I - Cómo reviví mi Rapman con electrónica estándar (1a. parte. Hardware).

Hola a todos.

Quiero compartirles a ustedes mi experiencia de renacimiento de mi impresora Rapman 3.1 después de que el board empezara a tener un mal funcionamiento.

Ante todo, quiero darle las gracias a todos los blogueros que han compartido sus conocimientos en internet para que los que poco sabemos de electrónica y programación podamos salir de la dificultad de una impresora quieta por falta de repuestos.

Anoto que este procedimiento es aplicable a cualquier electrónica de reemplazo para Rapman (Ramps, por ejemplo).


EL ESCENARIO

Mi situación hace 6 meses era como la de muchos usuarios de una impresora Rapman: se quemó la pantalla y por algún motivo el board no llegaba a la temperatura de trabajo. Cambié dos veces todos los componentes del Hot End (la resistencia, el termistor y todo el fastidioso proceso de colocación del fire-cement y la armada nuevamente de todo el conjunto, con el alambrado y la verificación de resistencia en Ohms). Pero nada, seguía igual y estaba trabajando a ciegas, sin display. Incluso, intenté adaptar un display genérico LCD12864 al PCB utilizando conexiones SPI, pero los lenguajes (hexadecimal vs. binario) no eran compatibles, como tampoco los voltajes.

El fabricante Bits from Bytes se había fusionado con 3D Systems y ya no daba soporte técnico ni tenía piezas de recambio. Como quien dice: muerto.

Buscando en la red, veía numerosos proyectos de fabricación de impresoras con RAMPS y yo me pregunté: será posible adaptar una electrónica estándar a mi impresora, para no tener que depender de un fabricante que ya no existe? Y empecé a indagar sobre el tema.

Después de una ardua investigación, encontré que todas las impresoras 3D tienen los mismos principios de funcionamiento, pero difieren los componentes y la estructura mecánica de las mismas. 

Lo primero, fue definir que Rapman es una impresora cartesiana y que habría varias posibilidades para revivirla: los componentes electrónicos se conseguían en Ebay, el board de control podía ser Arduino (RAMPS), el firmware tenía varias posibilidades pero Marlin parecía tener las mismas características del firmware propietario de Rapman. Luego, miré varias impresoras similares, con la precisión y calidad en resultado final al que estaba acostumbrado y descubrí que la impresora más afín a Rapman era la Ultimaker Original, con algunas diferencias técnicas. Recordé también que uno de los fundadores de Ultimaker era un visitante habitual del foro de Bits from Bytes (Erik de Brujin). Entonces, yo no podía estar tan equivocado con mi elección de reconvertir mi Rapman con electrónica abierta de Ultimaker.

Entré a Ebay / Aliexpress y encontré toda la electrónica necesaria (p.e. el shield board https://www.aliexpress.com/i/1965450883.html). Espero todavía esté disponible:

Arduino MEGA 2560 R3  Board - Original	MEGA Ultimaker  Shield Board 1.5.7
Pololu A4988 Stepper  Drivers con disipadores	LCD 12864  módulo de control con lector tarjeta SD

Con el costo de envío sólo valía U$ 100.

Y no tuve ninguna duda en solicitarlo para revivir mi impresora.

Cabe anotar que hay otras opciones en el mercado, que integran todos los componentes en un solo board (v.g. Rumba) pero yo quería tener el control, en la eventualidad de que se quemara algún componente, y poderlo reemplazar fácilmente.

A continuación, describo los pasos necesarios para revivir mi impresora Rapman 3.1, que son aplicables a cualquier electrónica de reemplazo, pero que en mi caso particular, funciona de maravilla con el board Ultimaker.

BOARD, CABLES Y CONECTORES

Los conectores hembra del board Arduino MEGA encajan en los pines de la parte de abajo del Ultimaker Shield así:

Los cables de la impresora se deben alargar empalmando cables de las mismas características y preferiblemente soldando los empalmes. En un almacén de artículos electrónicos se pueden adquirir conectores hembra y pines, compatibles con el board Ultimaker shield:

- 3 piezas de 2 pines (endstops-finales de recorrido)
- 4 piezas de 4 pines (motores de eje y extrusora)
- 1 pieza de 3 pines (termistor)
- 15 jumpers

Coloque cada cable en un pin, aprietelo con una pinza y vea que la pequeña lengüeta de retención en la parte superior se curva hacia afuera.

