MESOMIX - Automatisierte Farbmischmaschine - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Sind Sie ein Designer, ein Künstler oder eine kreative Person, die es liebt, Farben auf Ihre Leinwand zu werfen, aber es ist oft schwierig, den gewünschten Farbton zu erzielen.

Diese Art-Tech-Anleitung wird diesen Kampf also in Luft auflösen. Da dieses Gerät Standardkomponenten verwendet, um den gewünschten Farbton durch automatisches Mischen der richtigen Menge an CMYK-Pigmenten (Cyan-Magenta-Gelb-Schwarz) zu erzielen, wird die Zeit für das Mischen der Farben oder das Geld für den Kauf verschiedener Farben drastisch reduziert Pigmente. Und bietet Ihnen zusätzliche Zeit für Ihre Kreativität.

Lass uns hoffen, dass es dir gefällt und lass uns beginnen!

Schritt 1: Wie funktioniert es?

Es gibt grundsätzlich zwei Modelle der Farbtheorie, die wir für dieses Projekt berücksichtigen müssen.

1) RGB-Farbmodell

Das RGB-Farbmodell ist ein additives Farbmodell, bei dem rotes, grünes und blaues Licht auf verschiedene Weise addiert werden, um eine breite Palette von Farben zu reproduzieren. Der Hauptzweck des RGB-Farbmodells besteht in der Erfassung, Darstellung und Anzeige von Bildern in elektronischen Systemen wie Fernsehern und Computern, obwohl es auch in der konventionellen Fotografie verwendet wird.

2) CMYK-Farbmodell

Das CMYK-Farbmodell (Prozessfarbe, vierfarbig) ist ein subtraktives Farbmodell, das in Farbdruckern verwendet wird. CMYK bezieht sich auf die vier Tinten, die bei einigen Farbdrucken verwendet werden: Cyan, Magenta, Gelb und Key (Schwarz). Das CMYK-Modell funktioniert durch teilweises oder vollständiges Maskieren von Farben auf einem helleren, normalerweise weißen Hintergrund. Die Tinte reduziert das Licht, das sonst reflektiert würde. Ein solches Modell wird als subtraktiv bezeichnet, weil Tinten die Helligkeit von Weiß "subtrahieren".

In additiven Farbmodellen wie RGB ist Weiß die "additive" Kombination aller primärfarbigen Lichter, während Schwarz die Abwesenheit von Licht ist. Beim CMYK-Modell ist es umgekehrt: Weiß ist die natürliche Farbe des Papiers oder eines anderen Hintergrunds, während Schwarz aus einer vollständigen Kombination farbiger Tinten resultiert. Um Geld für Tinte zu sparen und tiefere Schwarztöne zu erzeugen, werden ungesättigte und dunkle Farben erzeugt, indem schwarze Tinte anstelle der Kombination von Cyan, Magenta und Gelb verwendet wird.

Schritt 2: Der Mechanismus

Wie es im Abschnitt "Wie es funktioniert?" Schritt, dass sowohl RGB- als auch CMYK-Farbmodelle in diesem Gerät verwendet werden.

Daher verwenden wir das RGB-Modell, um den RGB-Farbcode an die Maschine zu übergeben, während das CMYK-Modell für die Farbtonerzeugung durch Mischen von CMYK-Pigmenten verwendet wird, bei denen das Volumen der weißen Farbe konstant ist und manuell hinzugefügt wird.

Um das bestmögliche Verfahren zum Bau dieser Maschine herauszufinden, skizzierte ich ein Flussdiagramm, um das Gesamtbild in meinem Kopf zu klären.

Hier der Plan, wie es weitergeht:

• Die RGB-Werte und die Lautstärke der weißen Farbe werden über den seriellen Monitor gesendet.
• Dann werden diese RGB-Werte mithilfe der Umrechnungsformel in CMYK-Prozentsätze umgewandelt.

Die Werte R, G, B werden durch 255 geteilt, um den Bereich von 0..255 auf 0..1 zu ändern:

R' = R/255 G' = G/255 B' = B/255 Die Farbe des schwarzen Schlüssels (K) wird aus den Farben Rot (R'), Grün (G') und Blau (B') berechnet: K = 1-max(R', G', B') Die Farbe Cyan (C) wird aus den Farben Rot (R') und Schwarz (K) berechnet: C = (1-R'-K) / (1-K) Die Farbe Magenta (M) wird aus den Farben Grün (G') und Schwarz (K) berechnet: M = (1-G'-K) / (1-K) Die Farbe Gelb (Y) wird aus Blau berechnet (B') und schwarze (K) Farben: Y = (1-B'-K) / (1-K)

• Als Ergebnis erhielt ich CMYK-Prozentwerte dieser erforderlichen Farbe.
• Jetzt müssen alle Prozentwerte in die Volumen C, M, Y und K umgewandelt werden, indem jeder Prozentwert mit dem Volumen der weißen Farbe multipliziert wird.

