17 Temmuz 2014 Perşembe

Montaj aşamaları, 5. adım: Z asansörünün ve X millerinin montajı

Bu yazımızda printer'ın montajında nispeten zor sayılabilecek bir aşamadan bahsedeceğiz: Z asansörlerini yerlerine yerleştireceğiz. İşin zor olan kısmı, aynı anda birkaç yapının hizasını korumak zorunda olmamız ve bunları yaparken plastik parçalara zarar vermemek için ayrı bir çaba harcamamızın gerekmesi. Her yazıda olduğu gibi, kısa bir özetle nerede olduğumuzu hatırlarsak: Sigma profillerimizi kullanarak yazıcının iskeletini oluşturduk. Bundan sonra Z ve Y millerini monte ettik, Y motorunu profile bağladık ve en son olarak da Z asansörünün ön hazırlığını yaparak (gijonunu monte ederek) Z motorlarını da yerlerine yerleştirdik. Şimdi yapacağımız şey, Z asansörlerini cihazdaki yerlerine yerleştirmek ancak aynı zamanda iki Z asansörünü birbirleri ile iki mil kullanarak bağlayacağız. Bu sayede hem Z asansörlerimiz hazır hale gelecek, hem de X arabasının hareket edeceği yolu hazırlamış olacağız.

Bu aşama için gerekli olan malzemeleri aşağıdaki resimde görebiliriz:


Z asansörlerini ve gijonları bir önceki aşamamızda hazırlamıştık. Onlara ihtiyacımız olacak. Ayrıca X arabasını taşıyacak olan 2 krom mile (ki uzunlukları 335 mm) ve bu millerin üzerinde kayacak olan LMe08UU rulmanlara (toplam 4 adet) ihtiyacımız var (mil ve rulmanlar ile ilgili daha geniş bilgi ilgili konuda mevcut).

Öncelikle Z asansörlerinden birini elimize alıyoruz. Hatırlarsanız asansörün iki yanında rulmanların yerleştirilmesi için yarım ay şeklinde iki boşluk vardı. İşte bu boşlukları, daha önceden monte ettiğimiz Z millerinin üstünde yer alan rulmanlara oturtacağız. Rulmanı yerine kaydırarak oturtmamız gerekiyor, sakın ortasından iterek oturtmaya çalışmayın (ben ilk başta öyle geçeceklerini sanıyordum, ama ABS plastiğin o kadar esneme yeteneği yok. Bu kaydırma hareketi bu aşamanın tehlikeli hareketlerinden biri çünkü çok sıkı geçecek şekilde tasarlanmış. ABS plastiğin büzüşebilme özelliği  göz önünde bulundurulduğunda bu delik olması gerekenden daha da dar olabilir. Elimizdeki serbest rulmanlardan birini kullanarak deliğin biraz genişlemesini sağlayabiliriz. Aşağıdaki resimde bu esnetme manevrasını görüyoruz (resimde kenarda gördüğünüz yuvarlak şekilli leke, yağ lekesi. Rulmanlar paketten çıktıklarından oldukça yağlı halde geliyorlar. O sebeple bir kağıt üstünde çalışmanızı öneririm. Ayrıca rulmanların açıkta çok bekletilmeden yerlerine takılmaları gerekiyor, yoksa tozlanabilirler ve çalışırken gürültü çıkarabilirler).:


Yavaş hareketlerle ve kulağımız parçada olacak şekilde itiyoruz. Çıtırtı sesi duyarsak hemen yavaşlıyoruz. Alıştırma işleminden sonra esas montajı  aşağıdaki resimdeki gibi yapacağız:


Elimden geldikçe azami dikkat göstermeme rağmen, Z asansörlerimden birisinin kenarını maalesef çatlattım:


Yukarıdaki resimde çatlamayı görebilirsiniz. 3 Boyutlu basılı cisimler çatladıkları zaman genellikle yatay bir çatlak hattı oluşuyor. Bunu sebebi baskının yatay tabakaların üst üste binmesi ile oluşması ve bu tabakalar ayrışabilme eğilimindeler. Yukarıda gördüğünüz çatlak oluştuğu zaman bende ciddi moral bozukluğuna yol açmıştı şimdi ne yapacağım diye. Ancak gelin görün ki hiçbir soruna yol açmadı, daha fazla büyümedi ve hala bu şekilde kullanabiliyorum. Aslında yapıştırsam daha iyi olurdu her halde ama bu da idare ediyor. Daha ciddi parça kırıklarında mutlaka tamirat yapmak gerekli ve bu tamirat olayını ayrı bir konu olarak yazmayı planlıyorum.

