집에서 직접 만드는 DIY 숙제 작성 머신 (펜 플로터)

부품 및 소모품

Arduino UNO	×	1
SG90 마이크로 서보 모터	×	1
SparkFun 스테퍼 모터 드라이버 보드 A4988	×	1

필요한 도구 및 장비

3D 프린터 (범용)

앱 및 온라인 서비스

Arduino IDE

프로젝트 소개

드로잉 로봇/펜 플로터/드로잉 머신은 유명한 AxiDraw의 오픈 하드웨어 버전으로, 거의 모든 평평한 표면에 글쓰기나 드로잉이 가능한 펜 플로터입니다. 펜, 영구 마커, 연필 등 다양한 필기구를 사용해 무한한 응용이 가능합니다.

독특한 디자인의 라이팅 헤드가 머신 밖으로 확장되어 머신보다 큰 물체에도 드로잉할 수 있습니다. 최대 장점은 코어 XY 확장 설계 덕분에 책을 머신 위에 올려놓고 작업할 수 있다는 점입니다.

이 드로잉 로봇은 아두이노 우노 컨트롤러, CNC 쉴드, GRBL 펌웨어로 구동되며, 상용 AxiDraw와 유사합니다.

부품 구매처와 기보유 부품에 따라 제작 비용은 $75~입니다.

내 모든 프로젝트: https://www.diyprojectslab.com/

최대 드로잉 영역: 24 × 30 cm.

Thank You NextPCB

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1단계: 부품 및 자재

기계 부품:

• Nema 17 스테퍼 모터 2개
• X축용 M8 × 450mm 리니어 로드 2개
• Y축용 M8 × 350mm 리니어 로드 2개
• Z축용 3mm 리니어 로드 2개 (구형 CD-ROM에서 재활용 가능)
• M8 × 480mm 나사 로드 1개
• LM8UU 베어링 8개
• SG90 서보 1개
• 스프링 5mm (볼펜 스프링 활용)
• GT2 풀리 16톱니 2개
• 624zz 베어링 5개
• 2000mm GT2 벨트 1개
• Arduino Uno 1개
• CNC 쉴드 1개
• A4988 스테퍼 드라이버 (히트싱크 포함) 2개
• 점퍼 6개
• 12V 2A 파워 서플라이 1개

너트: M3-0.5 7개, M4-0.7 5개, 5/16in-18 4개

나사: 필립스 M3-0.5×16mm 13개, M3-0.5×6mm 4개, M4-0.7×35mm 5개, 육각 M3-0.5×20mm 1개

와셔: 5/16in 4개, M3 4개

2단계: 3D 프린팅

• Thingiverse에서 파일 다운로드
• Cura 또는 다른 슬라이서에서 3D 모델 열기
• 모든 부품 75% 인필 (70~100% 모두 괜찮음)
• 레이어 높이 0.10~0.20mm로 프린트
• PLA 필라멘트 사용
• 펜 홀더, 슬라이더, X_Support_L, X_Support_R에 서포트 사용
• 가장 긴 부품 약 10시간, 가장 짧은 부품 약 30분 소요
• PLA로 충분. 200°C, BuildTak에서 프린트. 래프트/브림 불필요. 펜 홀더와 Z축 엔드 플레이트만 서포트 권장

3단계: X축 조립

(2) 350mm와 (2) 450mm 리니어 로드가 필요합니다.

• (2) 450mm 리니어 로드를 X-서포트 파트에 삽입
• 삽입 구멍이 거칠면 둥근 줄로 다듬기
• 고무 망치로 로드 삽입 도움
• 나사 로드를 아래 구멍에 삽입하고 양쪽에 5/16인치 와셔와 너트 체결

4단계: X축 베어링 조립

• LM8UU 베어링을 탑/바텀 클램셸 제자리에 밀어 넣기 (각각 4개씩)
• 624zz 베어링 4개를 3D 프린트 아이들러 풀리에 장착. 5번째는 Y축 조립 시 사용
• X축 (캐리지) 조립: M3-0.5×20mm 나사 4개, M3 너트 4개, M3 와셔 4개, 아이들러 풀리가 장착된 624zz 베어링 4개 사용. 나사에 와셔 통과, 베어링에 걸치고 너트로 고정
• X축 (X-서포트) 조립: 클램셸을 450mm X축 리니어 로드에 슬라이드. 고무 망치로 마지막 X-서포트 부착. 로드가 양쪽으로 동일하게 돌출되게 함. 나사 로드 다른 끝을 X-서포트 구멍에 통과시키고 마지막 너트/와셔 세트로 고정. X-서포트당 필립스 M3-0.5×16mm 나사 2개로 리니어 로드 미끄러짐 방지

5단계: Y축 조립

Y-백:

