я использовал микрофрезу 0.4 мм и для вырезания фрезу 4 мм, сам g-code здесь.

В этот раз сразу после фрезеровки я проверил качество всех дорожек и обнаружил замыкание в одном месте, потому что расстояние между дорожками оказалось меньше диаметра фрезы. Не смотря на то, что я смог исправить эту ошибку при помощи канцелярского ножа, это является свидетельством того, что нужно внимательнее проектировать и проверять плату в при работе в Eagle. Еще одна вещь, которую мне нужно было сделать- слегка отполировать плату.

При изготовлении платы я все внимательно проверял на каждом шаге с мультиметром, и не зря. Проверка на ходу оказалась полезной, я убедился в исправности платы.

Также как и во время задания по устройствам ввода, у меня возникли проблемы с программированием Attiny44 - она не работает. Я проверил несколько чипов и все они не работали. Расширенный вывод arduino IDE показал, что сигнатуры отличаются от тех, которые соответсвуют Аttiny.

В результате нужно заказать еще Attiny44 и заменить на плате.

Я заранее приготовил все для программирования и тестирования LCD, сделаю это после того, как заменю микроконтроллер.

Composites

One of the successful projects in our Fab Lab - is a Rubens Tube- a physics apparatus for demonstrating acoustic standing waves in a tube. A very important part of this tube - is an insulation box for the speaker made of composites. One tube has been already made in Fab Lab Polytech and the composite box was made by hand without any molds. So for the second tube me and Gleb Miroshnik decided to make a accurate speaker box using molds. Below you can watch a video and photo of previous Rubens tube made by team of our residents.

So this composite box for speaker consists of 2 parts: cylindrical and conical, my part was the first. To begin with, I modeled an assembly of internal and external molds in SolidWorks. I designed the parts so there was empty space between them of 2.5 mm for the fabric and resin. To download model and stl-files click here. Specifically for milling I've cutted a left half of both parts, they are simetric so I can do that.

Then I imported halfs in ArtCam and made paths for rough (with 0.5 inch end mill - 3500 mm/min feedrate and 6.5 cutdepth) and finishing (with 8 mm ball-nose mill - 2500 mm/min and 10% step) passes. Find an ArtCam-file and g-codes here.

The height of a half of the mold is 55 mm and I used 30 mm MDF so before milling I glued 2 layers of MDF with PVA glue (freezing time is about 4-5 hours, don't forget to use clamps to fix layers). The result of milling you can see below.

Then I cleaned and pasted together halfs of molds with PVA. Below you can see ready molds.

When the external and enternal molds are ready it's time to prepare for making a composite. To avoid sticking I obtained the internal mold with vaseline and the external part I covered with plastic.

I've used fiberglass fabrics and resins for making composite part. I prepared small pieces of fiberglass fabrics and mixed about 80 grams of resins. Then I soaked all pieces in the container with resin.

After that I started to apply pieces of fabric on the internal mold in 2-3 layers. I tried to do this evenly and without any gaps.

On the last step I pressed the internal mold with composite into the external one and placed them into the strong clamp, some composites squeezed out at that moment. I left this installation for 6 hours to freeze up.

While removing the derived part I had little difficulties because it stuck a little in mold and the part itself a little bit conical that is why I seperated the external mold to make process easier. There was no difficulties seperating an intrenal mold and composite part, that means that it was vaselined enough.

You can see composite part on the picture below. I should say that it is rather smooth on the side surface. It has no gaps and I think it should work.

However there were some mistakes and problems. First of all there are some polyethylene pieces on the composite and it stuck very strong, that means that there were rough places in whick resin picked polyethylene. The second problem is that the part itself is rather thin and almost fragile. So the next time it's better to make an empty space between molds wider. The last think I don't like in my part is that it has inaccurate edges. It happens at the moment when I was fixing pressed molds in clamp and some resins flew out.

Композиты

Одним из успешных проектов в нашем Фаблабе является труба Рубенса- экспериментальная установка, демонстрирующая стоячие волны в трубе. Очень важная часть трубы- изоляционная емкость для динамика, сделанная из композитного материала. Одна труба уже была реализована в Фаблаб Политех и композитная коробка была сделана вручную без каких-либо форм. Так что для следующей трубы мы с Глебом Мирошником решили сделать формованную коробку с использованием композитных материалов. Ниже вы можете посмотреть видео и фото, демонстрирующих работу предыдущей трубы Рубенса, сделанной нашими резидентами.