Z asansörlerinden birini olduğu gibi monte ederken, diğerini monte etmeden önce X millerini yerine yerleştirmemiz gerekiyor. Aşağıda milsiz olarak monte edilen asansörü izliyoruz:


 X milleri Z asansörünün önünde yer alan küçük kutuların içine giriyor. Tıpkı rulmanlarda olduğu gibi, burada da her iki Z asansörünün montajını gerçekleştirmeden önce milleri yerine takıp çıkararak biraz alıştırma yapmamız gerekebilir. Montaj öncesinde her bir mile iki adet rulman geçirmemiz gerekiyor:


 Bu aşamadaki ikinci ve bence en zor kısım da bu millerin yerlerine yerleştirilmesi kısmı, çünkü hem Z aksındaki rulmanları yerlerine takmaya çalışıyoruz, hem iki tane yatay mili karşı taraftaki Z asansörüne takmaya çalışıyoruz hem de iki Z asansörünün birbirleri ile aynı hizada olmalarını sağlamamız gerekiyor. En sonunda elde edeceğimiz görüntü aşağıdaki gibi olacak:


 Asansörler birbirleri ile aynı seviyede mi ölçmek için bir su terazisi kullanabiliriz:


Bu aşama sonrasında makinemizin son halini de aşağıdaki resimde görebiliriz:

3 Temmuz 2014 Perşembe

Montaj aşamaları, 4. adım: Z asansörünün hazırlanması ve Z motorlarının montajı

Montaj aşamalarımıza hızlı bir şekilde devam ediyoruz. Şimdiye kadar neler yaptığımıza bir göz atarsak, öncelikle sigma profillerimizi kullanarak yazıcımızın iskeletini oluşturmuştuk. Bunu takiben hareketli elemanların üzerlerinde gezecekleri Z ve Y millerini uygun yerlere monte etmiştik. En son da Y arabasını hareket ettirecek olan Y motorunu profile bağlamıştık. Şimdi karşımızda oldukça kritik olan aşamalardan biri duruyor: Z asansörlerini montaja hazır hale getireceğiz. Plastik parçalar bölümünde bahsetmiştik ancak isterseniz  Z asansörlerinin ne olduklarını tekrar hatırlayalım. Kitimizin içinde sol ve sağ olmak üzere iki adet Z asansörü mevcut. Aşağıda resimlerini görebiliriz. Öncelikle sol taraftaki ile başlayalım:


Sol Z asansörünün iki kenarındaki yarım ay şeklindeki boşluk, Z millerinin düzgün bir şekilde kayabilmeleri için gerekli olan rulmaların yerleştirilecekleri boşluklar. Daha iç tarafa geldiğimizde ortalarında daire şeklinde birer delik bulunan dikdörtgen kutular görüyoruz, ki bunlar X arabasını taşıyacak olan millerin girecekleri delikler. Parçanın sağ tarafında rulman yuvası ile mil yuvasının arkasında yer alan, ortasında çember şeklinde bir delk olan kare yapı X motorunun bağlanacağı yuvayı (flanş) oluşturuyor. Son kalan parça ise asansörün tam ortasındaki altıgen yapı. Bu yazımızda en çok kafa yoracağımız yapı aslında bu altıgen olacak. Ana işi Z gijonunu taşımak. Bu konuya birazdan değineceğiz. Şimdi bir de sağ taraftaki Z asansörünü görelim:


Sağ taraf ile solun birçok benzer parçası mevcut. Rulman yuvaları, mil yuvaları ve gijonun geçtiği altıgen delik tamamen aynı fonksiyonlara sahip. Farklı olarak, motor flanşı yok, onun yerine motor kayışının bir ucunun bağlandığı, İngilizce idler (Türkçe'si avare kasnak) denen parça mevcut.

Z asansörleri kompleks yapılar olduklarından cihazın üstündeki konumları ve bağlantılarını sadece yazdıklarımdan yola çıkarak hayal etmek güç olabilir. O sebeple aşağıdaki şematik resimlerin faydalı olacaklarını düşünüyorum. Öncelikle sol taraf:


Kırmızı renkli parça sol Z asansörü. X motoru monte edilmiş, X milleri, Z milleri ve Z gijonu takılı durumda. Bir de üstünde mavi renkli bir düğme var, o düğme Z asansörünün (ve yazma kafasının) aşağıdaki yazma platformuna olan mesafesinin ince ayarını yapmak için kullanılacak.


