TC MARMARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL

T.C.
MARMARA ÜNİVERSİTESİ
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ
KOMİSYON BAŞKANLIĞI
Bilim Alanı
FEN BİLİMLERİ
Proje No
FEN-YYP-250405-01041
DESIGN OF RAPID PROTOTYPING MACHINE FOR FDM TECHNOLOGY
PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ
Yrd. Doç. Dr. Bülent Ekici
(
Mühendislik Fakültesi)
YARDIMCI ARAŞTIRICILAR
...........................................................................................(.....................................Fakültesi)
...........................................................................................(.....................................Fakültesi)
...........................................................................................(.....................................Fakültesi)
İstanbul - 2007
T.C.
MARMARA ÜNİVERSİTESİ
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ
KOMİSYON BAŞKANLIĞI
Bilim Alanı
FEN BİLİMLERİ
Proje No
FEN-YYP-250405-01041
DESIGN OF RAPID PROTOTYPING MACHINE FOR FDM TECHNOLOGY
PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ
Yrd. Doç. Dr. Bülent Ekici
(
Mühendislik Fakültesi)
YARDIMCI ARAŞTIRICILAR
...........................................................................................(.....................................Fakültesi)
...........................................................................................(.....................................Fakültesi)
...........................................................................................(.....................................Fakültesi)
İstanbul - 2007
İÇİNDEKİLER
ŞEKİL LİSTESİ .........................................................................................................ii
TABLO LİSTESİ .......................................................................................................ii
ÖZET........................................................................................................................... 1
ABSTRACT ................................................................................................................ 2
GİRİŞ........................................................................................................................... 3
DENEL BÖLÜM (YÖNTEM) .................................................................................. 3
FDM Teknolojisi: ................................................................................................... 3
Hızlı Prototip Sistemi Tasarımı Ve Üretimi......................................................... 5
Adım Motor, Sürücü Ve Paralel Port Arabirimi ................................................ 7
PIC Devresinin Programlanması .......................................................................... 7
Güç Kaynağı Ünitesi .............................................................................................. 8
Yazılım..................................................................................................................... 8
Mekanik Parçalar ve Montajı ............................................................................... 9
SONUÇLAR VE TARTIŞMA ................................................................................ 14
BULGULAR VE YORUM ...................................................................................... 17
REFERANSLAR...................................................................................................... 18
EKLER...................................................................................................................... 19
Sürücüler ve Paralel Port Arabirimi için parça listeleri. ................................. 19
Arabirim ve Motor Sürücülerinin Şemaları ...................................................... 20
PIC Devrelerine Yüklenen ASM Kodu .............................................................. 22
Bilyeli Mil Somunu Çizimi................................................................................... 26
Lineer Kızak Çizimi ............................................................................................. 26
i
ŞEKİL LİSTESİ
Şekil 1 FDM Çalışma Prensibi................................................................................................... 4
Şekil 2 Kasanın CAD programıyla yapılmış genel görünümü................................................... 6
Şekil 3 PIC Programlayıcı ve PIC16F628A............................................................................... 7
Şekil 4 Güç Kaynağı Şeması ...................................................................................................... 8
Şekil 5 TurboCNC yazılımı........................................................................................................ 8
Şekil 6 CAD programıyla yapılmış tasarım. .............................................................................. 9
Şekil 7 Test sırasında çekilmiş bir resim.................................................................................... 9
Şekil 8 Y ekseni elemanlarını gösteren üst görünüş. ............................................................... 10
Şekil 9 X ve Z elemanlarını gösteren yan görünüş. ................................................................. 10
Şekil 10 Y ekseni elemanlarının görünüşü............................................................................... 11
Şekil 11 X ve Z ekseni elemanlarının görünüşü. ..................................................................... 12
Şekil 12 Montajın patlamış görüntüsü. .................................................................................... 13
Şekil 13 X ekseni motor ve bilyeli mil bağlantısı. ................................................................... 14
Şekil 14 Y ekseni adım motor ve bilyeli mil bağlantısı. .......................................................... 15
Şekil 15 X ekseni için vidalı mil montajı................................................................................. 15
Şekil 16 Test Çizimi................................................................................................................. 16
Şekil 17 Test Çizimi................................................................................................................. 16
Şekil 18 Bilyeli Mil Somunu.................................................................................................... 26
Şekil 19 HGW 20 Lineer Kızak ............................................................................................... 26
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Adım Motor Parametreleri............................................................................................ 7
Tablo 2 Hassas kontrol elemanları. .......................................................................................... 12
Tablo 3 Hassasiyet Tablosu...................................................................................................... 13
ii
ÖZET
Bu projenin amacı hızlı prototipleme teknolojisini, avantajlarını, hızlı prototipleme
(HP) makinelerinin teknolojisini, HP makinelerinin kontrolünü açıklamak ve FDM tipi bir
hızlı prototipleme makinesin tasarımı ve üretimini yapmaktır.