C(ml) = C(%) * Volumen der weißen Farbe (x ml)

M(ml) = M(%) * Volumen weißer Farbe (x ml) Y(ml) = Y(%) * Volumen weißer Farbe (x ml) K(ml) = K(%) * Volumen weißer Farbe (xml)

Dann werden diese C-, M-, Y- und K-Volumen mit den Schritten pro Umdrehung des jeweiligen Motors multipliziert

Erforderliche Schritte zum Pumpen Farbe = Farbe (ml) * Schritte/Umdrehung des jeweiligen Motors

Und das war's, damit wird jede Farbe gepumpt, um eine Mischung von Farben zu bilden, die mit dem genauen Volumen der weißen Farbe gemischt wird, um den gewünschten Farbton zu bilden.

Schritt 3: Das Design

Ich habe mich entschieden, es in SolidWorks zu entwerfen, da ich in den letzten 2 Jahren daran arbeite, und habe all meine Fähigkeiten in den Bereichen Konstruktion, subtraktive Fertigung und additive Fertigung in der Konstruktionsphase angewendet, während ich alle Parameter im Hinterkopf hatte, einschließlich der Verwendung von Eigenkomponenten, kompakt und Desktop-freundliches Design, präzise und dennoch schnell und kostengünstig.

Nach wenigen Iterationen habe ich dieses Design entwickelt, das alle meine Anforderungen erfüllt, und ich bin mit den Ergebnissen sehr zufrieden.

Schritt 4: Was brauchen wir?

Elektronische Bauteile:

• 1x Arduino Uno
• 1x GRBL-Schild
• 4x A4988 Stepper-Treiber
• 1x DC-Buchse
• 1x 13cmx9cm Wippschalter
• 4x Nema 17
• 2x 15cm RGB-LED-Streifen
• 1x Summer
• 1x HC-05 Bluetooth

Hardware-Komponenten:

• 24x 624zz Lager
• 4x 50cm langer Silikonschlauch (6mm Außendurchmesser und 4mm Innendurchmesser)
• 1x 100 ml Messzylinder
• 5x 100 ml Becher
• 30x M3x15 Schrauben
• 30x M3-Muttern
• 12x M4x20 Schrauben
• 16x M4x25 Schrauben
• 30x M4 Muttern
• und einige M3- und M4-Unterlegscheiben

Werkzeuge:

• Laser-Schneide-Maschine
• 3D Drucker
• Inbusschlüssel
• Zange
• Schraubenzieher
• Lötkolben
• Klebepistole

Schritt 5: Laserschneiden

Ursprünglich entwarf ich den Rahmen aus Sperrholz, stellte aber fest, dass 6 mm MDF auch für diese Maschine geeignet ist, aber das einzige Problem mit MDF ist, dass es anfällig für Feuchtigkeit ist und es sehr wahrscheinlich ist, dass Tinte oder Pigmente verschüttet werden auf den Platten.

Um dieses Problem zu lösen, habe ich ein schwarzes Vinylblatt verwendet, das nur ein paar Dollar zu den Gesamtkosten hinzufügt, aber der Maschine ein tolles mattes Finish verleiht.

Danach war ich bereit, meine Platten mit einer Lasermaschine zu schneiden.

Ich hänge die Dateien unten an und habe dieses Logo bereits aus der Datei entfernt, damit Sie Ihre ganz einfach hinzufügen können:)

Schritt 6: 3D-Druck

Ich habe verschiedene Pumpentypen ausprobiert und nach vielen Recherchen festgestellt, dass Schlauchpumpen perfekt zu meinen Anforderungen passen.

Aber die meisten davon im Internet sind die Pumpen mit Gleichstrommotoren, die nicht so präzise sind und einige Probleme bei der Steuerung verursachen können. Andererseits gibt es einige Pumpen mit Schrittmotoren, aber ihre Kosten sind ziemlich hoch.

Also entschied ich mich für eine 3D-gedruckte peristaltische Pumpe, die einen Nema 17-Motor verwendet, und zum Glück kam ich über einen Link auf Thingiverse, wo SILISAND einen Remix von RALFs Peristaltic Pump gemacht hat. (Besonderer Dank an SILISAND und RALF für ihr Design, das mir sehr geholfen hat.)

