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3Dプリンタとペンプロッタはほとんど似たようなものなので、アタッチメントをつけて簡単にペンプロッタ化してみた。アタッチメントはこんな感じ。4〜5回施策してプリントしていい感じになった。STLなどは Thingiverse に上げた

  • 簡単につけかえできること
  • それなりに精度が出ること (0.5mmぐらい)
  • ペンをあまり選ばないこと

を要件にして、スライド式のペンホルダと、本体へのアタッチメントという構成に。ステッピングモータに被せて設置する形にすることで脱着を簡単にした。

試行錯誤の経過:ペン先がブレすぎてダメだった例


剛性をあげたりスライド方式をみなおした例

Simplify3D の設定

  • Extruder
    • Retraction Vertical Lift を 3mm などに (ペンを上げる動作)
    • Extrusion Width はペン先の太さに (適当でもよい)
  • Layer
    • Primary Layer Height 0.2mm
    • Outline/Perimeter Shells 1
  • Temperature
    • Primary Extruder
      • アンチェック Wait for temperature controller to stabilize before beginning build
      • 温度を20℃に
    • Heated Bed
      • アンチェック Wait for temperature controller to stabilize before beginning build
      • 温度を20℃に
  • G-code
    • アンチェック 5D firmware (include E-dimension) (E軸のコードが出力されなくなる = エクストルーダが無効になる)
    • Build volume X-Axis: 224 (250-26) Y-Axis: 131 (210-79)
    • Origin offset: -26mm -79mm
  • Scripts 後述
  • Advanced
    • Start printing at height 0.6mm
    • Stop printing at height 0.8mm
    • アンチェック Minimum travel for retraction

Top Solid Layers / Bottom Solid Layers を0にすれば輪郭だけ出せる。

Starting Script

M115 U3.0.7 ; tell the printer latest firmware varsion available
G28 W ; home all without mesh bed level
G80 ; mesh bed leveling
G0 Z10
G0 X40 Y100 F4000
G0 Z0.8
M0 Click to continue
G0 Z10

メッシュレベリングしてZ軸を出したあと、適当な位置に移動して、Z0.8 にする。この高さが基準なので、M0 で一旦マシンを止める。ペン先を出して、少しテンションがかかるように調整して紙に接触するようにする。この状態でマシンをボタンを押すとプロットが始まるはず。

Ending Script

M104 S0 ; turn off temperature
M140 S0 ; turn off heatbed
M107 ; turn off fan
G0 Z10
G1 X0 Y200; home X axis
M84 ; disable motors

Z10 にして退避させてる。

データの作りかた

Simplify3D を使う場合、入力データはSTLなので、適当に厚みをつけてやる必要がある。

単に文字を出すだけなら OpenSCAD がお手軽

linear_extrude(height = 1) {
    text("テスト", size=20, font="Noto Sans CJK JP:style=Black", spacing=0.9);
}

こんな感じで任意のフォントで文字を出せる。

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要件

  • PCで再生させた曲と電子ピアノの音をミックスしたい
  • 出力を3人で同時にヘッドフォンで聞きたい
    • この際、ヘッドフォンの種類が違う場合でも音量を揃えたい

普通だとステレオミキサ+複数出力のヘッドフォンアンプでやることだけど、電源の管理が面倒なので機器を増やしたくなく、これを同時にやる方法が見つからないので自作することにした。

動機

PCで再生させながらピアノの練習をしたりする必要があるんだけど、ピアノをひいてるとそっちの音しか聞こえなくなってしまうことがあり、特に子どもの場合走ってリズムがどんどんずれるので、自然と聞けるようになんとかしたい。

仕様

入出力

  • 3ステレオ入力 VR なし
    • 入力側の装置で音量調整できるので
  • 3ステレオ出力 VR あり
    • ヘッドフォンの種類が違う場合に音量を揃えるため

電源

  • 9V 電池をレールスプリットして両電源にする (±4.5V)
    • 実際は 8.4V の充電式リチウムイオン電池 006P 型
    • 出力コンデンサを省略したいので (小型化のため)
    • 100kΩで分圧し、中点を出力電流の多いオペアンプで増幅安定化させる