HP teknolojisi hakkında genel bilgiler açık bir şekilde açıklandı ve HP teknikleri
detaylı bir şekilde şematik çizimler kullanılarak tanımlandı. Her tekniğin önemli noktaları
listelendi ve avantaj-dezavantajlarından bahsedildi.
Tasarlanan makine nümerik olarak kontrol edilmeliydi. Kafanın X,Y ve Z yönlerinde
hareket etmesi için 3 hareket kaynağına ihtiyaç vardır. Step motorlar uygun fiyatları ve isabet
oranları münasebetiyle hareket kaynağı olarak seçildi. Nümerik kontrol temelleri ve step
motorlarla ilgili temel bilgiler üretime başlamadan önce açık bir şekilde anlatıldı.
Step motorların hareket kaynağı olarak seçilmesinden sonra, bu motorların sürücü
birimleri yapıldı. Bu sürücülerin aynı zamanda bilgisayar ile bağlantıya geçmesi gerekir.
Bunu sağlayabilmek için, paralel port ara yüzü üretildi. Step motorlar direk akıma(DA)
ihtiyaç duyarlar. Bu akımı sağlayabilmek için yüksek dereceli güç kaynağı ünitesi yapıldı.
Kontrolör ünitenin ve güç kaynağının bir kasaya montajından sonra, TUBOCNC programı
yön ve step miktarı için gerekli sinyalleri üretmekte kullanıldı.
Elektrik ve elektronik işlerinden sonra, FDM makinesinin şasesi çelik profiller ve sac
metal kullanılarak üretildi. Çelik profiller ve sac metaller lineer kızaklara ve vidalı millere
gerekli kaideyi oluşturmaları için birbirine kaynaklandılar. Şasenin imalatından sonra, lineer
kızaklar ve vidalı miller gerekli yardımcı parçalar ile birlikte şaseye monte edildiler. 3
dairesel hareket vidalı mil ve lineer kızaklar kullanılarak lineer harekete dönüştürüldü. Aynı
zamanda rezistanslar da sac metal gövdeye tutturuldu ve gövde özel bir seramik fiber yalıtım
malzemesiyle kaplandı. Mekanik montajın tamamlanmasından sonra step motorlar ve
sürücüler makineye eklendi.
1
ABSTRACT
The aim of this project is to explain the rapid prototyping technology, advantages,
technology of rapid prototyping (RP) machines, control of RP machines and design and
produce a FDM type rapid prototyping machine.
General information about RP technology is explained clearly, and RP techniques are
described in detail with figures. Highlights of each technique listed and advantagesdisadvantages are mentioned.
The designed machine has to be numerically controlled. For the movement of head at
X, Y and Z direction three motion sources are needed. Stepper motors are chosen as motion
source because of their suitable cost and accuracy range. Numerical control principles and
basic information about stepper motors are explained clearly before starting to produce the
machine.
After the decision of stepper motors as motion source, driver units of these motors
were built. Also these drivers need to communicate with the computer. In order to achieve
this, parallel port interface card was produced. Stepper motors need direct current (DC) to
supply the direct current high rating power supply unit (PSU) was built. After the installation
of controller units and power unit to a case, TURBOCNC program was used to generate
signals for direction and step amount from parallel port.
Afterwards electric and electronic works, the chassis of the FDM machine is built
using steel profiles and sheet metal. Steel profiles are welded to each other in order to obtain
the required base for the linear guideways and ballscrews. After production of the chassis,
linear guideways and ballscrews are assembled to the chassis. Three rotary motions converted
to linear motion by using ballscrews and linear guideways. Also resistances are mounted to
the sheet metal body. And the body is covered with a special ceramic fiber isolation element.
After completion of the mechanical assembly step motors and drivers are added to the
machine.