Итак, нужная композитная коробка для динамика состоит из двух частей: цилиндрической и конусной. Мне нужно сделать цилиндрическую часть. Для начала, я сделал модели и сборку для внутренней и внешней форм в SolidWorks. Я сделал детали таким образом, чтобы между ними оставалась пустая прослойка в 2.5 мм для композита. Чтобы скачать модель и файлы STL, нажмите здесь. Специально для фрезеровки я оставил только половину для обеих деталей, они симметричны, поэтому так сделать можно.

Затем я импортировал половинки в ArtCam и сделал операции для чернового (с использованием концевой фрезы 0.5 дюйма с рабочей подачей 3500 мм/мин и глубиной за проход 6.5 мм) и чистового (с использованием сферической фрезы 8 мм с рабочей подачей 2500 мм/мин и 10% шагом) проходов. Файлы ArtCam и g-code здесь.

Высота формы - 55 мм, я использовал 30 мм МДФ, поэтому мне пришлось в начале склеить 2 слоя клеем ПВА (время застывания примерно 4-5 часов, не забудьте жестко зафиксировать слои струбцинами). Результат фрезеровки на картинке ниже.

Затем я очистил и склеил части форм, используя ПВА. Ниже фото готовых форм.

Когда внешняя и внутренняя формы готовы, время готовить композит. Чтобы избежать прилипания к МДФ, я обработал внутреннюю форму вазелином, а внешнюю форму прикрыл пластиком.

Я использовал стеклоткань и смолу для приготовления композита: нарезал стеклоткань мелкими кусочками и замешал около 80 грамм смолы. Затем хорошо пропитал все кусочки в контейнере со смолой.

Далее я наносил кусочки пропитанные кусочки стеклоткани на внутрненнюю форму в 2-3 слоя, при этом я старался делать это равномерно и без зазоров.

На конечном этапе я запрессовал внутреннюю форму во внешнюю в тисках, при этом некоторое количество композита выдавилось из формы. Я оставил данную конструкцию застывать на 6 часов.

Во время извлечения получившейся детали из форм у меня возникли небольшие проблемы, потому что деталь немного прилипла к форме, и все осложнялось тем, что форма сама по себе имеет немного коническую форму. Поэтому мне пришлось разъединить внешнюю форму, чтобы упросить процесс. При разделении внутренней формы и детали проблем не возникло, это означает, что я достаточно смазал внутреннюю форму вазелином.

Вы можете оценить композитную деталь по картинке ниже. Я должен отметить, что она вышла достаточно гладкой на боковой поверхности.

Не смотря на то, что с данной деталью можно работать и использовать, были некоторые ошибки и неточности. Во-первых, на форме застыло некоторое количество полиэтилена, это означает, что на поверхности детали были неоровности в которых застрял и застыл полиэтилен. Во-вторых, деталь получилась тонкой и практически хрупкой. В следующий раз будет необходимо сделать более широкую прослойку между внешней и внутренней формами. Последнее, что мне не понравилось в своей форме- это то, что были неровные края. Неровность появилась в момент, когда форма зажималась в тисках, и некоторое количество смолы вытекло наружу.

Networking and Communications

In this assignment I started with pairing 2 Arduino Uno using I2C (TWI) protocol. I decided to try that because it can be useful in future for different Arduino projects where we need to split the workload.

For I2C connection we'll need 3 short wires. We should connect GND, pins A4 and A5 on one Arduino to the same pins on the other one. On the next step we have to load master and slave firmwares. Using very helpful links (link 1, link 2) I figured out how the Wire.h library works and wrote a small program that makes one Arduino command the second one to blink the LED. Here is the firmware for master:

// MASTER
#include
void setup()
{
Wire.begin();
}
byte x = 0;
void loop()
{
Wire.beginTransmission(8); // transmit to device #8
Wire.write(x); // sends one byte
Wire.endTransmission(); // stop transmitting
x++;
if (x>6)
{x=0;}
delay(200);
}

This firmware launch and loops counter from 0 to 6 and transmit numbers to channel 8. The firmware for slave:

// SLAVE
#include
void setup()
{
Wire.begin(8); // join i2c bus with address #8
Wire.onReceive(event);
pinMode(13, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
delay(1000);
}
void event(int howMany)
{
int x = Wire.read(); // receive byte as an integer
if (x<3)
{ digitalWrite(13, HIGH); delay(1000);} // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
else { digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); }// print the integer
}

The Slave firmware receives bits from master and blink the LED depending on which number it is.

The other thing I tried was serial communication of 2 Arduino Uno using TX and RX (Pins 0 and 1). When connecting wires, check that RX of the one board is connected to TX of the other.