   Yukarıdaki resimde de sağ Z asansörünü görüyoruz. Şimdi montaj için bize gerekli olan parçaları toplu halde görelim:


Z asansörlerine ek olarak 2 adet gijon mili (380 mm uzunlukta), ikişer adet M8 somun ve birer adet de yaya ihtiyacımız var. Burada yay kısmı bana enteresan gelmişti. Önemli bir rolü var, birazdan bahsedeceğim. Montaj için ilk olarak gijonlardan birini alıyoruz ve M8 somunumuzu vidalamaya başlıyoruz:


Belirli bir mesafe kat ettikten sonra gijonumuzu Z asansöründeki delikten geçiriyoruz:


Deliğin öbür tarafından baktığımızda ne gördüğümüzü merak ettiyseniz şimdi göreceğiz:


Gijon bu delikte çok fazla hareket etmesin diye kısıtlayıcı bir yapıya ihtiyacımız var. Bunu ikinci bir M8 somun kullanarak yapabiliriz. Ancak doğrudan somunu yerleştirmek, benim daha önce duymamış olduğum bir probleme yol açabiliyor. İngilizcesi "backlash". Türkçe karşılığı tam olarak var mı bulamadım, İngilizce terim genelde kullanılıyor ama backlash'ın sözlük anlamı "boşluk" olarak geçiyor ki bu aslında uygun bir tercüme gibi. Peki bahsedilen boşluk nerede? Bu kavramı anlamak için, belki mühendislik alanında küçük bir hile olarak kabul edebileceğimiz bir imalat tekniğinden bahsetmemiz gerekiyor. Bildiğiniz gibi bir somun bir cıvatanın etrafında dönecek şekilde tasarlanmıştır ve bu dönme hareketini mümkün oldukça rahat bir şekilde yapması istenir. Bunu sağlamak için basit bir mantığa ihtiyaç vardır: Eğer cıvatanızın dişleri somununuzdaki kanallar ile birebir uyumlu iseler ve tamamen pürüzsüz bir şekilde imal edilmişlerse çok rahat şekilde döneceklerdir. Ancak maalesef ideal bir dünyada yaşamıyoruz ve kusursuz imalat tekniklerimiz yok veya kusursuza yakın imalatın maliyeti çok yüksek. Eğer bu kusurlu teknikler ile birbirlerine birebir uyan diş ve kanallar yapılmaya çalışılırsa, en ufak pürüzde dönme hareketi engellenecektir. Böyle bir sorunla karşılaşmamak için üreticiler, birbirleri ile bağlantı kuracak iki parçadan birini olması gerekenden daha büyük veya geniş tasarlarlar. Bu sayede üretimde meydana gelebilecek kusurlar için belirli bir hata payı bırakmış olurlar. Bu durum genelde avantajlıdır ancak hassasiyet isteyen bazı özel durumlarda bu avantaj bir dezavantaja dönebilir.Yazıcımız bu konu için güzel bir örnek teşkil ediyor. Yazıcımızda M8 gijonumuz var ve buna M8 somun takılıyor. M8 somunun olukları, gijonun dişlerine göre biraz daha büyük, bu sebeple gijonun hareketi esnasında hareket yönü değiştiğinde kısa bir süre için somun ile gijon birbirleri ile olan temaslarını kaybediyorlar. İşte buna backlash adı veriliyor. Bir animasyon ile konuyu pekiştirebiliriz (kaynağı: http://www.themcdonalds.net/richard/index.php?title=Backlash ) :

      
Animasyonda görebileceğiniz gibi küçük dişli yön değiştirirken kısa bir süre için boşluk (backlash) oluşuyor. Peki oluşsun, ne zararı var derseniz, aslında cihaz sürekli aynı yönde dönme hareketi yapıyorsa bir zararı yok diyebiliriz, çünkü yön değişimi olmadıkça backlash oluşmayacak, ama yön değişimleri başladığında sorunlar da başlayacak, çünkü makine küçük dişliyi ters yönde çevirmeye başladığı andan itibaren büyük dişlinin de döndüğünü varsayarak mesafe hesaplarını yaptığından boyut hataları meydana gelecek. Peki backlash'ı nasıl önleyebiliriz? Kusursuza yakın diş aralıkları imal edilebiliyor ama maliyet çok çok yüksek. Onun yerine kitimizde bir adet yay kullanılıyor. Yay somunu iterek doğrudan dişliye yapışmasını saplayacak bir baskı yapıyor. Bu baskı sayesinde dişli yön değiştirdiğinde boşluk oluşmuyor, backlash önleniyor. Aşağıdaki resimde bu mekanizmayı nasıl kuracağımızı görüyoruz. Öncelikle kitimizde mevcut olan yayı Z asansörü içerisindeki gijonun girdiği boşluğa yerleştiriyoruz:


Bunu takiben bir adet M8 somun alıp gijona vidalıyoruz, ta ki altıgen parçanın başına gelene kadar:


Altıgen parçaya ulaştığımızda artık somunu çevirebilmemiz mümkün değil (altıgen somunun boyunda imal edildiğinden içinde dönebileceği boşluk yok). Bu noktada yapabileceğimiz şey Z asansörünü elimize almak:



Ve baş parmağımız ile gijonu itmek. Bu itme hareketi içerideki yayı sıkıştırarak anti-backlash etki yaratmasını sağlıyor. Karşı taraftaki somunun da aşağı doğru hareket ettiğine dikkat edin:



