CEAD 3D-tulostusrobotin värilisäyslaitteen prototyyppi

Abstract

The purpose of this thesis was to design and make a colour adding machine for Tampere University of Applied Sciences. Adding colour manually was too time-consuming and a waste of resources, which called for an automated solution.

The design was based on Ida-Maria Forsman’s suggestion in the year 2024 about how to feed additional material into the school’s 3D printing robot cell. Based on her proposal, a prototype was built to fit the designated purpose. Different angles were considered to determine which material adding method was to be used. A problem with material getting stuck in between the machine’s moving parts was identified, and solutions were designed. As a result, an electrical diagram and an operating program were made for the designed machine. The machine was assessed, and it was confirmed that it functioned as intended. The granules that were used as the colouring agent had to be measured. After measuring the granules, the holes of the sorting wheel could be fitted.

An electrical solution was made using the school’s automation laboratory’s proto circuit boards. The mechanical model was connected to an electric circuit so that the program that was designed to operate the prototype could be assessed. The program was made on Arduino Uno R3 microcontroller using Arduino’s Cloud coding service. The platform allowed testing and storing the written code. The program was included in the thesis. The program was made to be simple to edit and change to use on different applications.

As a result, the sorting wheels prototype was manufactured. The prototype was manufactured from plastic with adjusted sorting capability. Also, an alternative method for supplying the added material was designed using a screw feeder. The overall component costs were considered. The final model should be produced from aluminum for smoother operation. The mechanical drawings of the models were included in the project as well as the electrical circuit diagram that was used.

Tampereen ammattikorkeakoululla on tullut tarve valmistaa koulun nykyiseen 3D-tulostussoluun väriaineen lisäysominaisuus. Tarve on syntynyt, kun todettiin käyttäjän manuaalisen materiaalin lisäämisen olevan ajan ja resurssien käytön kannalta järjetöntä. Haluttiin, että tämä vaihe voidaan automatisoida tulevaisuutta varten.

Suunniteltu laite perustuu Ida-Maria Forsmanin vuonna 2024 toteuttamaan ehdotukseen väriaineen lisäyslaitteesta. Tämän ehdotuksen pohjalta toteutettiin mitoitettu ja ohjelmoitu prototyyppi toimimaan todisteena projektin jatkamisen järkevyydestä. Forsmanin ehdotuksen tueksi haettiin vaihtoehtoisia ratkaisuja ja mekaanisten komponenttien jumiintumista jouduttiin pohtimaan. Sähkö- ja automaatiototeutukselle oli tehty ehdotus, joka oli myös testattu. Värigranulaateille tehtiin mittaukset niiden painojen selvittämiseksi. Annostelun tarkkuuden kannalta mittaus oli tärkeä vaihe. Mittauksen pohjalta voitiin aloittaa mekaanisen annostelu-levyn reikien sovittaminen.

Sähköteknisiin ratkaisuihin perehdyttiin käyttäen Tampereen ammattikorkeakoulun automaatiotekniikan laboratorion prototyyppisähköalustoja. Prototyyppi yhdistettiin sähkökytkentään. Kytkennällä todennettiin ohjelmoinnin toimivuus mekaanisen kokoonpanon kanssa. Ohjelmisto, jonka väriaineen lisäyslaite tarvitsi, toteutettiin käyttäen Arduino Uno R3 -mikro-ohjainta. Ohjauksen kirjoittamiseen tarvittiin Arduino Cloud-verkkopalvelua, jossa koodin sai kirjoitettua ja testattua. Ohjauksen koodit on selitetty, ja ne sisältyivät lopputulokseen. Ohjelmat pyrittiin toteuttamaan mahdollisimman yksinkertaisesti, jotta muutosten tekeminen myöhemmässä vaiheessa onnistuu.

Tuloksena syntyi annostelulevylle testattu ja muovista valmistettu prototyyppi vaadituilla ominaisuuksilla. Lopputuloksena annettiin myös vaihtoehtoinen toteutustapa käyttäen annosteluruuvia. Virallisen mallin kustannuksia pohdittiin. Esille tuotiin valmistukseen tarvittava vahvempi materiaali, esimerkiksi alumiini. Työhön sisältyy valmistukseen vaadittavat piirustukset annostelulevyn ja annosteluruuvin prototyypeille.