Inserte el cable en el conector hasta que escuche un leve chasquido y la pequeña lengüeta encaje en su lugar. Compruebe que el cable está completamente insertado. Dé a los cables un pequeño tirón para comprobar que se encuentran de forma segura en su lugar.

Debe tener mucho cuidado con el orden de los cables de los motores de ejes y extrusora. Para no quemar los motores, el orden debe ser:  NEGRO - VERDE - ROSADO - AZUL

Se conectan todos los cables al board, como se muestra en esta imagen:

ENDSTOPS:  Z - Y - X
MOTORES DE LOS EJES:  X - Y - Z
TERMISTOR:  T
EXTRUSORA:  EXT

Tenga en cuenta que los cables grises del hot end se conectan directamente, sin conector, en el primer terminal de tornillo - AZUL -.

Si  se tiene una Rapman adaptada con cama caliente y dos extrusoras, un diagrama aproximado de las conexiones sería el siguiente (tenga en cuenta que los endstops de Ultimaker son 6 y de Rapman son 3; para la conexión correcta remítase a la foto anterior).

STEPPER DRIVERS

Este es un paso muy delicado y hace la diferencia entre el funcionamiento correcto o no de los motores y de la impresora 3D en general.

Se colocan los Pololu stepper drivers con sus disipadores en el board, en el sentido que se indica:



PRECAUCIÓN: el stepper de la extrusora se coloca invertido (ver foto). Una mala conexión puede dañarlo o dañar el board.

Los jumpers negros se colocan en los pines del board tal como se indica en la foto.

Todos los motores funcionan a voltajes distintos. 

A los stepper drivers de la Rapman 3.1 se les debe ajustar el voltaje para que suministren suficiente electricidad a los motores y se eviten recalentamientos que pueden reducir su vida útil, o quemarlos.

La Rapman 3.1 viene con una fuente de alimentación de 12 voltios. La conectamos al board rojo. Con un destornillador de estrella pequeño y la ayuda de un voltímetro, se deben ajustar los voltajes de cada stepper driver así:

AXIS Z:  1.3V
AXIS X - Y:  1.0V
EXTRUDER:  1.1V

El ground (tierra) del board se toma en el punto que se indica en esta foto, junto a los LEDS rojos:

ASÍ SE EVITA UN CORTOCIRCUITO DURANTE EL TEST DE CALIBRACIÓN.

NOTA: este board trabaja a 18 voltios para lograr alta velocidad, rendimiento y temperatura de trabajo. Piense en colocar una fuente de alimentación de una computadora portátil (18 V). Pero esto es una limitación de la resistencia que calienta la cabeza extrusora, la cual requiere ese voltaje. En una entrada muy posterior cambiaré la extrusora por otra estándar (E3D V5) de 12 voltios y así aprovechar la fuente de poder original de Rapman, así como controlar los ventiladores directamente desde la board.


PANTALLA CON MÓDULO DE CONTROL - Y LECTOR DE TARJETAS SD -

Este componente es el que marca la diferencia y la autonomía de la impresora 3D. Es el módulo de control de las funciones de impresión en tiempo real, tal como lo tenía el board original de la Rapman:

- Control de la temperatura de cada componente
- Precalentamiento del hot end
- Cooldown
- Coordenadas de la impresión en valores X Y Z
- Movimiento por pasos de la cabeza de extrusión, en decimales
- Envío de la cabeza de extrusión al punto HOME
- Control de velocidad, aceleración, retracción, pasos de los motores, etc. 
- Selección del archivo a imprimir -tarjeta SD-
- Control de ejecución del archivo
- Pausa o finalización de impresión
- Y mucho más

En la parte trasera de la pantalla, se debe colocar el jumper en los pines que se muestran a continuación:

Los cables de datos se conectan en el board:

NOTA: Después de instalar el firmware (más adelante se describe cómo), si no hay imagen en la pantalla, se deben intercambiar los conectores en el board.

Y así quedan las conexiones a la nueva electrónica, aprovechando el ventilador original, con poder independiente:

Verifiquen todos los voltajes con el voltímetro, antes de grabar el firmware en el board Arduino.

En unos días, describiré el proceso de instalación del firmware, los ajustes finales y algunas recomendaciones para tener plena funcionalidad de la impresora Rapman 3.1.

Buena suerte !