2
GİRİŞ
FDM teknolojisi Hızlı Prototipleme tekniklerinden tabaka tabaka yığma tekniğini
kullanır. Karmaşık şekillerde normal üretim zamanını %30-%50 azaltmasından dolayı önemi
büyüktür[1]. 1986 yılında stereolithography olarak bilinen hızlı prototipleme cihazının
duyurulmasıyla, dünya çapında HP makineleri olarak yeni sistemler yapılmaya başlandı ve
pazara sürüldü[2]. Hızlı Prototipleme tekniklerinden biri olan FDM modeli aşağıdan yukarıya
ABS gibi plastik malzemeleri yarı erimiş halde katman katman dökerek üretir[3]. Yüksek
verimlilik ve güvenilirliğe ulaşmak için kafanın hareketinin mikrometre hassasiyetinde
kontrol edilmesi gerekir[4]. FDM cihazlarında kafanın hareket ettirilmesi için nümerik kontrol
kullanılır. Bilgisayarda çizilmiş modelden kafanın hareket edeceği yol çıkartılır ve yolların
bulunduğu dosya makine üzerindeki kontrol kartına gönderilir. FDM tekniğini kullanan hızlı
prototipleme cihazı, kafa ünitesi, kafayı hareket ettirmek üzere yapılmış mekanik sistem,
nümerik kontrol sistemi, sıcaklık kontrol sistemi ve kasadan oluşmaktadır.
Günümüzde Türkiye hızlı prototipleme sistemlerinde ve bunların sarf malzemelerinde
sadece ihracatçı olarak bulunmaktadır. Bu projenin amacı FDM tekniğini kullanan hızlı
prototip cihazının dizaynını yapmak ve Türkiye’de üretimini gerçekleştirmektir.
DENEL BÖLÜM (YÖNTEM)
FDM Teknolojisi:
FDM teknolojisi stereolithography tekniğinden sonra en çok kullanılan hızlı
prototipleme teknolojisidir. Yaklaşık 0.15mm kalınlığındaki ABS plastikten üretilmiş tel
sarılmış şekilde depolanır(A) ve açılarak ekstrüzyon kafasına(B) gönderilir. Ekstrüzyon kafası
da yatay ve dikey olarak hareket edebilen bir tablaya (C) bağlanmıştır.
Tabla (D) üzerinde istenilen geometride hareket ettirilen ekstrüzyon kafası ABS teli
eritir ve ince tabakalar halinde yığarak katmanları oluşturur. Plastik eritici kafadan akar
akmaz sertleşerek bir alt katmana bağlanır. Tüm system plastik telin erime sıcaklığının hemen
alt seviyesinde tutulur. Bu sayede az miktarda ısı enerjisi ile ekstrüzyon kafası plastiği
eritmesi sağlanır. Bu işlem yöntemin daha kontrollü olmasını sağlar.
3
Şekil 1 FDM Çalışma Prensibi
Yapı malzemesi erime sıcaklığından 0.5°C fazla ısıtılarak ekstrüzyon kafasından
çıktıktan 0.1 sn sonra soğuyup alt katmanlara yapışması sağlanır. Burada sağlanması gereken
faktörler kafanın sabit hızda hareketi ve malzemenin ekstrüzyon hızıdır. Ayrıca askıdaki parçalar
içinde bir dolgu malzemesi kullanılması gerekmektedir. En son FDM sistemleri yapı ve destek
malzemesi ne ait iki adet kafa kullanır. [6,7,8]
Bu sistemin avantajı masa üstü prototip makinesi olarak görülmesidir. Kullandığı
malzemelerin ucuz olması, zehirli olmaması, kokusuz olması ve çevreyi kirletmemesi küçük
dizayn ofislerinde yaygın olarak kullanılabilir yapmaktadır. Çeşitli renklerde ve malzemelerde yapı
maddesinin olması da avantajlarından birisidir.
Dezavantaj olarak malzeme yüzeyi SL tekniğindeki kadar düzgün değildir.
Destek malzemeleri askıdaki bölümleri taşıyabilecek şekilde üretilmeli ve aynı zamanda
parça tamamlandıktan sonra kolay bir şekilde ayrılacak şekilde üretilmiştir.
4
Hızlı Prototip Sistemi Tasarımı Ve Üretimi
Hızlı prototipleme cihazı tasarım prosedüründe ilk basamak prototipleme metodunu
seçmektir. Lazer ışını, photosensitive madde ya da sadece mekanik özellikleri kullanan çok
sayıda hızlı prototipleme teknikleri vardır. Burada başarımı arttırmak üzere mekanik
özellikleri daha çok kullanan FDM tekniği seçildi.
FDM hızlı prototip cihazını dizayn ederken içermesi gereken önemli özellikler vardır.