Also habe ich diese peristaltische Pumpe für mein Projekt verwendet, was die Kosten drastisch reduziert hat.

Aber nachdem ich alle Teile gedruckt und getestet hatte, stellte ich fest, dass sie für diese Anwendung nicht ganz perfekt sind. Dann habe ich das Schlauchdruckrohr bearbeitet, indem ich seine Krümmung erhöht habe, damit es mehr Druck auf den Schlauch ausüben kann, und auch das Oberteil der Halterungshalterung bearbeitet, um mehr Halt auf der Motorwelle zu bieten.

Meine 3D-Druckereinstellungen:

• Material (PLA)
• Schichthöhe (0,2 mm)
• Schalendicke (1,2 mm)
• Fülldichte (30%)
• Druckgeschwindigkeit (50 mm/s)
• Düsentemperatur (210°C)
• Unterstützungstyp (überall)
• Plattform-Adhäsionstyp (keine)

Sie können alle Dateien herunterladen, die in diesem Projekt verwendet werden -

Schritt 7: Die Lagerhalterung

Zur Montage der Lageraufnahme benötigen wir folgende Teile:

• 1x 3D gedruckte Lagerhalterung unten
• 1x 3D gedruckte Lagerhalterung oben
• 6x 624zz Lager
• 3x M4x20 Schrauben
• 3x M4 Muttern
• 3x M4 Abstandshalter
• M4 Inbusschlüssel

Setzen Sie, wie in den Bildern beschrieben, alle drei M4x20-Schrauben in die 3D-gedruckte Lagerhalterungsoberseite ein. Danach legen Sie eine M4-Unterlegscheibe gefolgt von zwei 624zz-Lagern und einer weiteren Unterlegscheibe in jede Schraube ein. Setzen Sie dann die M4-Muttern in die Unterseite der 3D-gedruckten Lagerhalterung ein und ziehen Sie die Schrauben fest, indem Sie die untere Halterung platzieren.

Befolgen Sie das gleiche Verfahren, um die anderen drei Lagerhalterungen herzustellen.

Schritt 8: Rückwand vorbereiten

Zur Montage der Rückwand benötigen wir folgende Teile:

• Lasergeschnittene Rückwand
• 4x 3D gedruckte Pumpenbasis
• 16x M4 Muttern
• 8x M3x16 Schrauben
• 8x M3-Unterlegscheiben
• 4x Nema 17 Schrittmotor
• M3 Inbusschlüssel

Um die Rückwand vorzubereiten, nehmen Sie die 3D-gedruckte Pumpenbasis und setzen Sie die M4-Muttern in die Schlitze auf der Rückseite der Pumpenbasis ein, wie in den Bildern gezeigt. Bereiten Sie die anderen drei Pumpensockel auf ähnliche Weise vor.

Richten Sie nun den Nema 17 Schrittmotor von hinten an den Schlitzen auf der Rückseite aus und montieren Sie die Pumpenbasis mit dem M3x15 Bolzen und einer Unterlegscheibe. Montieren Sie alle Motoren und den Pumpensockel nach dem gleichen Verfahren.

Schritt 9: Zusammenbau aller Pumpen auf der Rückseite

Um alle Pumpen zu montieren, benötigen wir folgende Teile:

• Motoren und Pumpensockel montierte Rückwand
• 4x Lagerhalterungen
• 4x 3D gedruckte Schlauchdruckplatte
• 4x 3D gedrucktes Pumpenoberteil
• 4x 50cm Silikonschlauch (6mm AD und 4mm ID)
• 16x M4x25 Schrauben

Setzen Sie alle Lagerhalterungen auf die Motorwellen ein. Legen Sie dann den Silikonschlauch um die Lagerhalterungen und drücken Sie ihn mit der 3D-gedruckten Schlauchdruckplatte. Und schließen Sie die Pumpe mit dem 3D-gedruckten Pumpenoberteil mit M4x25-Schrauben.

Schritt 10: Bereiten Sie die Bodenplatte vor

Zur Montage der Bodenplatte benötigen wir folgende Teile:

• Lasergeschnittene Bodenplatte
• 1x Arduino Uno
• 1x GRBL-Schild
• 4x A4988 Stepper-Treiber
• 4x M3x15 Schraube
• 4x M3-Mutter
• M3 Inbusschlüssel

Montieren Sie Arduino Uno auf der Rückseite mit M3x15-Schrauben und M3-Muttern. Danach stapeln Sie GRBL Shield auf Arduino Uno, gefolgt von A4988 Stepper Drivers auf GRBL Shield.