Şimdi, baş parmağımızı yerinden çekmeden aşağıdaki somunu sıkıştırırsak somun eski yerine gelir ve yay da sıkışık halinde sabitlenmiş olur:


İşlem sonrası yukarıdan aşağıya doğru bakıyoruz:


Bir de aşağıdan yukarıya doğru bakalım:


Bu noktada bir konunun üstünde durmak istiyorum çünkü ben ilk başta buna dikkat etmediğimden montaj sonrası bazı ilginç problemler ile karşılaştım. Baş parmağımız ile gijonu iterken dibine kadar gidecek şiddetle itmememiz gerekiyor. Yani yayı sonuna kadar sıkıştırmayacağız, az-orta seviyede bir sıkışma yeterli olacaktır. Ben çok fazla sıkıştırmıştım, aşırı sıkışma o tarafın motoruna fazla güç bindirdi, zor dönmeye başladı. Ayrıca somun gijonun etrafında rahat dönemediğinden gijon kaplin içerisinde yükselmeye başladı. Bu yükselme hareketi X aksında dengesizlik yarattı ve X aksı 7-8 cm yükselip düşmeye başladı. Yayı daha az basınçla sıkıştırınca bu sorunlar ortadan kalktı. Özetle, yayı çok sıkıştırmayın.

Her iki tarafın gijonlarını monte ettikten sonra nasıl göründüklerine bakalım:


Böylece Z asansörlerimizin en önemli kısımlarını hazırlamış olduk. Şimdi Z asasnörlerini kontrol eden motorları yerleştireceğiz. Gereken parçalar aşağıda görülüyorlar. Motorları flanşlarına bağlamak için M3x10 inbus kullanacağız. Flanşları sigma profillere M5x10 inbuslar ile bağlıyoruz (tabii karşı tarafta kare somun olacak). Bu kısım Y motoru montajı ile aynı aşamaları içeriyor, o sebeple detaylı bir şekilde anlatmayacağım, isteyenler linke tıklayıp o konuya göz atabilir.


Aşağıda motorlar monte edilmiş haldeler:


Şimdi motorları yerlerine monte edeceğiz. Konum olarak iki adet dik sigma profilin tam ortalarına gelecek şekilde motoru yerleştirmemiz gerek. Ancak şunu söylemem gerek ki montajın daha ileri aşamalarında, Z asansörleri yerlerine yerleştirildiğinde ister istemez motorun yerini tekrar ayarlamak gerekebiliyor (hatta yazıyı yazmakta olduğum şu anda yazıcıyı 2 aydır kullanıyor olmama rağmen hala tam doğru yeri bulamadım, ara ara yerini değiştiriyorum). O sebeple bu aşamada mesafeye çok da önem vermeyebilirsiniz.



Ve işte yazıcımızın son hali aşağıda. Gittikçe daha güzel bir hal almaya başlıyor gibi......




11 Haziran 2014 Çarşamba

Montaj aşamaları, üçüncü adım: Y motorunun montajı

Bundan önceki montaj aşaması yazılarımda ana iskeletin montajı ve yazıcımızın hareketli parçalarının üzerlerinde hareket edecekleri Z ve Y millerinin montajından bahsetmiştim. Bu aşamalardan sonra bir süre yazılarıma ara verdim çünkü cihazın montajı ile blogu eş zamanlı yazmanın getirdiği bir problemi fark ettim. Montajı yaparken birkaç adım sonrasında ne yapılacağı hakkında tabii ki genel bir fikrim var ancak bazı detayları insan ileriki aşamalara geçtikten sonra fark ediyor. İlk başta çok mantıklı gibi görünen veya dikkat çekmeyen bir nokta 4-5 adım sonra sorun olabiliyor. O sebeple montajın tümünü bitirip çalışır vaziyette bir cihaz oluşturduktan sonra bloga devam etmenin çok daha faydalı olabileceğini düşündüm. Şu anda bu amacıma ulaştım ve artık baskı alabiliyorum. Baskı almaya başlayınca kalibrasyon aşamalarının da ne kadar önemli olduklarını ve aslında ne kadar çok vakit alabileceğini kavradım. Şu an bu konu ile uğraşıyorum ancak montaj aşamalarından bahsetmek için önümde bir engel kalmadı ve bu sebeple bloga devam edebilirim.