Bunları şöyle özetleyebiliriz. X,Y ve Z ekseni olmak üzere 3 eksende hareket vardır ve
mekanik hareketin hassas ve insan hatasını minimuma indirmesi gerekmektedir. Bu özelliği
sağlamak amacıyla bilgisayarlı nümerik kontrol yöntemi gerçekleştirildi. Kontrolcü ve sinyal
üretici olarak bir PC kullanıldı. Bilgisayarın Paralel Port bağlantı noktası kullanılarak üretilen
sinyaller motor sürücülerine gönderilmek üzere öncelikle bir arabirim kartına buradan da X,Y
ve Z eksenlerini hareket ettiren motor sürücülerine gönderildi. Eksenlerde hareketi sağlamak
için DC motor, adım motor, servo motor, doğrusal yada düzlemsel motorlar kullanılabilir.
Ancak adım motorların uygun fiyatı ve uygun hassasiyet düzeyinde olması nedeniyle adım
motor kullanılması kararlaştırıldı.
Gerekli olan mekanik parçaların montajı için kasanın tasarımı yapıldı. Kasa
dizaynında maliyeti minimum seviyede tutmak için 5 mm’lik sac ve L profiller kaynaklanıp
birleştirildi. Profesyonel bir çalışmada sigma profil kullanılması daha uygun olur. Sigma
profil alüminyumdan yapılmasından dolayı hafiftir aynı zamanda geometrik şekli nedeniyle
dayanıklılığı arttırılmıştır. Sigma profillere özel bağlantı elemanları da montaj sürecini daha
kolay hale getirmektedir.
5
Şekil 2 Kasanın CAD programıyla yapılmış genel görünümü.
Kasanın tasarımından ve motor seçiminden sonra motorlar için gerekli olan motor
sürücüleri yapıldı. Ayrıca bilgisayar ile bağlantıyı sağlamak üzere paralel port arabirim kartı
üretildi. Kullanılan step motorlar doğru akıma ihtiyaç duyduğundan bir güç kaynağı
hazırlandı. Tüm bunlar içinde bir bilgisayar kasası kullanılarak montajı gerçekleştirildi. G
kodlarına göre bilgisayarın sinyal oluşturması için TURBOCNC programı ücretsiz ve
kullanımı basit olduğundan dolayı kullanıldı. Program her motor için gerekli olan yön ve
adım sayısını paralel port aracılığı ile motor sürücülerine aktardı.
Elektrik ve elektronik işlerin tamamlanması sonucu motorların çalıştığı görüldü. Bir
sonraki aşama olarak bu motorların kafayı 3 eksende de hareket ettirmesi gerekmektedir.
Bunun için dönel bir hareketi lineer bir harekete çeviren vidalı mil ve ray sistemi kullanıldı.
FDM cihazlarında modelin yapıldığı ortamın sıcaklığı belirli bir sıcaklıkta olması
gerekmektedir. Bunu sağlamak üzere kasa gövdesi seramik fiber yalıtım malzemesi ile
kaplandı ayrıca kasa etrafına da rezistans yerleştirildi.
6
Adım Motor, Sürücü Ve Paralel Port Arabirimi
Adım motor olarak Minebea-Matsushita Motor firmasının 23KM-C723-13V model
numaralı motorları seçildi. Aşağıda motorun özellikleri bulunmaktadır.
Tablo 1 Adım Motor Parametreleri
Adım Açısı
1.8 Derece
Sürücü Sırası
Çalışma Akımı
Tutma Torku
Bi-Polar
2 Amper
1.2 Nm
3 eksen için 3 adet adım motor sürücüsü üretildi. Her bir sürücü ikişer adet
LMD18245T motor sürücü entegresi içermektedir ve maksimum olarak 3 amper 55 Volt tepe
değerine sahiptir. Sürücü girişi olarak paralel port arabirim kartından gelen yön ve adım
sinyali kullanılır.
PIC Devresinin Programlanması
PIC16F628A entegre devresini programlamak üzere seri port kullanan bir PIC
programlayıcı kart kullanıldı. Microchip firmasının MPLAB derleyicisi ile ASM kodu (bkz.
Ekler) derlenip hex dosyası oluşturuldu. IC-Prog 1.05d program yardımıyla oluşturulan hex
dosyası entegre devrelere yüklendi. Yüklenen program mikro-adım için yazılmıştır ve adım
miktarını 8 kat arttırarak 1600adım/tur’a çıkarmaktadır. Bu sayede hassasiyet 8 kat
artmaktadır.
Şekil 3 PIC Programlayıcı ve PIC16F628A
7
Güç Kaynağı Ünitesi
425 VA trafo, köprü diyot ve kondansatör şemadaki gibi bağlanıp bir güç kaynağı
yapıldı.