Schritt 11: Boden- und Frontplatte zusammenbauen

Zur Montage der Boden- und Frontplatte benötigen wir folgende Teile:

• Lasergeschnittene Frontplatte
• Bodenplatte mit Elektronik bestückt
• 6x M3x15 Schrauben
• 6x M3-Muttern
• 3D-gedruckter Becherhalter

Setzen Sie die Bodenplatte in die unteren Schlitze der Frontplatte ein und befestigen Sie sie mit M3x15-Schrauben und M3-Muttern. Befestigen Sie dann den 3D-gedruckten Becherhalter mit den M3x15-Schrauben und M3-Muttern.

Schritt 12: Legen Sie die Röhrchen in den 3D-gedruckten Röhrchenhalter ein

Zur Montage der Boden- und Frontplatte benötigen wir folgende Teile:

• Vollständig montierte Rückwand
• 3D-gedruckter Schlauchhalter

Führen Sie in diesem Schritt alle vier Rohre in die Löcher des 3D-gedruckten Rohrhalters ein. Und stellen Sie sicher, dass ein Schlauch durch den Halter ragt.

Schritt 13: Montieren Sie die vier Platten zusammen

Zur Montage der Front-, Rück-, Ober- und Bodenplatte benötigen wir folgende Teile:

• Montage der Vorder- und Unterseite
• Rückwandmontage
• Oberseite
• Kühler weißer LED-Streifen

Um all diese Platten zusammenzubauen, befestigen Sie zuerst den Tubenhalter oben auf dem Becherhalter. Kleben Sie dann die LED-Streifen auf die Unterseite des oberen Panels und stecken Sie dann das obere Panel in die Schlitze der Rück- und Frontplatte.

Schritt 14: Montieren Sie die Motorkabel und die Seitenwände

Um die Motorkabel und die Seitenwände zu montieren, benötigen wir folgende Teile:

• Vier Platten montiert
• 4x Motorkabel
• Seitenleiste
• 24x M3x15 Schrauben
• 24x M3-Muttern
• M3 Inbusschlüssel

Führen Sie die Drähte in die Schlitze des Motors ein und schließen Sie beide Seitenwände. Und befestigen Sie die Paneele mit M3x15 Schrauben und M3 Muttern.

Schritt 15: Verkabelung

Folgen Sie dem Schaltplan, um die gesamte Elektronik wie folgt zu verdrahten:

Befestigen Sie die DC-Buchse im Schlitz der Rückwand und verbinden Sie die Drähte mit den Stromanschlüssen des GRBL-Shields

Stecken Sie dann die Drähte des Motors in die Klemmen des Stepper Drivers wie folgt:

X-Stepper-Treiber (GRBL-Abschirmung) - Cyan-Motorkabel

Y-Stepper-Treiber (GRBL-Abschirmung) - Magenta-Motorkabel

Z-Stepper-Treiber (GRBL-Abschirmung) - Gelbes Motorkabel

A-Stepper-Treiber (GRBL-Abschirmung) - Schlüsselmotorkabel

Hinweis: Verbinden Sie die A-Step- und A-Direction-Jumper des GRBL-Shields mit Pin 12 bzw. Pin 13. (Die Jumper für A-Step und A-Direction befinden sich über den Power Terminals)

Verbinden Sie das HC-05 Bluetooth mit den folgenden Anschlüssen -

GND (HC-05) - GND (GRBL-Schirm)

5V (HC-05) - 5V (GRBL-Schirm)

RX (HC-05) - TX (GRBL-Schild)

TX(HC-05) - RX(GRBL-Schild)

Schließen Sie den Summer an den folgenden Anschlüssen an -

-ve (Summer) - GND (GRBL-Schild)

+ve (Summer) - CoolEn Pin (GRBL-Schild)

Hinweis: Versorgen Sie dieses Gerät mit mindestens 12V/10A Netzteil

Schritt 16: Kalibrierung der Motoren

Verbinden Sie nach dem Einschalten der Maschine das Arduino über ein USB-Kabel mit dem Computer, um die Kalibrierungsfirmware auf dem Arduino Uno zu installieren.

Laden Sie den unten angegebenen Kalibrierungscode herunter und laden Sie ihn auf das Arduino Uno hoch und führen Sie die folgenden Anweisungen aus, um alle Motorschritte zu kalibrieren.

Öffnen Sie nach dem Hochladen des Codes den seriellen Monitor mit der Baudrate von 38400 und aktivieren Sie sowohl CR als auch NL.