For connection test for slave Uno I used PhysicalPixel firmware (you can find it in Arduino IDE Exapmles->Communication) and for master I used the following code:

//Master
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
Serial.print('H');
delay(1000);
Serial.print('L');
delay(1000);
}

PhysicalPixel firmware (slave) obtains the information from the serial port and turns on the LED if it gets "H", turns off if it is "L". As you see master Arduino is sending "H" and "L" with second delay to serial port making slave Arduino Uno blinking LED.

Doing this weeks assignment I've read that if we use I2C arduino connection we can communicate up to 112 devices and that is imressive! Moreover I've read the advice that the length of jumper wires must be as short as possible to reduce loss and noises when we are doing I2C.

After connecting two Arduinos I've decided to manufacture boards using RS232. I've taken the PNGs from class page for bus and node. Because the lack of time I couldn't redesign them, so I just milled and soldered the original design. I milled 2 nodes, however I've soldered only one because of lack of time.

I programmed my boards using code on FabAcademy page “hello.bus.c” and after modifying nodes numbers programmed Attiny45 using Arduino as ISP.

Then I connected brigde with node and checked if it is working using FTDI cable and Putty. On the bridge I downloaded the arduino sketch that blinking LED depending on input char.

Download Arduino Sketch here.

To pass this assignment I should redesign the PCBs and make them again. So I used Eagle for drawing, files here.

G-codes for bridge and node were prepared in Fabmodules. Files here

Finally networking PCBs are ready:

I've uploaded firmware following instructions above.

Сеть и коммуникации

В этом задании я связал 2 Arduino Uno, используя протокол I2C (TWI). Я решил попробовать именно на Ардуино, потому что это может быть полезно в будущем в разных проектах, которых необходимо распараллеливать вычисления.

Для соединения посредством I2C нам понадобится 3 монтажных провода. Мы должны соединить пины GND, A4 и A5 на одной Arduino с теми же пинами на другой. На следующем шаге необходимо загрузить прошивки для master и slave. Используя очень полезные ссылки (ссылка 1, ссылка 2), я выяснил как работает библиотека Wire.h и написал маленькую программу, в результате выполнения которой одна Arduino посылает команду на вторую и происходит мигание LED. Прошивка для Master:

// MASTER
#include
void setup()
{
Wire.begin();
}
byte x = 0;
void loop()
{
Wire.beginTransmission(8); // transmit to device #8
Wire.write(x); // sends one byte
Wire.endTransmission(); // stop transmitting
x++;
if (x>6)
{x=0;}
delay(200);
}

Эта прошивка запускает и зацикливает счетчик от 1 до 6 и передает бит на 8 канал. Прошивка для slave:

// SLAVE
#include
void setup()
{
Wire.begin(8); // join i2c bus with address #8
Wire.onReceive(event);
pinMode(13, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
delay(1000);
}
void event(int howMany)
{
int x = Wire.read(); // receive byte as an integer
if (x<3)
{ digitalWrite(13, HIGH); delay(1000);} // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
else { digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); }// print the integer
}

Эта прошивка принимает биты с мастера и дает команду на мигание диодом в зависимости от значения числа.

Также я попробовал соединить 2 Arduino Uno, используя TX и RX (Пины 0 и 1). Во время подключения проводов обратите внимание, что RX одной платы подсоединяют к TX другой.

Чтобы протестировать соединение, на slave Uno я использовал прошивку PhysicalPixel (ее можно найти в Arduino IDE Exapmles->Communication), а для master я использовал следующий код:

//Master
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
Serial.print('H');
delay(1000);
Serial.print('L');
delay(1000);
}

Прошивка PhysicalPixel (slave) обрабатывает информацию с серийного порта и включает LED, если получает "H", выключает, если получает "L". Как вы видите, master Arduino отправляет "H" и "L" с секундной задержкой на серийный порт, заставляя slave Arduino Uno мигать LED.

Выполняя задания текущей недели, я прочитал, что используя протокол I2C на arduino мы можем соединить до 112 устройств, это впечатляет! Более того, я прочитал, что длина монтажных проводов при I2C должна быть как можно меньше, чтобы сократить помехи и потери.

Interface and Application Programming

For this assignment I decided to make an application for my input device - photoresistor. To make my application, I decided to use Processing development environment. You can download it here. So, I took my sketch from input device assignment and a pcb with attiny45 . I found very useful tutorial that helped me to make my interface.