Şekil 4 Güç Kaynağı Şeması
Yazılım
Kontrol yazılımı olarak TURBOCNC program kullanıldı. Bu program G ve M kodlarını
okuyup adım motorlar için gereken sinyale direct olarak çevirme özelliğine sahiptir.
Şekil 5 TurboCNC yazılımı
8
Mekanik Parçalar ve Montajı
Mekanik
tasarımdaki
ilk
aşama
makinenin
çalışma
alanının
ve
hacminin
kararlaştırılmasıdır. Genel olarak FDM cihazlarının çalışma alanı 254x254x254 mm dir. Fakat
daha büyük prototiplerin yapılabilmesi için çalışma alanı 800x800x600mm olarak tasarlandı.
5 mm kalınlıktaki sac makine kasasının üretimi için kullanıldı. Gereken platformu
oluşturmak için saclar kaynak ve vidalar yardımıyla birleştirildi. CAD programıyla yapılmış
resim aşağıda görüldüğü gibidir.
Şekil 6 CAD programıyla yapılmış tasarım.
Şekil 7 Test sırasında çekilmiş bir resim.
9
Hassas bir hareket kontrolü için doğrusal kızaklar ve vidalı miler figürdeki gibi
montajı yapılmıştır.
Lineer
Kızaklar-
Vidalı Mil Y
Adım
Motor Y
Şekil 8 Y ekseni elemanlarını gösteren üst görünüş.
Vidalı
Mil Z
Vidalı
Mil X
Adım
Motor
Lineer
Kızak
Adım
Motor
Şekil 9 X ve Z elemanlarını gösteren yan görünüş.
10
Sistemde HIWIN-HGW20C CZAH model lineer kızaklar kullanıldı. Her bir kızak
2000 kg yükü hassas bir şekilde taşıma kapasitesine sahiptir. Vidalı miller 20 mm çapa ve 5
mm hatve ye sahiptir.
Lineer kızakların ve vidalı millerin montajından sonraki makinenin kesit görüntüleri
şu şekilde tasarlanmıştır.
Şekil 10 Y ekseni elemanlarının görünüşü
11
Şekil 11 X ve Z ekseni elemanlarının görünüşü.
Her eksen için kullanılan parçaların listesi aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Tablo 2 Hassas kontrol elemanları.
EKSEN LINEER KIZAK VİDALI MİL ADIM MOTOR KASNAK
X
1
1
1
1
Y
2
1
1
1
Z
2
1
1
1
12
Y-Ekseni
X-Ekseni
Z-Ekseni
Şekil 12 Montajın patlamış görüntüsü.
Vidalı millerin, adım motorların ve kasnakların özellikleri harektin hassasiyetini direct
olarak etkilemektedir. Teorik olarak hassasiyet hesabı aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Tablo 3 Hassasiyet Tablosu
Adım/Tur
Full-Step
Half-Step
1/4 Step
1/8 Step
200
400
800
1600
Vidalı Mil
Hatve (mm)
5
5
5
5
Kasnak
Oranı
3,66
3,66
3,66
3,66
Hassasiyet
(mm)
0,00683
0,00341
0,00170
0,0000853
Hassasiyet
(Micron)
6,83
3,41
1,70
0,853
Sistem ağır bir yük taşımadığından seçilen step motorların torque yeterli olmuştur.
Ancak daha hızlı bir system için step motor ve sürücülerinin değiştirilmesi gerekmektedir.
13
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Bu projede geleceğin üretim tekniklerinden Hızlı Prototipleme incelenmiş HP
teknolojisi ve teknikleri, sayısal kontrol yöntemleri, step motorlar, bilyeli vidalar ve doğrusal
yataklar açıklanmıştır.
Mekanik parçaların tasarımı CAD yazılımı ile yapılmıştır. Şasi mekanik parçalar için
yeterli desteği sağlayacak şekilde tasarlanmış ve üretilmiştir. 5 mm kalınlıktaki çelik
levhaların birbirine monte edilmesinde kaynak ve vidalama yöntemleri kullanılmıştır.
Makinenin dış boyutları 1400x1400x2000mm, hareketli çalışan kısmı ise 800x800x600
mm’dir. Makinenin iç yüzeyleri üretimde uygun olan iç sıcaklığın korunması amacıyla
yalıtım malzemesi ile kaplanmış, makineye 3x400 Watt gücündeki rezistanslar monte edilmek
suretiyle sıcaklık kontrol sistemi tasarlanmıştır. Kolay ve kesin hareketin sağlanması amacıyla
uygun doğrusal yataklar ve bilyeli vidalar seçilerek şasiye monte edilmiştir. Motor sürücüleri
güvenilir açık kaynak sürücü devre şemalarından faydalanılarak üretilmiştir. Step motorlar
şasiye monte edilmiş ve bilyeli vidalara gerekli bağlantıları yapılmıştır.