Bu aşamamızda Y arabasını kontrol eden stepper motoru ve motorun çevireceği kayışı taşıyacak olan kasnak (İngilizce'si pulley) ve idler adı verilen kısımların montajını gerçekleştireceğiz.  Motorlarla ilgili genel bilgiyi daha önce vermiştim ama kullandığımız motorların stepper adı verilen motor tipinden olduklarını tekrar hatırlatayım. Bir motor, bildiğiniz gibi bir dönüş hareketi yapar. Eğer bir vantilatör yapmak istiyorsak dönüş hareketi işimize doğrudan yarayacaktır ancak doğrusal bir harekete ihtiyacımız varsa (mesela bir cismin sağa-sola doğru gitmesi gibi) dönme hareketini çizgisel bir harekete çevirmemiz gerekecektir. Bu iş için kayışlardan faydalanılmaktadır. Her ne kadar montajımızın bu aşamasında kayışları yerleştirmeyecek olsak da, onları için önemli olan iki parçayı (pulley ve idler) monte edeceğimizden bu konuda kayış sisteminden bahsetmenin uygun olabileceğini düşündüm.

Şimdi isterseniz kitimizin içerisindeki kayışların ve bağlantı elemanlarının resmini görelim:

  
Elimden geldiğince sempatik bir poz vermelerini sağlamaya çalıştım :) Kitin içerisinde iki tane kayışımız mevcut. Bu kayışların İngilizce isimleri "timing belt", yani "zamanlama kayışı" diye geçiyor ancak bu isim bir genelleme. Daha spesifik bir isimleri daha var: GT2 kayış. Yakından baktığımız zaman kayışın üstünde dişler olduğunu görüyoruz. GT2'nin 2'si milimetre cinsinden kayışın diş aralığını gösteriyor, yani kayıştaki iki diş arasında 2 mm mesafe var. GT'nin açılımını araştırdım ancak tam olarak bunu belirten bir kaynak bulamadım. Yalnız şunu söyleyebilirim ki, GT, bu kayışları dünya çapında üreten bir firma olan Gates firması tarafından tescillenmiş bir isim (muhtemelen Gates Timing Belt kelimelerinin ilk ikisi kısaltılarak bulunmuştur diye speküle edebilirim). Kayışa yakından bakarsak yapısını daha net görebiliriz:


Yukarıdaki resmi Gates firmasının kataloğundan aldım. Kayışın yapısını gösteriyor. İç yapısında lif lif görülen kısım fiberglas gibi gerilmeye dayanıklı bir maddeden yapılıyor ve kayışın kopmasını engelliyor. Dıştaki koyu renkli kısımlar ise kauçuk, poliüretan veya neopren gibi maddelerden yapılıyor. Bu sayede dişliler ile iyi bir bağlantı kurması sağlanıyor. Kitimizin içerisinde iki tane kayış var. Bunlardan bir tanesi X arabasını, diğeri ise Y arabasını hareket ettiriyor. X arabasını hareket ettiren kayış daha uzun.

Kayışların iş görebilmeleri için motora bağlanmaları gerek. Bu amaçla motorun miline bir kasnak yerleştiriliyor. Bu kasnağa GT2 kasnağı (İngilizcesi GT2 pulley) adı veriliyor. Tabii ki diş aralıkları GT2 kayışa uygun bir şekilde imal ediliyor. Aşağıda GT2 kasnağının resmini görebiliriz:

 
Kasnağın üst kısmında dişlilerin girecekleri olukları görüyoruz. Bu oluklardan 20 tane mevcut (her aralık 2 mm olduğundan kasnağın çevresi 40 mm oluyor) . Alt kısmında ise iki tane M3x6 mm setskur (cıvatalar bölümünde bahsetmiştik ama tekrar hatırlatayım, setskur (veya orjinal ismiyle "set screw") kafası kesilmiş bir cıvata formu ve amacı bir cismi başka bir cismin içinde yükselti oluşturmadan tutmak) mevcut. Bu setskurlar ile kasnak motor miline bağlanacak. Bu bağlantı sağlam olmazsa motor kayışı çeviremez. Bağlantı için ince bir alyan anahtarı kullanabileceğimizi de hatırlayalım.
Peki kayışı kasnağa geçirdik ama kayışın karşı ucunu nereye yerleştireceğiz? Bu iş için tasarımcılarımız İngilizce "idler" adı verilen parçayı kullanmışlar. İdler kelimesi boş boş duran gibi bir anlam taşıyor. Aslında Türkçe güzel bir tercümesi var, "avare kasnak" diye çevrilmiş. Aşağıda Y arabası için kullanacağımız avare kasnağın resmi mevcut:


Bu parça kit içerisinde hazır monte olarak gelmekte, o sebeple detayına çok girmiyorum ancak içerisinde mevcut olan rulman sayesinde döndüğünü belirtebilirim. X arabasında da avare kasnağa ihtiyacımız var, o da şu şekilde tasarlanmış:


Plastik parçalar konulu yazıdan hatırlarsanız, yukarıdaki parça sağ taraftaki Z asansörüydü. Onun solunda idler'ı görebiliyoruz.

