MaKawa wzory na piance – oryginalna polska konstrukcja

MaKawa wzory na piance – oryginalna polska konstrukcja

Wydawałoby się, że ciężko będzie zaistnieć teraz ze zwykłą drukarką, gdy wszędzie panuje trend wydruków 3D. Studenci z Politechniki Gdańskiej postanowili spróbować jednak czegoś nowego.

Tak powstała MaKawa, czyli drukarka, która nanosi obrazy na piankę od kawy lub piwa. Teraz oddaję już głos autorom, którzy najlepiej opowiedzą o tej ciekawej konstrukcji!

Przedstawiamy konstrukcję, która został zaprojektowany do rysowania dowolnych wzorów na piance. Założeniem była pianka od kawy, jednak jak się później okazało druk wychodzi równie dobrze na piance od piwa lub bitej śmietanie. Nad projektem pracują równolegle trzej studenci Politechniki Gdańskiej (wydział ETI): Tymoteusz Cejrowski, Łukasz Bieliński oraz Patryk Cyrzan.

Pomysł na projekt

Robot MaKawa został zbudowany, aby rozszerzyć dziedzinę nazywaną potocznie latte art, czyli sztukę malowania w kawie. Konstrukcja jest na etapie prototypowania i testowania różnych rozwiązań. W artykule postaramy się przybliżyć osiągnięte przez nas efekty.

Założenia projektowe wynikały głównie z naszych luźnych pomysłów. Chcieliśmy sprawdzić nasze umiejętności w nieszablonowym projekcie. Główne elementy, które postawiliśmy sobie za cele:

  • możliwość rysowania dowolnych wzorów „z ręki”
  • przekładanie zdjęć i bitmap na piankę
  • duża wygoda użytkowania
  • minimalny wpływ na walory smakowe i estetyczne napoju

Cały projekt składa się z urządzenia drukującego i aplikacji mobilnej umożliwiającej przeniesienie wzorów użytkownika na piankę.

Mechanika MaKawy

Podstawowym założeniem przy budowie mechaniki było uzyskanie zadowalającej dokładności druku przy jak najmniejszych kosztach. Stąd też pomysł wykorzystania rzeczy tanich lub tych, które były aktualnie pod ręką.

Do realizacji ruchu w osiach X i Y jak i poruszania stołem góra-dół wykorzystaliśmy prowadnice od szuflad. Nowe chodziły dość ciężko, jednak rozgięcie ich dało nam zadowalającą swobodę ruchu.

Całość napędu, to silniki krokowe oraz paski zębate odzyskane z drukarek igłowych i starych drukarek atramentowych. Jedynym wyjątkiem jest oś Z, czyli układ podnoszenia stołu, na którym znajduje się kubek z kawą. Wykorzystaliśmy tam mechanizm z przekładnią śruba-nakrętka znany z frezarek i maszyn CNC. Do połączenia śruby z prętem gwintowanym wykorzystane zostało aluminiowe sprzęgło bezluzowe, a  uchwyty do łożysk zostały wydrukowane na drukarce 3D.

Uchwyt na głowicę drukującą jest oryginalny, przeznaczony do tego modelu. Próbowaliśmy zbudować własne mocowanie, ale skończyło się to uszkodzeniem głowicy. Sam uchwyt przymocowany jest do płytki PCB, na której znajduje się złącze taśmowe typu FFC/FPC.

Obudowa składa się głównie z profili aluminiowych oraz płyt plexi. Same profile zostały wycięte i nawiercone przez nas, natomiast płyty zostały wycięte frezarką laserową. Projekt płyt został wykonany w programie Autodesk Inventor.

Elektronika MaKawy

Elektronika to przede wszystkim:

  • Płytka ewaluacyjna Discovery z wyświetlaczem dotykowym.
  • Moduł Bluetooth HC-05.
  • Trzy modułowe sterowniki silników krokowych A4988.
  • Zasilacz komputerowy, przetwornica typu boost bazująca na układzie NE555 do podwyższenia napięcia z 12 V do 24 V (takie napięcie potrzebne jest do sterowania głowicą), przetwornik liniowy z 5 na 3,3 V.
  • Głowica HP 51604A wraz z autorskim sterownikiem.

Elementy te widoczne są kolejno od lewej na poniższym zdjęciu:

Elektronika MaKawy.