Bilgisayara bağlantı paralel portlardan ve arabirim kartlardan sağlanmıştır. Bu
bağlantılar yapıldıktan sonra sistem test edilmiştir. Test sırasında çekilmiş resimler aşağıdadır.
Şekil 13 X ekseni motor ve bilyeli mil bağlantısı.
14
Şekil 14 Y ekseni adım motor ve bilyeli mil bağlantısı.
Şekil 15 X ekseni için vidalı mil montajı
15
Şekil 16 Test Çizimi
Şekil 17 Test Çizimi
16
BULGULAR VE YORUM
Projenin sonucunda, hızlı prototipleme teknolojileri ve teknikleri, nümerik kontrol
esasları, adım motorlar, vidalı miller ve lineer kızaklar hakkında bilgiler açıklanmıştır.
Cihaz için gereken kasa üretimi yapılmış olup sıcaklık kontrolü için yalıtılmıştır.
Rezistanslar gövdeye monte edilip sıcaklık kontrol sistemi tasarlanmıştır. Mekanik parçaların
montajı yapılıp kasaya yerleştirilmiştir. Bunun yanında elektrikli ve elektronik parçalar
üretilip kasaya yerleştirilmiştir.
Sonuç olarak kafa ünitesi proje sırasında üretilemese de 3 eksenli CNC sistem
üretilmiş olup problemsiz bir şekilde çalışmaktadır.
17
REFERANSLAR
[1] K. Thrimurthulu , Pulak M. Pandey , N. Venkata Reddy, Optimum part deposition
orientation in fused deposition modeling, International Journal of Machine Tools &
Manufacture 44(2004) 585–594
[2] P.F. Jacobs, Stereolithography and other RP&M Technologies: from Rapid Prototyping to
Rapid Tooling, SME, Dearbon, MI, 1995. ISBN 0-87263-467-1.
[3] B.H. Lee, J. Abdullah, Z.A. Khan, Optimization of rapid prototyping parameters for
production of flexible ABS object, Journal of Materials Processing Technology 169 (2005)
54–61
[4] J.M. Rieber, D.G. Taylor, Integrated control system and mechanical design of a compliant
two-axes mechanism, Mechatronics 14 (2004) 1069–1087
[5] D.T. Pham, R.S. Gault, A comparison of rapid prototyping technologies, Pergamon,
international Journal of Machine Tools & Manufacture 38 (1998) 1257-1287,
[6] S. Au, P.K. Wright, A comparative study of rapid prototyping technology, Proceedings
ASME Winter Conference, New Orleans, November 1993, vol. 66, pp. 73-82.
[7] Stratasys Inc., Fused deposition modelling for fast, safe plastic models, 12th Annual
Conference on Computer Graphics, Chicago, April 1991, pp. 326-332.
[8] Stratasys Inc., FDM-1650, Stratasys Inc., 14950 Martin Drive, Eden Prairie, Minneapolis
55344-2020, U.S.A., 1996.
[9] ST Application Note – Stepper Motor Driving
http://www.st.com
[10] Geckodrive Inc. – Stepper Motor White Papers
http://www.geckodrive.com
[11] New Japan Radio Co. (JRC) – Stepper Motor Basics
http://www.njr.co.jp
[12] Anaheim Automation – Introduction to Stepper Motor Systems
http://www.anaheimautomation.com
[13] Douglas W. Jones – Control of Stepping Motors
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step
[14] Ö.Bentürk, “Preliminary Design And Control Of A Rapid Prototyping Machine”,
Engineering Project, İstanbul, 2005.
18
EKLER
Sürücüler ve Paralel Port Arabirimi için parça listeleri.
Adım motor sürücüsü için parça listesi.
Paralel Port arabirimi için parça listesi.