Şimdi isterseniz esas konumuz olan motor montajına geçelim. Bu aşamada ihtiyacımız olan parçaları toplu halde görelim:


Bu resimde ortada yer alan beyaz plastik parçanın adının flanş olduğunu hatırlatayım (ilgili bölüme bakabilirsiniz). Flanş, motoru sigma profile bağlamamızı sağlayacak olan parça. Motoru flanşa bağlayabilmek için 4 adet M3x10 inbus cıvata gerekiyor. Flanşı sigma profile M5x10 inbuslar ile bağlayacağız. İdler'ın monte olduğu plastik parça da sigma profile M5x10 inbus ile bağlanıyor. Şimdi bağlantıları yapalım:


Öncelikle flanşı motorun üstüne geçiriyoruz. Motorun kablo bağlantısı kurulacak girişi yukarıdaki resimdeki gibi yönlendirilebilir veya sola doğru bakabilir, çok önemli değil. Daha sonra M3x10 cıvatalarımızı yerleştiriyoruz:


Şimdi yine hassas noktalardan birine geldik: Motorun sigma profilde doğru yere yerleştirilmesi. Ayrıca avare kasnak da tam bunun karşısında olmalı. Aşağıdaki resim bize gerekli olan mesafeleri gösteriyor:


Motorun flanşının kenarı, arkadaki sigma profilin dış yüzünden 87,5 mm mesafeye gelecek şekilde yerleştirilirken, avare kasnak 110,5 mm'ye yerleştirilecek. Aşağıdaki resimde motorun doğru konumu izleniyor:


Aşağıdaki diğer resimde ise avare kasnağın konumu izleniyor:


Bu noktada istersek GT2 kasnağı da yerleştirebiliriz ama henüz çok fazla sıkıştırmamak gerekiyor, kayışı bağlarken ayarlamak gerekebilir:


Motoru monte ettikten sonra bir şey fark ettim, o da motorun havada asılı durduğuydu:


Bu durum bana biraz garip gelmişti. Motorun ağırlığı flanşı esnetir mi diye çekindiğimden tasarımcıya bu durumu sordum, bir sorun teşkil etmeyeceğini bildirdi. Dolayısıyla önemli bir problem değil.

Motor ve idler monte edildikten sonra kitimiz nasıl görünüyor diye bakalım:


Böylece bir aşamayı daha geride bırakmış oluyoruz. Bu noktada kitin montajını bitirdikten sonra karşılaştığım bir problemden bahsetmek istiyorum. Montaj bitince fark ettim ki Y motorunun mili Y arabasına çarpıyor. Normalde temas etmemesi gerekiyormuş ama nedense bende ediyordu:


Sadece milimetrik bir yükselti var ama cihazın çalışmasında soruna yol açabilir. Bu durumu düzeltmek için, flanşı motora bağlayan cıvataların plastiğin altında kalan kısımlarına birer adet M3 somun ekledim. Bu sayede motor (ve mili) alçalmış oldu (normalde böyle bir şey gerekmiyor,ben neden benimkinde gerekti tam çözemedim):


Bir sonraki yazımızda artık Z asansörünün montajına başlayacağız....

28 Mayıs 2014 Çarşamba

Kit içeriğini tanıyalım: Motorlar

Parçaları tanıttığım önceki yazılarımda sigma profillerden, bağlantı elemanlarından (cıvata-somun),  plastik parçalardan, ve miller, gijonlar, rulmalardan bahsetmiştim. Bu yazımda, montajdaki bir sonraki aşamamız olan Y ekseni motorunu yerine yerleştirme aşamasından önce, biraz motorlar üstüne konuşmanın faydalı olabileceğini düşünüyorum. Motorlar 3 boyutlu yazıcımızda en önemli parçalar arasındalar. İsterseniz kit içerisinde kaç tane motor bulunduğunu ve ne işe yaradıklarını hızlıca gözden geçirelim. Kutuda 4 tane bağımsız motor var, bir tanesi de ekstruderin üzerine önceden monte edilmiş halde geliyor. Yani toplamda 5 motorumuz var. Aşağıdaki resimde bir yere bağlı olmayan motorları görüyoruz:


Aşağıdaki resimde ise esktrudere bağlı olan motor var:


Yukarıdaki resme dikkatle bakarsak, motorun arka tarafında bir etiket olduğunu görüyoruz. Etiketin üst kısmında "STEPPER" kelimesi dikkatimizi çekiyor. Bu kelime, motorumuzun bir stepper motor olduğunu belirtiyor. Peki nedir stepper motor? Başka hangi tür motorlar mevcut?