The processing code for my interface is below:
import processing.serial.*;
Serial port;
float brightness = 0;
void setup()
{
size(300,300);
port = new Serial(this, "COM26", 9600);
port.bufferUntil('\n');
textSize(20);
}
void draw()
{ if (brightness>75){
background(255-brightness,255-brightness,255-brightness);
println(brightness);
fill(255,255,255);
text("A bit dark",25,120);
text(brightness/255*1024+100,100,200);}
else
{
background(255-brightness,255-brightness,255-brightness);
println(brightness);
fill(0,0,0);
text("So bright, wow",75,120);
text(brightness/255*1024-100,100,200);}
}
void serialEvent (Serial port)
{
brightness = float(port.readStringUntil('\n'))/1024*255;
}

You can download the code here.
As the result I've got an application that reads serial data from my PCB and shows it on screen changing background color depending on data.

Программирование интерфейса приложений

Скоро появится описание

Applications and Implications

This weeks assignment includes proposing a final project that integrates the range of units covered, answering:
1. what will it do?
2. who's done what beforehand?
3. what materials and components will be required?
4. where will they come from?
5. how much will it cost?
6. what parts and systems will be made?
7. what processes will be used?
8. what tasks need to be completed?
9. what questions need to be answered?
10. what is the schedule?
11. how will it be evaluated?

1. what will it do
My final project is a rotary attachment for 3-axis milling machine K2CNC of the american manufacturer that went out of business several years ago but the hardware of this CNC gives an opportunity of 4-axis connection. This feature allows to obtain the workpiece (wood, aluminium) from almost all sides with high presicion and it will be very useful without a doubt.

2. who's done what beforehand
I've found that there was similar project during machine design week of Fab Academy 2015. However that machine was made from scratch and the purpose of use of that CNC was different. There are plenty of similar projects on AliExpress and Ebay. I am sure that I can do the same or even better. Moreover it will be easier to replace parts if something will break.

3. what materials and components will be required
4-axis frame must be rigid but not very heavy that is why I will use aluminium. Moreover for mechanical part I will need a aluminium shaft, 3-jaw chuck, 2 pulleys, 2 bearings, belt and screws. For electronics in my projects I will need step motor Nema23, stepper motor driver (with A4953), wiring and a source of power.

4. where will they come from
The most important parts of rotary axis I'll try to make although anyway I'll have to buy 3-jaw chuck, bearings and stepp motor. All needed parts I can buy in local vendors but it will be cheaper to order everything from AliExpress in advance. Aluminium frame I will mill and aluminium shaft will be made on lathe. Stepper motor driver will be designed and produced by me.

5. how much will it cost
I'm going to spend on my final project no more than 100$. In addition I already have Nema 23 and pulleys with belt.

6. what parts and systems will be made
The project has 2 directions: mechanics and electornics. Mechanical part includes milling aluminium frame, assembly of all parts and installing belting system with shaft. Electornics includes producing step motor driver, connecting driver with motor and CNC-controller, tuning of signals and testing.

7. what processes will be used, 8. what tasks need to be completed and 9. what questions need to be answered
There are several problems on the way of realization of my project. Firstly I'll have to obtain steel using lathe machine for making shaft. It will be new experience for me. Secondly, I'll have to check if the moment of force of step motor will be high enough for 4-axis operation. Finally the biggest challenge is to figure out if I will be able to connect my stepper driver to cnc-controller designed and manufactured by specific manufacturer and I assume that there can be some protection from supplementation.

10. what is the schedule
Designing the construction of attachment considering K2 CNC technical properties, making the bill of materials (20.05)
Machining of the frame and shaft, first assembly (25.05)
Checking cnc-controller with purchased driver if the 4-axis is working or not (27.05)
Finishing the mechanics assembly and manual testing (02.06)
Designing and producing step motor driver, connecting with stepper (06.06)
Testing electronics with CNC-controller, tuning mach3, test rotary axis(08.06)
Final assembly and testing, making an example of 4-axis machinery, making the documentation(10.06) (20.05)

11. how will it be evaluated
This is the fact that having a rotary attachment on a laser cutter or a fourth axis on the CNC router is a great advantage. This feature allows us to obtain the workpiece from almost all sides with high presicion. Moreover modern CAM systems make the process of Mill-Turn machining relatively easy. Some Labs were more lucky to have Roland MDX-40 with the 4th axis, some Labs have serious equipment such as 5 axis machining centre with industrial machinery centres (CBA, MIT). In Fab Lab Polytech there are 5 CNC routers but all of them offers 3 axis CNC handling capable for 2.5D operations, therefore I decided to do such project. This project may seem rather common but I believe that it will be very useful for our Lab and maybe even will boost the project activity, because really a lot of people ask me about the possibility of 4-axis machining. The evaluation process is rather easy - I have to make an example of 4-axis machinery and show that it is convinient attachment to use.

