Power Box - Nosso Primeiro Produto Comercial

Criamos nosso primeiro produto para ser comercializado!!
Foi meio fora de nosso planejamento e aqui cabe um pequena história.

Como já narramos nesse post, optamos por trabalhar com o sistema RepRap de impressoras 3D. Ele usa uma placa Arduino ligada a uma placa controladora chamada RAMPS.
A RAMPS que usamos é a 1.4, um modelo largamente utilizado e bem conhecido, sem grandes surpresas os mistérios.
Existe uma versão mais recente, 1.5, que estamos evitando até que mais pessoas a tenham usado e testado.
a 1.4 é segura e confiável mas, descobrimos, não foi criada para um uso muito intenso.
Ela possui 3 semicondutores de óxido metálico (MOS ou MOSFET, de "Metal Oxide Semicondutor Field Effect Transistor). 

A RAMPS 1.4 e os 3 Mosfets

Esses componentes desviam para si uma carga elétrica que entra em um circuito. Eles permitem a passagem da carga de forma mais eficiente, com menos geração de calor. Dessa forma, mais potência pode ser transferida para a saída.
Esses 3 Mosfets controlam, cada um, uma parte da Ramps. Um controla a energia usada para derreter o plastico, outro controla o aquecimento da base e o terceiro alimenta os circuitos restantes da placa. 
Em um uso normal, pode acontecer de a temperatura dos Mosfets subir aos 80º centígrados ou mais! Mas, sob uma utilização intensa e exigente, a temperatura pode ir muito mais além.
Como eu estava usando a impressora em testes, de forma ostensiva, mesmo tendo uma boa ventilação, um dos Mosfets se queimou.
Aprendi que qualquer pessoa que tenha uma RepRap vai queimar uma Ramps um dia. A pessoa pode fazer usos bem simples mas, eventualmente, vai tentar um projeto maior e mais complexo. 

Minha Ramps 1.4 com o Mosfet queimado. O calor foi tanto, que a solda da base derreteu!

Entendi que seria necessário um sistema mais eficiente de dissipação de calor, para não ter que me preocupar com isso novamente.  
Sem condições ou tempo para redesenhar uma Ramps, optei por outra abordagem, mais barata, rápida e segura.
Decidi criar um módulo externo para fixar a parte eletrônica, tirando-a do contato com a estrutura da impressora. Precisava ser algo com excelente refrigeração, facilidade de acesso e, seguindo a filosofia RepRap, tinha que ser um projeto barato e simples de ser montado pelos usuários.

A primeira coisa a fazer, era tirar da RAMPS o excesso de calor que seus Mosfets produzem. Providenciei dois Mosfets externos, de maior resistência que os da Ramps, já com um sistema de dissipação de calor eficiente.

O Mosfet externo. Ele desvia a energia para si e substitui as funções do da RAMPS.

Providenciei um ventilador pequeno para cada um dos Mosfets externos e mais dois, para resfriar a Ramps.
Encontrei no Ebay alguns heatsinks (Aqueles dissipadores de calor, comuns em computadores) de desenho extremamente eficiente e material altamente condutor de calor! Comprei um para cada stepdriver (as micro placas de circuito, usadas para controlar o funcionamento dos motores da impressora).

Formato dos novos heatsinks, com maior poder de dissipação de calor

Considerando que os quatro stepdrivers também aquecem a RAMPS, optei por trocar dois deles. Apenas os que controlam os movimentos nos eixos de X e Y. O motor que controla o movimento no eixo de Z e o outro motor que movimenta o filamento plástico se movem tão lentamente, produzindo tão pouco calor que não justificaram o gasto com os novos stepdrivers.
Substituí os do eixo de X e Y, que por padrão são os Pololu A4988, por DRV8825 da Texas Instruments.

O modelo de stepdriver antigo e o novo.

O stepdriver da Texas Instruments tem algumas vantagens incríveis! Esquenta menos, trabalha com o dobro de passos que o A4988, o que representa impressões com o dobro de qualidade, ou com a mesma qualidade e o dobro de velocidade! E são quatro vezes mais silenciosos que os antigos! Tão silenciosos, que as vezes eu tenho que vir olhar se a impressora está funcionando!
Foi um achado, gostaria de te-los trocado antes!!

Desenhei uma base para as placas, saindo do conceito de caixas fechadas. Se a intenção era diminuir o calor, eu queria a maior exposição possível.

Meu projeto

Fiz arcos para segurar os ventiladores e grades no fundo, para facilitar a circulação do ar. Coloquei bases para os parafusos, de modo que nem a Arduino ou os Mosfets tocassem diretamente no plastico. (Gostei do desenho, me inspirei na Maquina do Tempo, do H. G. Wells.)

Com o desenho da "caixa" pronto, foi necessário colocar a impressora para funcionar e imprimir as peças. Eu estava decidido a não queimar outra RAMPS, então optei por fazer uma caixa temporária, já com os Mosfets externos e a refrigeração. Comprei uma lancheira plástica, cortei e furei a coitada até caber tudo. Foi com essa configuração nada convencional que coloquei a impressora para funcionar e imprimi meu projeto.

Não ficou bonito, cortei com faca quente. Mas conteve os eletrônicos e era essa a intenção.

Algumas horas de impressão e ajustes das peças depois e estava tudo pronto para aposentar a lancheira e montar o que se tornou nosso primeiro produto para venda!!

Da impressão ao produto pronto!

Seguindo a filosofia original da RepRap, vou disponibilizar de graça o projeto no site Thingverse. Assim, quem quiser construir o seu, pode baixar meu projeto e as instruções de montagem, imprimir a estrutura, comprar os Mosfets, heatsinks, stepdrivers, ventiladores e placas e montar em casa sua "Power Box" (sim, agora tem nome!!)!
Ao mesmo tempo, vou colocar a venda no eBay a coisa toda já pronta, para aqueles que querem o sistema mas não querem se dar ao trabalho de montar.

Que época maravilhosa, amigos!