• (2) 350mm 리니어 로드를 Y-백 파트에 고무 망치로 삽입
• M4-0.5×35 나사 1개, M4 너트 1개, 5번째 624zz 베어링 준비
• M3-0.5×16 나사 2개로 리니어 로드 고정
• 나사를 Y-백 파트에 통과시킬 때 베어링 함께 슬라이드

Y-프론트:

• 리니어 로드/Y-백 어셈블리를 LM8UU 베어링에 슬라이드하고 고무 망치로 Y-프론트 파트 부착

6단계: X-Y축 벨트 조립

• 니들 노즈 플라이어로 GT2 벨트를 클램셸에 쉽게 안내
• 벨트 양끝을 베이스 슬라이더의 '톱니'에 통과
• 벨트는 팽팽하게, 헐겁지 않게
• 벨트 장착 후 클램셸이 쉽게 움직이지 않는 것은 정상

7단계: Z축 조립

• (2) 3mm 리니어 로드와 3D 프린트 파트 (슬라이더, 펜 홀더, 베이스 슬라이드, 3mm 엄지 나사) 준비
• 육각 M3-0.5×20mm 나사와 미터 엄지 나사를 결합, 슈퍼글루로 고정
• M3-0.5×16mm 나사 3개로 베이스 슬라이드를 Y-프론트 파트에 고정 (M3-0.5 너트 3개 필요할 수 있음)
• 슬라이더와 펜 홀더를 결합해 한 조각으로 만듦
• 새 파트와 (2) 3mm 리니어 로드로 로드를 구멍에 통과. 두 파트 사이에 작은 스프링 배치해 슬라이더를 들어올리는 압력 생성. 적절한 압력이 될 때까지 스프링 길이 조절

8단계: 전자부품

아두이노 우노 CNC 쉴드 사용 권장

• A4988 스테퍼 모터 드라이버 4개
• A4988 드라이버용 익스팬션 보드
• 아두이노 우노: 히트싱크를 A4988 드라이버에 부착
• 4개 A4988 드라이버를 익스팬션 보드에 장착, 아두이노와 연결 후 배선 완료
• 쉴드에 내장된 마이크로스테핑 제어로 1/16 또는 1/32 스텝까지 제어 가능 (대형 CNC는 풀/하프 스텝). 정밀도 향상되나 모터 발열 증가
• 모드 핀 쇼트로 마이크로스테핑 모드 설정. 조합별 해상도 차트 참조
• 쉴드 프로그래밍 후 A4988 드라이버 장착 및 나머지 전자부품 배선
• 스테퍼 모터 코일 찾기: 멀티미터로 두 선 간 저항 측정. 저항 있으면 코일. 회로도에서 동색 선이 한 코일

9단계: 소프트웨어

필수 소프트웨어:

• Inkscape (그래픽 디자인 소프트웨어, 그리기/가져오기)
• Inkscape MI GRBL 익스텐션 (그래픽을 G-코드로 변환)
• Universal G Code Sender (G-코드를 로봇에 전송해 드로잉 동작 유발)
• GRBL (아두이노 우노에 프로그래밍되는 펌웨어)

다운로드 링크:

• Arduino: https://www.arduino.cc/en/software
• Universal G-code sender: https://winder.github.io/ugs_website/
• Inkscape: https://inkscape.org/release/inkscape..
• 4xiDraw & km laser: 구글 드라이브
• Processing: https://processing.org/download/
• drawing to G-code processing: 구글 드라이브

전체 설정 방법은 영상 참조

10단계: 드로잉 머신 작동

(작동 영상 및 사진 참조)

코드

• grbl 코드

grbl 코드

/***********************************************************************
이 스케치는 Grbl을 328p 기반 아두이노에 컴파일/업로드합니다!
사용법:
- Grbl 소스 코드를 아두이노 IDE에 임포트했는지 확인 (Github 웹사이트에 상세 지침)
- 툴 드롭다운에서 아두이노 보드와 시리얼 포트 선택
참고: Grbl은 우노 같은 328p 기반 아두이노만 공식 지원. 다른 보드는 작동 안 할 수 있음!
- '업로드' 클릭. 끝!
고급 사용자: Grbl이 할 수 있는 다른 것들을 보려면, 아두이노 IDE가 Grbl 소스 파일을 저장한 파일 시스템 위치로 이동해 'config.h' 파일을 텍스트 에디터로 여세요. 수십 개의 기능 설명과 #define이 있습니다. #define을 주석 처리/해제하거나 값 변경 후 저장하고 '업로드' 클릭.
Copyright (c) 2015 Sungeun K. Jeon
MIT 라이선스로 배포. license.txt 참조.
***********************************************************************/
#include <grbl.h> // 이 파일 수정 금지!

회로도