Создание продукта

На этой неделе необходимо рассмотреть все стадии реализации проекта, отвечая на поставленные вопросы:
1. какие функции у продукта?
2. что уже было сделано?
3. какие материалы потребуются?
4. откуда взять компоненты?
5. сколько это будет стоить?
6. какие части будут изготовлены?
7. какие технологии будут использоваться?
8. какие задачи нужно решить?
9. на какие вопросы необходимо ответить?
10. каково расписание выполения проекта?
11. как продукт будет оцениваться?

1. какие функции у продукта
Мой финальный проект- поворотная ось для трехкоординатного фрезерного станка K2CNC американского производителя, который отошел от дел несколько лет назад, но железо ЧПУ позволяет установить на станок четвертую ось. Четвертая ось позволит производить обработку почти со всех сторон с высокой точностью и будет крайне полезна без сомнения.

2. то уже было сделано
Я обнаружил, что был реализован подобный проект в ходе недели по дизайну и производству станков на Фабакадемии 2015. Однако, этот станок был сделан с нуля, и применять станок планировать для других целей.

3. какие материалы потребуются
Четвертая ось должна быть жесткой, но не очень тяжелой, поэтому для ее изготовления я буду использовать алюминий. Более того, для механической части проекта мне понадобится алюминиевыйй вал, трехкулачковый патрон, 2 шкива, ремень и 2 подшипника, а также крепеж. По части электроники мне будут нужны шаговый двигатель Nema23, драйвер шагового двигателя (с A4953), проводка и источник питания.

4. откуда взять компоненты
Наиболее важные детали поворотной оси я постараюсь сделать сам, хотя в любом случае мне придется покупать патрон, подшипники и шаговый двигатель. Все нужные запчасти я смогу купить в местных магазинах, однако, будет дешевле и лучше заказать их заранее на AliExpress. Алюминиевый каркас я отфрезерую, а алюминиевый вал выточу на токарном станке. Драйвер шагового двигателя я спроектирую и изготовлю самостоятельно.

5. сколько это будет стоить
Я собираюсь потратит на свой финальный проект не более 100$. Тем более, у меня уже есть шаговый двигатель, шкивы и ремень.

6. какие части будут изготовлены
В проекте 2 направления: механика и электроника. Механическая часть включает фрезеровку алюминиевого каркаса, сборку всех частей, установку ременной передачи и вала. Электроника включает производство драйвера шагового двигателя (ШД), соединение драйвера с двигателем и ЧПУ-контроллером, проверка и настройка сигналов.

7. какие технологии будут использоваться, 8.какие задачи нужно решить and 9. на какие вопросы необходимо ответить
Есть несколько задач при реализации моего проекта. Во-первых, мне будет необходимо обработать алюминиевый вал на токарном станке, для меня это будет новый опыт. Во-вторых, я буду должен убедиться, что момента вращения ШД будет достаточно для нормальной работы поворотной оси. Самой большой задачей для меня является выяснить, можно ли будет подключит драйвер ШД к ЧПУ-контроллеру, потому что я допускаю, что там будет сделана защита от кастомизации.

10. каково расписание выполения проекта
Сделать список материалов, проектирование конструкции поворотной оси с учетом технических характеристик K2 CNC (20.05)
Изготовление каркаса и вала, первая сборка (25.05)
Проверка ЧПУ-контроллера на работоспособность четвертой оси с покупным драйвером (27.05)
Завершение сборки механической части и тестирование (02.06)
Проектирование и изготовление драйвера ШД, подлкючение ШД(06.06)
Тестирование электроники с ЧПУ-контроллером, настройка mach3, тестирование поворотной оси(08.06)
Финальная сборка и тест, изготовление примера 4х осевой обработки, документирование проекта (10.06)

11.как продукт будет оцениваться
Все понимают, что наличие четвертой оси у лазеного или фрезерного станка дает дополнительные производственные возможности и упрощает обработку в некоторых случаях. Возможность производить обработку со всем сторон с высокой точностью безусловно является огромным преимуществом. Более того существуют современные CAM-системы, которые позволяют относительно просто готовить программы для токарно-фрезерных операций. Некоторым Фаблабом посчастливилось иметь Roland MDX-40 с четвертой осью, в некоторым лабораториях стоит более серьезное оборудование, например 5-ти координатный фрезерный обрабатывающий центр промышленного уровня (CBA, MIT). В Фаблаб Политех целых 5 фрезерных ЧПУ станков, но все они 3х координатные, это значит, что они могут справиться только с 2.5 операциями. Поэтому я решил улучшить один из станков, добавив к нему четвертую поворотную ось. Я выбрал K2 CNC (USA), в нем установлен контроллер Mach3, в котором предусмотрен разъем для подключения четвертой оси. Данный проект может показаться довольно обыденным, однако, я верю, что он будет очень полезен для нашей лаборатории и, возможно, даже активизирует проектную деятельность, потому что действительно много людей спрашивают меня про возможность 4-х координатной обработки. Оценку проекта можно легко произвести путем изготовления деталей, требующих четырех-осевой обработки.