Resistors
Resistors
5 x 10K 1/4W (R5, R6, R7, R8, R9)
2 x 20K 1/4W (R1, R3)
5 x 220R 1/4W (R10, R11, R12, R13, R14)
2 x 20K 1/4W (R2, R4)
5 x 10K 1/4W (R1, R2, R3, R4, R5)
Capacitors
2 x 2.2nF MKT (C1, C3)
2 x 500pF Ceramic (C2, C4)
2 x 1uF 100V MKT (C5, C7)
2 x 470uF 63V Electro (C6, C8)
1 x 100uF 16V Electro (C9)
2 x 10nF MKT (C10, C11)
Capacitors
2 x 470uF 63V Electro (C1, C3)
1 x 1uF 100V MKT (C2)
Others
1 x 26 way DIL Header (CONN5)
4 x 10 way DIL Header (CONN1, CONN2, CONN3, CONN4)
4 x 4 way DIL Header (S7 to S14)
1 x LM7805 regulator
7 x 2 way PCB Mount Screw Terminal (S1 to S7)
Semiconductors
5 x 3mm LED (LED1, LED2, LED3, LED4, LED5)
1 x PIC16F628A (U1)
2 x LMD18245 (U2, U3)
Others
1 x 6 pin 0.1" Locking Header (CONN1)
3 x 2 way PCB Mount Screw Terminal (CONN2, M1 x 2)
1 x 10 way DIL Header (CONN3)
1 x 4 way 8 pin DIL Switches (U4)
1 x 20MHz 3 pin resonator (X1)
19
Arabirim ve Motor Sürücülerinin Şemaları
20
21
PIC Devrelerine Yüklenen ASM Kodu
TITLE "PICStep V1.01"
LIST R=DEC
INCLUDE "p16f628a.inc"
__CONFIG _CP_OFF & _WDT_ON & _HS_OSC & _PWRTE_ON & _LVP_OFF & _BOREN_ON &
_MCLRE_OFF
; Registers
CBLOCK 0x020
step
mode
timeout_reg
timeout:2
temp
_w
_status
_fsr
_pclath
ENDC
; Macros
INC16 MACRO DST
incfsz (DST), w
decf
(DST)+1, f
incf
(DST)+1, f
movwf (DST)
iorwf
(DST)+1, w
ENDM
; Mainline Start
org
goto
; Interupt Start
org
Interupt
; Save Current Context
movwf
movf
bcf
bcf
movwf
movf
movwf
movf
movwf
clrf
0
Mainline
4
_w
STATUS, w
STATUS, RP1
STATUS, RP0
_status
FSR, w
_fsr
PCLATH, w
_pclath
PCLATH
; Interrupt service routine
btfsc
INTCON, INTF
call INTB0
btfsc
PIR1, TMR2IF
call TIMEOUT
; Reset Current Context
movf
movwf
movf
movwf
movf
movwf
swapf
swapf
; 16 bit increment macro for use in the timeout routines
; Call INTBO interrupt handler
; Call TIMEOUT interrupt handler
_pclath, w
PCLATH
_fsr, w
FSR
_status, w
STATUS
_w, f
_w, w
retfie
22
INTB0
; Handle interupt on RB0
clrf
clrf
clrf
timeout
timeout+1
timeout_reg
; Advance the index position
movf
mode, w
call
MODE_TABLE
; Reset timeout timer and register
; Load the current mode
; Get the advance value for this mode
movwf
temp
; Store for later
btfss
goto
PORTB, 1
$+4
; Check on the direction pin (RB1)
; If set jump to dec
addwf
movwf
goto
step, w
step
$+3
; Add the current position to the current mode value
; Update step
subwf
movwf
step, w
step
; Subtract the current position to the current mode value
; Update step
32
step, w
STATUS, Z
step
; Check if step has overflowed the edge of the table
movf
sublw
subwf
btfsc
subwf
temp, w
32
step, w
STATUS, C
step, f
; Check if step has under flowed the edge of the table
movf
step, w
; Reload step into w
call
andlw
movwf
STEP_TABLE
B'00001111'
PORTA
; Get the result from the table
; Mask out the upper nibble
; Output the lower nibble to PORTA
step, w
7
STATUS, C
$+4
; Reload step into w
; Check if we're greater than position 7 where B rolls over
movlw
subwf
goto
8
step, w
$+3
; step is > 8 so B has rolled over
; Subtract 8 from step to get stepB
movf
addlw
step,w
24
; step is < 8 so B hasn't rolled over
; Add 24 to step to get stepB
call
STEP_TABLE
; Get the result from the table
movwf
rlf
rlf
andlw
movwf
temp
temp, f
temp, w