NiMH 1.2V 4本で±2.4Vとかでもいいかもしれないけど、小型にしたい+ミキサーの飽和電圧を上げたい+006P型リチウムイオン電池が1つ余っている、のでこういう感じに。

ミキサー部

増幅率1倍の反転増幅回路で特に変なことはしてない。アナログ加算回路

アンプ部

ミックスされたものを3つのオペアンプでそれぞれ増幅して出力する。これも増幅率1倍の反転増幅回路。ミキサー部でも反転させてるので位相は元に戻る。直接ヘッドフォンをドライブするので、ここも出力電流が多めのものにしておく。

回路図

オペアンプの品種が適当になっているが、実際に使ったのは全て NJM4556ADD。

消費電力

先に計算しておくべきだが面倒くさくてやってなかった。おかげで失敗。

オペアンプ1つの消費電流が6mA (±4.5V)、これが5つで30mA → 回路全体の実測で 37.5mA。常時バッテリー駆動するにはちょっと多すぎる。

電池が300mAhだと8時間しかもたない……

省電力な NJM022BD で 0.250mA なら、5つで1.25mA。これで10日ぐらい。

どっちにしろ、素直に電源スイッチかアダプタをつけたほうがよさげ、ということでACアダプタをつけて常時通電するようにした。

ケース

例によって KiCAD + FreeCAD kicadStepUp で 3D モデルをつくり、Fusion360 で読みこんで適当に設計したのを 3D プリントした。



ref.

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03604/
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gC-02460/
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04623/
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00207/
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02683/

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こういう感じでケースにおさめた。

基板

あまり部品はないので片面基板を自力で切削加工して作った。1度目はいろいろとリワークが発生してしまったので2度目の基板。しかし 1PPS の出力をつけわすれていたので、あとからつけくわえている。

MCP4725 だけ少し厳しいピッチだが問題なかった。切削の場合デザインルールで0.3mmぐらいにしないと厳しいが、どうしてもルールをやぶらざるを得ない部分が出てきたりする。

電源に村田製作所製のフルモールド2出力降圧DC-DCコンバータを使っている。MCU など用の 5V と、OCXO 用の 12V を十分余裕を持って出力できる。ただし入力電圧が16V〜40Vと若干高い。24V入力で使っている。

ケース

YONGU Enclosure というところのケース 145*54*150 を
Aliexpress で買った。割と安い。買ったあと「3D CAD ファイルある?」と聞いたらすぐ送ってくれて便利。まぁこれはサイトに載せといてくれれば手間にならないんだけど。

こういう前後パネルがフラットな板のタイプだと加工しやすいので、好んで使っている。

3Dモデルづくり

穴あけやパネルのデザインのため、できるだけ3Dモデルを作るようにしている。パーツごとの干渉を前もって知れたりするので便利。今回はケーブリングもモデリングするようにした。ここを省略すると曲げ半径的に無理があって蓋がしめられないということもあるので……

厳密でなくても良い汎用部品なんかだと、GrabCad で STEP ファイルが得られたりする。SMA コネクタとかは GrabCad からダウンロードしたものに手を加えて使ってる。

Fusion360 の場合、このモデルからさらにパネルのCNC切削Gコードまで持っていけるので楽。Engraving のパスがバグってて困るが……

切削など


文字は30°のVカッターで掘りこみ。これはZ精度が必要なので、加工箇所ごとにわけてGコードを作ってから、加工箇所ごとにZをぴったりあわせたほうが良さげだった。掘っただけで色は入れていないけど、もともと黒のアルマイト加工がされているので、地色を出すだけでコントラスト的に白色に見える。あと、やすりをかけられないのでカッターの切れ味がよくないとつらい。

他の加工はほぼ普通の穴あけ。ただしディスプレイのところだけ傾斜をつける加工をした。これは等高線で降りていく加工にした。0.03mmぐらいで降りるようにしてみたが一切加工段は見えないので、もうちょっと荒くてもよかったと思う。

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