Aslında motorların hepsi basit bir mantık ile çalışıyorlar. Bu mantık, lise fiziğinden hatırlayabileceğimiz bir prensibe bağlı: Bir bölgeden elektrik akımı geçerse, akım yönüne dik bir manyetik alan oluşur (Faraday kanunuydu yanlış hatırlamıyorsam). Bu manyetik alan, metal bir şaftı çevirmek için kullanılabilir. Bu prensiple çalışan cihazlara motor adı verilir. Temel olarak hobi elektroniğinde kullanılabilecek 3 tip motor mevcuttur:

1) DC motor
2) Servo motor
3) Stepper motor

Bu kelimeler açıkcası bana çok fazla bir şey ifade etmiyordu. Servo motoru özellikle robot kitler veya uzaktan kumandalı uçaklar ile ilgilenenler duymuş olabilir, ben maketlerle ilgilenen bir arkadaşımın bu tip motorlardan bahsettiğini duymuştum. Internette araştırıp ne olduklarını ve farklarını taradım. İşte bulabildiğim bilgiler:

1) DC Motor:

En basit motor formu diyebiliriz. Ayrıca en ucuzu. DC, "Direct Current" yani "Doğru Akım" demek.  İç yapısında genelde 2 veya daha fazla sabit doğal mıknatıs ve merkezde bir elektromıknatıs var. Doğal mıknatıslar zıt polaritede (yani birinin pozitif, diğerinin negatif yüzü içe bakıyor). Elektromıknatısa, doğal mıknatıslara komşu yüzleri aynı polaritede olacak şekilde elektrik verildiğinde (yani + tarafı dönük olan doğal mıknatısa bakan yüz + polarite kazandığında) eş yükler birbirini ittiklerinden birbirlerinden uzaklaşmaya çalışıyorlar. Bu durum bir dönme hareketi başlatıyor. Hareketin sürebilmesi için elektromıknatıstaki akımın yönü tersine çevriliyor ve tekrar eş yüklerin birbirleri ile karşılaşmaları sağlanıyor. Bu sayede motor sürekli dönüyor. Aşağıdaki resimde bir DC motor var:


Bu tip motorlar kullanımı en kolay motorlar diyebiliriz. Sadece iki tane kablolarının olması da bu durumu ispat eden bir özellik. Ancak kolay kullanılabilir olmaları, kolay kontrol edilebildikleri anlamına gelmiyor. Bu tip motorların ne kadar dönüş yaptıklarını (kaç derece döndüklerini) motorun kendisi hesaplayamıyor. Mutlaka ek bir devre ile bunun sağlanması gerekiyor. Ayrıca çoğu zaman yeterli torka sahip değiller. Ayrıca çok iyi bir standardizasyonları yok. Yani isteyen üretici, kendi keyfine uygun şekilde motor dizaynı yapabiliyor. Şekil standart olmadığından, bir tasarıma eklenmeleri daha zor (tasarımcının kullandığı motor, sizin satın aldığınız motora benzemiyorsa, onu kullanamayabilirsiniz). Kontrol edilmeleri zor olduğundan genellikle üç boyutlu yazıcı gibi hassas kontrol isteyen aletlerde kullanılmıyorlar.

2) Servo motor:

Servo kelimesi Latince "servus" tan geliyor ve esir/hizmet eden anlamını taşıyor. Servolar daha önce de belirttiğim gibi hobi elektroniğinde, özellikle de robot ve uzaktan kumandalı uçak tasarımında çok sık kullanılan motor tipleri. Aşağıda bu amaçla kullanılan bir servo motorun resmi mevcut:


Servoların diğer motorlara göre en önemli farkları, ne kadar (kaç derece) hareket ettiklerini bilmelerini sağlayan bir geri-bildirim (feed-back) mekanizmasına sahip olmaları. O anki kesin pozisyonlarını hesaplayabiliyorlar ve kendilerine söylenen pozisyona gidebiliyorlar. Bu amaçla DC motorlardakine ek olarak bir kabloları daha var ve bu kablo üzerinden pozisyon sinyallerini alıyorlar (bu kabloya sinyal kablosu veya PWM kablosu deniyor. PWM, Pulse Width Modulation demek ve analog bir sinyali, dijital olarak taklit edebilmek için kullanılan bir yöntem). Servolar hassas kontrol gerektiren işler için yapılmışlar ve eş boyutlu stepper motorlara kıyasla daha yüksek torka sahipler (tork, bir motorun çevirme gücü olarak tarif edilebilir). 3 Boyutlu yazıcılarda genellikle servoların kullanıldığını görmüyoruz. Bunun bazı sebepleri var. Birincisi, yavaş hareket gerektiren işlerde, çok güçlü tork gerekmediğinde, stepperlar da aynı işi görüyorlar ve stepperlar çok daha ucuzlar (servolar daha komplike makineler ve bu yüzden pahalılar). Yine de bazı projelerde bazı tasarımcılar servo kullanmışlar, yani imkansız değil. Ancak modifiye edilmeleri gerekiyor.