Geben Sie nun den Befehl zum Kalibrieren der Motorpumpen:

ANFANG

Das Argument "Pump to Calibrate" wird benötigt, um dem Arduino zu befehlen, auf welchen Motor kalibriert werden soll und Werte annehmen kann:

C => Für Cyan-Motor

M => Für Magenta-Motor Y => Für Gelb-Motor K => Für Schlüsselmotor

Warten Sie, bis die Pumpe die Farbe in das Röhrchen geladen hat.

Reinigen Sie den Kolben nach dem Laden, wenn etwas Farbe hineinkommt. Der Arduino wartet, bis Sie den Bestätigungsbefehl senden, um mit der Kalibrierung zu beginnen. Senden Sie "Ja" (ohne Anführungszeichen), um die Kalibrierung zu starten.

Jetzt pumpt der Motor die Farbe in die Flasche, die wir mit einem Messzylinder messen werden.

Sobald wir den gemessenen Wert der gepumpten Farbe haben, können wir die Schritte pro Einheit (ml) für den ausgewählten Motor anhand der angegebenen Formel ermitteln:

5000 (Standardschritte)

Schritte pro ML = -------------------- Messwert

Geben Sie nun den Wert für Schritte pro Einheit (ml) für jeden Motor im Hauptcode in die angegebenen Konstanten ein:

Zeile 7) const float Cspu => Hält den Wert für Steps per Unit of Cyan Motor

Zeile 8) const float Mspu => hält den Wert für Schritte pro Einheit von Magenta Motor line 9) const float Yspu => hält den Wert für Schritte pro Einheit von Gelb Motor line 10) const float Kspu => hält den Wert für Schritte pro Einheit des Schlüsselmotors

HINWEIS: Alle Schritte und Verfahren zur korrekten Kalibrierung der Motoren werden während der Kalibrierung auf dem seriellen Monitor angezeigt

Schritt 17:

Schritt 18: Codierung

Nach dem Kalibrieren der Motoren ist es an der Zeit, den Hauptcode zum Erstellen von Farben herunterzuladen.

Laden Sie den unten angegebenen Hauptcode herunter und laden Sie ihn auf das Arduino Uno hoch und verwenden Sie die verfügbaren Befehle, um diese Maschine zu verwenden:

LOAD => Wird verwendet, um das Farbpigment in die Silikonröhre zu laden.

CLEAN => Wird verwendet, um das Farbpigment in die Silikonröhre zu entladen. SPEED => Wird verwendet, um das Saugvermögen des Geräts zu aktualisieren. Nehmen Sie den ganzzahligen Wert, der die Drehzahl der Motoren darstellt. Die Standardeinstellung ist 100 und kann von 100 auf 400 aktualisiert werden. PUMP => Wird verwendet, um dem Gerät den Befehl zu geben, die gewünschte Farbe zu erzeugen. nimmt den ganzzahligen Wert an, der den Rot-Wert darstellt. nimmt den ganzzahligen Wert an, der den Green-Wert darstellt. nimmt den ganzzahligen Wert an, der den blauen Wert darstellt. nimmt den ganzzahligen Wert an, der das Volumen der weißen Farbe darstellt.

HINWEIS: Bevor Sie diesen Code verwenden, stellen Sie sicher, dass die Werte der Standardschritte für jeden Motor aus dem Kalibrierungscode aktualisiert werden

Schritt 19: Und wir sind FERTIG

Du bist endlich fertig! So sollte das Endprodukt aussehen und funktionieren.

Klicken Sie hier, um es in Aktion zu sehen

Schritt 20: Zukünftiger Umfang

Da es mein erster Prototyp ist, der weitaus besser ist als ich erwartet hatte, aber ja, es erfordert viel Optimierung.

Hier sind einige der folgenden Upgrades, die ich für die nächste Version dieser Maschine suche -

• Experimentieren mit verschiedenen Tinten, Farben, Farben und Pigmenten.
• Entwicklung einer Android-App, die eine bessere Benutzeroberfläche bieten kann, indem wir Bluetooth verwenden, das wir bereits installiert haben.
• Installation eines Displays und eines Drehgebers, die es zu einem eigenständigen Gerät machen können.
• Werde nach besseren und zuverlässigen Pumpoptionen suchen.
• Installation von Google Assistance, die es reaktionsschneller und intelligenter machen kann.

Schritt 21: BITTE ABSTIMMEN

Wenn Ihnen dieses Projekt gefällt, stimmen Sie es bitte für den Wettbewerb "Erstmaliger Autor" ab.

Wirklich sehr geschätzt! Ich hoffe, euch hat das Projekt gefallen!

Zweiter in den Farben des Regenbogens Wettbewerb