B'11111100'
PORTB
; Store the result in a temp register ready for rotation
; Mask out the un-needed bits
; Output to PORTB
bcf
INTCON, INTF
; Clear RB0 Interrupt flag
; Process stepA
movlw
subwf
btfsc
clrf
; Process stepB
movf
sublw
btfsc
goto
return
TIMEOUT
; Handle motor timeout TMR2 interrupt and return ASAP
23
bsf
bcf
timeout_reg, 7
PIR1, TMR2IF
; Set the timeout bit so the count can increment
; Clear TMR2 Interrupt flag
return
PAGE
Mainline
; Initialize Variables
clrf
clrf
clrf
clrf
clrf
clrf
step
mode
temp
timeout
timeout+1
timeout_reg
; Setup I/O ports / Timers / Interrupts
clrf
PORTA
clrf
PORTB
;Initialize PORTA
;Initialize PORTB
movlw
movwf
(1 << CM0) | (1 << CM1) | (1 << CM2)
CMCON
; Turn comparators off and enable pins for I/O
bcf
bsf
STATUS, RP1
STATUS, RP0
movlw
movwf
B'11110000'
TRISA ^ 0x080
;Set RA<0:3> as outputs
movlw
movwf
B'00000011'
TRISB ^ 0x080
;Set RB<2:7> as outputs
movlw
movwf
(1 << INTEDG)
OPTION_REG ^ 0x080
;Setup Interrupt Edge
movlw
movwf
(1 << TMR2IE)
PIE1 ^ 0x080
;Select Bank1
; Enable TMR2 Interrupt
bcf
STATUS, RP0
;Select Bank0
movlw
movwf
B'01111111'
T2CON
; Setup TMR2 1:16 pre and post scalar and enable
movlw
(1 << GIE) | (1 << INTE) | (1 << PEIE)
; Enable global interrupts, perph and RB0 Interrupts
INTCON
movwf
Loop
clrwdt
; Monitor mode switches
btfsc
goto
bsf
goto
bcf
btfsc
goto
bsf
goto
bcf
; Clear the watchdog timer
PORTA, 4
$+3
mode, 0
$+2
mode, 0
PORTA, 5
$+3
mode, 1
$+2
mode, 1
; Motor timeout counter
btfss
timeout_reg, 7
goto
Loop
; Timeout interrupt occured updated counter
bcf
timeout_reg, 7
; Check to see if a timeout interrupt has occurred
; Reset the Interrupt flag
24
INC16
timeout
; Increment timeout value
movwf
btfss
goto
movwf
btfss
goto
timeout
STATUS, Z
Loop
timeout+1
STATUS, Z
Loop
; Test if the timeout value has overflowed
incf
timeout_reg
; Increase the timeout reg
; Check we've been around the 4 times of the 16 bit counter (~5 minutes 45 seconds @ 20MHz)
btfss
goto
; Timeout!
clrf
clrf
goto
timeout_reg, 2
Loop
PORTA
PORTB
; Reset PORTA and PORTB to turn off the motors
; The next INTB0 will awaken them again
Loop
; 1/8 Step Table
STEP_TABLE
addwf
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
retlw
PCL, 1
B'00011111'
B'00011111'
B'00011110'
B'00011101'
B'00011011'
B'00011001'
B'00010110'
B'00010011'
B'00000000'
B'00000011'
B'00000110'
B'00001001'
B'00001011'
B'00001101'
B'00001110'
B'00001111'
B'00101111'
B'00101111'
B'00101110'
B'00101101'
B'00101011'
B'00101001'
B'00100110'
B'00100011'
B'00110000'
B'00110011'
B'00110110'
B'00111001'
B'00111011'
B'00111101'
B'00111110'
B'00111111'
MODE_TABLE
addwf
retlw
retlw
retlw
retlw
PCL, 1
0x001
0x002
0x004
0x008
;1
; 0.98
; 0.92
; 0.83
; 0.70
; 0.55
; 0.38
; 0.19
;0
; 0.19
; 0.38
; 0.55
; 0.70
; 0.83
; 0.92
; 0.98
;1
; 0.98
; 0.92
; 0.83
; 0.70
; 0.55
; 0.38
; 0.19
;0
; 0.19
; 0.38
; 0.55
; 0.70
; 0.83
; 0.92
; 0.98
--- A Start
-- 1/4
-- 1/2
-- 1
-- 1/4
-- 1/4
-- 1/2
-- 1/4
-- 1/4
-- 1/2
-- 1
-- 1/4
-- 1/4
-- 1/2
-- 1/4
-- 1/4
-- 1/2
-- 1
-- 1/4
-- 1/4
-- 1/2
-- 1/4
--- B Start
-- 1/4
-- 1/2
-- 1/4
-- 1/4
-- 1/4
end
25
-- 1/2
-- 1
Bilyeli Mil Somunu Çizimi
Şekil 18 Bilyeli Mil Somunu
Lineer Kızak Çizimi
Şekil 19 HGW 20 Lineer Kızak
26