3) Stepper motorlar:

Stepper motor, özel bir motor tipi. DC motorlar kadar kontrolsüz değiller, yani istenilen bir dereceye çevrilebiliyorlar ve bu çevirme işi adım adım (step) yapılıyor. Adı da buradan geliyor. Bu motoru elinizle çevirmek isterseniz bu adımlı yapılarını hissedebilirsiniz. Genellikle üç boyutlu yazıcılarda stepperlar kullanılıyor. Aşağıda bir stepper motorun resmi var:


Kablo sayımızın 4'e çıktığı dikkatinizi çekmiş olabilir. RepRap projelerinde kullanılan stepper motorların her bir uyarıda dönüş miktarları 1.8 derece. Yani her bir adımını 1.8 derece gibi düşünebiliriz. Motoru sola doğru 360 derece döndürmeyi istediğimiz zaman, o yöne dönmeyi sağlayacak 200 tane elektrik pulsu almaları gerekiyor (200x1.8 = 360). Bu pulsun frekansı (yani saniyede kaç tane puls gönderildiği) motorun hızını ayarlıyor (1 saniyede 200 puls verildiğinde, 10 saniyede 200 puls verilmesine göre daha hızlı dönüyor). 3 Boyutlu yazıcılar, bundan daha hassas bir kontrol mekanizmasına ihtiyaç duyduklarından, microstepping denen bir yöntemle kontrol ediliyorlar. Microstepping, yukarıda belirttiğimiz 1.8 derece'den daha küçük açılarla dönüş işleminin yapılabilmesini sağlıyor. Yazıcımız 1/16 microstepping modunda kullanılıyor ve bu sayede bir tur 200 yerine, 200x16=3200 stepe bölünmüş oluyor. Bu, çok daha hassas bir kontrol sağlıyor ancak bunun da bir bedeli var, o da tork kaybı. Normal modda (1 turun 200 step olduğu) torka %100 dersek, 1/16 mikrostep modunda tork % 9.8'e düşüyor. Bu çok ciddi bir kayıp ama muhtemelen üç boyutlu yazıcılar çok ağır yükler altında çalışmadıklarından çok da önemli değil.

Stepper motorların servo motorlara göre bazı farkları var. En önemli fark, stepper motorların o anki pozisyonlarını bilmelerini sağlayan bir mekanizmalarının bulunmaması. Bir servoya 36 derece sola dön gibi bir komut verdiğinizde, içerisinde yer alan kontrol mekanizması kaç derece dönüş yaptığını anlayabiliyor. Eğer 36 yerine 34 derece dönmüş ise bunu düzeltiyor. Stepper motor ise konumundan haberdar değil. Stepper'a aynı komutu, yani 36 derece sola dön komutunu, verirsek stepperın kontrol devresi 36 derece dönmek için normal modda 36/1.8= 20 step'lik dönüş yapması (microsteppingde 320 step) gerektiğini hesaplayıp bunu motora iletiyor. Motor da 20 adım dönmeye çalışıyor. Çalışıyor diyorum, çünkü örneğin ağır bir yük altında ise bir veya daha fazla adımı kaçırabilme olasılığı mevcut. Bu durumda 20 adım dön komutu almasına rağmen 18 adım dönüyor ve bundan da haberdar olmuyor. Yani çok hassas kontrol gerektiren işler için stepper problemli olabilir.Başka bir fark da stepper motorların o anda bulundukları konumu sabit tutabilmek için enerjiye ihtiyaç duymaları. Servolar buna ihtiyaç duymuyor, emredilen pozisyona gelince otomatik olarak o pozisyonda kilitli kalıyorlar. Stepper konumunu sabit tutmak için sürekli bir elektrik yükü altında kaldığından servoya göre daha çok ısınıyor.

Stepperlar ile ilgili güzel bir nokta, çoğunlukla endüstriyel kullanım amacıyla tasarlanmış olduklarından çok iyi standardize edilmiş olmaları. Stepperlar için standardizasyon koşullarını "National Electrical Manufacturers Association" adı verilen Amerika'lı bir cemiyet belirliyor. Bu cemiyetin baş harfleri kullanılarak oluşturulan NEMA kısaltması motorların isimlendirilmesinde kullanılıyor. RepRap projelerinde genellikle NEMA 17 motorlar kullanılıyor ama NEMA 24'ün de kullanıldığı projeler var. 17 rakamı motorun ön yüzünün bir kenarının inç biriminden uzunluğunun 10 ile çarpılmış hali. Yani bu motorun bir kenarı 1.7 inç (yaklaşık 43 mm) uzunluğa sahip. Aşağıdaki resmi Internet'te robot malzemeleri satan bir dükkanın web sitesinden aldım:


Motorun NEMA rakamı yükseldikçe motor daha güçlü ama daha ağır hale geliyor. Genel olarak tasarımcılar NEMA 17'nin üç boyutlu yazıcılar için uygun tork/ağırlık oranını sağladığını düşündüklerinden bunu kullanıyorlar.

Motorlarımızı da bu şekilde tanıtmış olduk. Bir sonraki aşamada motor montajımızdan bahsedeceğiz.