Invention, Intellectual Property and Income

Dissemination plan is available on the page of final project!

Интеллектуальная собственность и коммерцализация

План коммерциализации доступен на странице описания финального проекта!

Project Development

The last assignment - Project Development, requires answering a list of questions about final project progress. Now I'll try to answer all those question and in the end I will provide links to poster, video and final project documentation.

-What tasks have been completed, and what tasks remain?
On the step of documenting this assignment I've already made my project and in documentation I pointed at all the tasks. There are mechanical and electronics parts in my project. In mechanical part I have to finish milling and check if construction will work- it will seriously depend on quality of parts obtaining, especially aluminum shaft. On the orher side there is electronic part where I have to finish driver for stepper motor and connect it to breakout board.

-What has worked? What hasn't?
In project documentation you can see that everything is finally working, however, for future use I have to use more powerful chip because now driver becoming extremely hot after about hour of work. Moreover during the processing of mechanical parts I firstly tried to use steel shaft, but then I changed it to aluminum, because I don't need such a high rigidity.

-What questions need to be resolved?
There is still question of implementing my project on other CNC machines. I'll try to find a solution for our 3-axis MCV300 with FANUC (it must support additional axis). In this case I must make all parts out of still and make all nodes using appropriate components.

-What will happen when?
I was working strictly according to the project schedule (on the final project page)

-What have you learned?
I should say that I really learnt how to design and produce PCBs, how to use the components. I filally fell in love with milling FR1, because now it seems better and faster than etching.

Links to my Final Project:
Here is the link to my final Poster presentation.
Here is the link to my final Video presentation.
The link to my final project documentation is in the main menu of my page.

Развитие проекта

4th axis on CNC router

Brief description

This is the fact that having a rotary attachment on a laser cutter or a fourth axis on the CNC router is a great advantage. This feature allows us to obtain the workpiece from almost all sides with high presicion. Moreover modern CAM systems make the process of Mill-Turn machining relatively easy. Some Labs were more lucky to have Roland MDX-40 with the 4th axis, some Labs have serious equipment such as 5 axis machining centre with industrial CNC (CBA, MIT). In Fab Lab Polytech there are 5 CNC routers but all of them offers 3 axis CNC handling capable for 2.5D operations. Therefore I decided to improve one of our machnine adding the 4th axis to it. I've chosen K2 CNC (USA), it has Mach3 controller ready to be upgraded to the 4th axis. This project may seem rather common but I believe that it will be very useful for our Lab and maybe even will boost the project activity, because really a lot of people ask me about the possibility of 4-axis machining.
Precessors

I've found that there was similar project during machine design week of Fab Academy 2015. However that machine was made from scratch and the purpose of use of that CNC was different. There are plenty of similar projects on AliExpress and Ebay. I am sure that I can do the same or even better. Moreover it will be easier to replace parts if something will break.

Materials and components

4-axis frame must be rigid but not very heavy that is why I will use aluminium. Moreover for mechanical part I will need a aluminium shaft, 3-jaw chuck, 2 pulleys, 2 bearings, belt and screws. For electronics in my projects I will need step motor Nema23, stepper motor driver (with A4953), wiring and a source of power.

Dissemination plan

1. Make first prototype of the project and make a good documentation.
2. Prepare web-page with good description and prices (CC-BY-NC-SA).
3. Connect with different Fab Labs in Russia and with DIY-communities about implementation of the project for their 3-axis machines.
4. Gather feedback and improve the next version of the project. Make an affordable fee.
5. Find partners and scale the project to other labs.

More about the CC-BY-NC-SA license:
CC means Creative Commons type of license. BY means that everyone who use my results should appropriate credit, provide a link to the license, and indicate if changes were made. NC means that the result couldn't be used for commercial purposes. SA means that in case of remix, transform, or build upon the material, everyone must distribute their contributions under the same license as the original (in my case: CC-BY-NC-SA).