Elektronika MaKawy.

Sam sterownik oparty jest na rozwiązaniach stosowanych w InkShield dla Arduino. Jest to projekt opisujący sposób sterowania głowicą HP51604 oraz jego zamiennika. Jeśli ktokolwiek chciałby użyć w swoim projekcie głowicy z drukarki, to jest to dosyć łatwe w implementacji rozwiązanie.

Czy drukowanie jest bezpieczne?

Sprawy spożywcze zajęły nam sporo czasu. Najbardziej pomocne okazało się zasięgniecie opinii ludzi pracujących przy badaniach substancji chemicznych.

Okazało się, że oryginalne tusze HP nie są toksyczne, więc głowica, którą zakupiliśmy została otwarta, opróżniona, dokładnie przepłukana spirytusem i napełniona tuszem jadalnym marki Canon.

Wciąż jednak myślimy o zmianie tego rozwiązania na bardziej uniwersalne. Chcemy mieć możliwość łatwej wymiany substancji i zapewnić pełną sterylność oraz większą swobodę w wyborze cieczy nanoszonej na powierzchnię pianki.

Oprogramowanie wbudowane

Oprogramowanie zostało napisane na mikrokontroler STM32F4, przy użyciu środowiska CooCox. Do głównych zadań programu należy odbiór danych i wyrysowanie wzorów z tablicy punktów. Urządzenie przewiduje pracę w czterech trybach:

  1. Tryb rysowania ręcznego
  2. Tryb rysowania bitmapy
  3. Tryb rysowania zdjęcia z wykrytymi krawędziami
  4. Tryb rysowania ze wsparciem języka G-Code

Wszystkie algorytmy rysujące opierają się o jeden, powszechnie znany algorytm Bresenhama pozwalający na rasteryzację krzywych płaskich. Umożliwia on również realizację interpolacji kołowej niezbędnej dla języka G-CODE.

Tryb rysowania ręcznego pozwala na odwzorowanie ruchów wykonanych przez użytkownika w tej samej kolejności, w jakiej zostały wykonane. W przypadku rysowania bitmapy realizacja przebiega trochę inaczej. Obrazki rysowane są „wiersz po wierszu”, jak w przypadku zwykłej drukarki. Obsługa języka G-Code, jest identyczna jak w przypadku maszyn CNC.

Aplikacja mobilna

Aplikacja była pisana całkowicie przez nas w Javie w środowisku Android Studio. Celem była przede wszystkim przejrzystość i miły dla oka interfejs.

Tak jak wcześniej zostało wspomniane - zaimplementowano 4 tryby. Wszystkie dostępne z poziomu menu głównego. Wchodząc do opcji Narysuj coś otwiera się nowe okno wraz z fragmentem do rysowania. Aby mieć pełną kontrolę nad rysunkiem, to płaszczyzna jest siatką pikseli, na której użytkownik zaznacza pojedynczy piksel (rozmiar punktu może być zmodyfikowany w zależności od tego ile pikseli na to się składa).

Jeśli zdecydujemy się wybrać z menu opcje wgranie obrazka, zrób zdjęcie lub G-CODE, to zostaniemy i tak przeniesieni do wcześniej omówionego okna rysowania. Do wykrywania krawędzi użyta została biblioteka openCV. Jeśli chodzi o G-CODE, to wystarczy do odpowiedniego folderu w telefonie wgrać pliki formatu .ngc, które są następnie obrabiane i wysyłane do drukarki.

Podsumowanie

Prace nad drukarką ciągle trwają i mamy nadzieję dołożyć jeszcze kilka nowych funkcjonalności. Dodatkowo pojawiają się nowe pomysły dotyczące mechaniki, które na pewno weźmiemy pod uwagę w następnej wersji.

Jeśli chcecie śledzić naszą pracę zapraszamy na naszego Facebooka. Znajdują się tam inne filmiki i dodatkowe zdjęcia. Z chęcią też odpowiemy na pytania w komentarzach!

Autorzy: Tymoteusz Cejrowski, Łukasz Bieliński, Patryk Cyrzan
Redakcja tekstu: Damian (Treker) Szymański

druk, drukarka, HP51604, kawa, MaKawa

Trwa ładowanie komentarzy...