Project Schedule

1. Designing the construction of attachment considering K2 CNC technical properties, making the bill of materials (20.05)
2. Machining of the frame and shaft, first assembly (25.05)
3. Checking cnc-controller with purchased driver if the 4-axis is working or not (27.05)
4. Finishing the mechanics assembly and manual testing (02.06)
5. Designing and producing step motor driver, connecting with stepper (06.06)
6. Testing electronics with CNC-controller, tuning mach3, test rotary axis(08.06)
7. Final assembly and testing, making an example of 4-axis machinery, making the documentation(10.06) (20.05)

Documentation

1. CAD
I used Solid Works for creating details and assembly of rotary axis. I measured distance between t-slots of K2 to make fixing holes of construction. Moreover I checked the sizes of my construction so it fits the working area of CNC-router. All mechanics of project was made during CAD week of Fab Academy, since that time I made several changes. For example, firstly I wanted to install timing pulleys from shop, but then I decided to make one of them myself. Here is the final version of CAD (Solid Works 2016).

2.CAM
After designing there were hours of milling. For making all parts of my construction I will use aluminium 10mm and 20mm thick. Milling aluminium is rather pleasant experience if you now how to do this. First of all I've aquired HSS milling bits with 2 or 3 teeths. If you want to obtain aluminium you will need HSS or carbide cutters. For milling aluminium I used 3-axis milling center MCV-300 with FANUC CNC. It is rather serious machnine, I know that not every Fab Lab has such. It has automatic tool change, coolant system and very strong mechanics. I was preparing my G-codes using trial SolidCAM. While milling the feed rate was about 500-700 mm/min, plunge speed 33 mm/min, stepdown - 50% of diameter of tool and the spindle speed was 8000 rpm. That's for MCV300 with HSS milling cutters. If you are going to use cnc-router like Flexicam or Shopbot you should be more careful with feedrates and settings and first try to do slower feeds. Don't forget to use coolant e.g. WD-40. Here are some examples of g-code for pulley (3mm end mill) and jaw-chuck holder (different tools, goes with SolidCAM file). I don't post here all the g-codes because MCV-300 milling machine is rather rare and postprocessor of Fanuc is specific, that's why it will be easier to make own g-codes for your CNC-machine using design files.

I decided to show exact parts, because they are the good example of one more thing we should do before milling. Before spending time and aluminium we must be sure that all parts will fit. On the picture below you see the wooden flat parts, with them you can check if all sizes are ok and the diameters of holes as well as the holes themselfes are correct.

The result of frame milling is on the picture below.

3. Turning operation
Next thing after milling is turning operation to make shaft. The wider segment is 20mm diameter and the thiner one is 10.1 mm. I did it using lathe in our Fab Lab.

After manufacturing process I finally figured out the bill of material to make an assembly of the rotary axis construction.

Bill of materials for mechanical part of project:

1. Step motor FL57STH76-1006A - 1pce
2. UCFL 204 bearing - 2pcs
3. Self-centred 3-jaw-chuck - 1pce
4. Timing belt pulley 3GT 20 teeth - 1pcs
5. Timing belt 165-9 - 1pcs
6. Fasteners: 2 screws 12x30mm, 30 screws 4x16mm, 2 nuts 12mm, 4 nuts 4mm, 34 washers 4mm - 1pcs
7. Aluminium 10mm 300x500mm and 20mm 120x120mm - 1pcs

4. Laser cutting
I will have a long wiring of stepper motor going from rotary axis to driver installed in the cnc electronics module. To protect wiring I'll do the cable chain on laser cutter. An example of the design was taken here. For checking and modificating the design I've used Inkscape. I've changed the size of chain to make it out of 4mm plywood. Parts for chain were manufactured on StepDir Laser (80W) with 25 mm/min speed and 55% of power.

Chain turned out to be rather nice and it will naturally protect wiring of stepper from damage and shortcut.

5. Assembly
Now I want to describe little bit a process of assembly of construction. The frame was fixed with 4mm screws, I did a thread in aluminium parts where needed. Bearings with shaft were fixed with 12mm screws and stepper was fixed with 4mm screws. Here I should explane the way I am fixing belt pulley on the shaft of stepper motor, pulley of the the main shaft and the flange for 3 jaw chuck. I did it with the help of hand press. Before pressing pulley on shaft we should firstly check, that the diameter of hole is 0.2-0.3mm smaller than shaft diameter when we are talking about aluminium.

There are no more tips in assembling, you should be just careful and don't forget about safety! The ready assembly of rotary axis you can see below.

6. Electronics
While doing parts for the construction I started thinking about electronics. To make my rotary axis work I should add at least stepper motor driver. To connect the rotary axis to CNC router and make it work with Mach3 (Parallel port) I first have to check if breakout board support the 4 axis. I know in advance that this condition is fulfilled. However to ensure that the 4 axis pins are active I used oscilloscope to figure out what pins of the breakboard comply with STEP, DIR and ENABLE signals.

It was not difficult to correspond shapes of output signals of LPT port with the shapes on the picture below to understand where which pins I have.

Finally I checked with a purchased cheap step motor driver if I will be able to control my step motor with Mach3. It worked well- you can see it on GIFs below.

The knowledge that I don't have any problematic issues with connection for my stepper motor and mach3 gave me an opportunity to start designing the driver for stepper motor that will have GND, ENABLE, STEP and DIR on input. My design is based on this DIY Stepper Controller, which is working on L297 and L298 with little bit different scheme and components. For designing the PCB I used Sprint Layout.

I designed the PCB for milling with 0.4 mm end mill and FR 1 textolite, the NC-program was made in Fabmodules. You can download .Sprint layout files and g-code here.

Bill of components for stepper driver:

1. B41121 SMD 10 μF Capacitor - 2pcs
2. L78M05ABDT-TR Regulator - 1pce
3. HER203 Diod - 8pcs
4. L297D SO20 Controller - 1pce
5. L298P SO20 Bridge - 1pce
6. SMD1206 0 Ohm Resistor - 2pcs
7. SMD1206 1 KOhm Resistor - 1pce
8. SMD1206 11 KOhm Resistor - 1pce
9. 0.1 μF Capacitor - 1pcs

I have an improved, redesigned version of my driver, the desciption is in Output devices page:

10. Some wires

FYI. I inserted links for one of the most popular electronics vendors in Russia. However, it is better to order components in advance in cheaper places.

While soldering PCB I've found some mistakes and absence of several important tracks, that is why I have few jumpers on my board. The link with the PCB design includes fixed layout.

7. Connecting rotary axis to CNC-router

After good check I decided to test driver with small stepper NEMA17 and Arduino. The potencial problem I've noticed that L298 is heating to much when working with more than 1.5A. So for long time of milling it will be necessary to install additional cooler. A better idea is to redesign the PCB in future considering 2 L298 or even more.

Before installing the driver to CNC-router I tried it with Arduino as well and noticed the problem with heating too, but still driver of stepper motor for rotary axis is working and ready to use.

Before connecting driver to breakout board of K2CNC I prepared Mach3 . In this program we first need activate and tune the axis. A good manual for operating Mach3 is here . Then I connected wiring of stepper with the cnc according to scheme (which I received from oscilloscope) - on the picture below.

8. Conclusion
The result of my project is on the pictures and videos below. For future usage of the 4-axis it will be great to update the stepper driver with more powerful one and get some knowledge of mill-turn operations and exatly about how to do g-codes in CAM. All needed files and sources for making this project from skretch are in description text.

Final Project slide

Final Project Video

Четвертая поворотная ось для фрезерного станка с ЧПУ

Все понимают, что наличие четвертой оси у лазеного или фрезерного станка дает дополнительные производственные возможности и упрощает обработку в некоторых случаях. Возможность производить обработку со всем сторон с высокой точностью безусловно является огромным преимуществом. Более того существуют современные CAM-системы, которые позволяют относительно просто готовить программы для токарно-фрезерных операций. Некоторым Фаблабом посчастливилось иметь Roland MDX-40 с четвертой осью, в некоторым лабораториях стоит более серьезное оборудование, например 5-ти координатный фрезерный обрабатывающий центр промышленного уровня (CBA, MIT). В Фаблаб Политех целых 5 фрезерных ЧПУ станков, но все они 3х координатные, это значит, что они могут справиться только с 2.5 операциями. Поэтому я решил улучшить один из станков, добавив к нему четвертую поворотную ось. Я выбрал K2 CNC (USA), в нем установлен контроллер Mach3, в котором предусмотрен разъем для подключения четвертой оси. Данный проект может показаться довольно обыденным, однако, я верю, что он будет очень полезен для нашей лаборатории и, возможно, даже активизирует проектную деятельность, потому что действительно много людей спрашивают меня про возможность 4-х координатной обработки.
Глобальный план:
1. Разработать и сделать подходящий драйвер шагового двигателя, подходящий к Mach3;
2. Разработать и сделать конструкцию четвертой оси с учетом технических характеристик K2 CNC;
3. Сделать зубчатую передачу между шаговым двигателем и валом трех-кулачкового патрона;
4. Настроить ось в Mach3;
5. Сделать все правильно и чисто.

Обновление от 02.05.2016
Если вы хотите посмотреть и скачать мою сборку, обратитесь к заданию 2-ой недели.

Weekly Assignments

Еженедельные задания

About

Об авторе