Erforderliche Elektronik in kompakter Form

Den eigentlichen Anlass für den Bau unseres Plotters lieferte ein Test der neu erschienenen Bam&Dice-Due-Maschinensteuerung. Sie besteht aus mehreren Bestandteilen. Die Basis bildet ein Arduino Due, der einen leistungsfähigen ARM-Cortex-M3-Mikrocontroller hat. Darauf aufgesteckt wird die Bam&Dice-Platine. Sie hat eine Vielzahl von Anschlüssen für Sensoren und Aktuatoren, Eprom-Speicher, aber auch ein WLAN-Modul auf Basis des populären ESP8266-1-Moduls. Optisch am auffälligsten sind aber die fünf Steckplätze für die Motortreiber. Die Motortreiber für die Schrittmotoren liegen jeweils als eigene Module vor. Teil des Paketes ist ein Controller mit einem LC-Display und einem Smartcard-Reader. Die Maschine kann damit auch ohne angeschlossenen Rechner betrieben werden.

• 

Die Steuerung erfolgte mit Hilfe des Bam&Dice Due Kit. (Foto: Martin Wolf/Golem.de)

Die Bam&Dice-Steuerung ist gedacht und eingerichtet für den Betrieb eines 3D-Druckers, wir wollten aber wissen, ob und wie sie sich auch für andere Arten von Maschinen umkonfigurieren lässt. Für unseren Plotter müssen wir lediglich zwei Schrittmotoren und einen Servo sowie zwei Endstopp-Schalter ansteuern. Wir müssen weder Thermistorsensoren auslesen noch einen Extruder mit seinem Heizelement kontrollieren oder ein Heizbett mit Strom versorgen.

Ein einzelner Arduino reicht selten

Damit wirkt eine solche komplette Maschinensteuerung eigentlich überdimensioniert für unsere Aufgabe. Doch sie erspart uns nicht nur viel Gefummel mit Breadboards und Verbindungskabeln, sondern ermöglicht als Dreingabe auch den computerlosen Betrieb. Der Aufwand, die notwendigen Ströme und Spannungen für die verschiedenen Komponenten bereitzustellen, sollte nicht unterschätzt werden. Gerade bei stärkeren (Schritt-)Motoren können unbedarfte Bastellösungen schnell zum Problem werden. Eine fertige Maschinensteuerung mit integrierten Wandlern erfordert zumeist nur einen einzelnen Stromzufluss und übernimmt den Rest für uns.

Offene Firmware auf offener Hardware

Es gibt aber noch einen anderen Grund, sich nach vorhandenen Maschinensteuerungen umzusehen, speziell nach solchen, wie es sie für Eigenbau-3D-Drucker gibt: Damit können wir eine fertige Firmware wie Marlin einsetzen, statt alles selbst programmieren zu müssen. Und zu programmieren gäbe es vieles. Bei der Motor- und Servosteuerung sowie Überwachung von Sensoren fängt es an, doch dazu bräuchten wir noch eine Schnittstelle, um G-Code entgegenzunehmen und umzusetzen. Doch Marlin unterstützt dazu auch noch eine vollständig menügeführte Steuerung per LCD und Drehknopf, das Laden von Steuerungsanweisungen von einer SD-Karte und vieles andere.

Ursprünglich entstand Marlin als Steuerfirmware für Ramps, einem Aufsatzboard für den Arduino Mega zur Steuerung des Reprap-3D-Druckers. Da das Design der Ramps-Platine unter einer offenen Lizenz steht, bildet es die Basis für eine Vielzahl von kompatiblen Nachbauten. Dazu zählt auch der Bam&Dice-Aufsatz. Am Pin-Layout ist die Verwandtschaft noch erkennbar. Der Unterschied liegt vor allem in der Unterstützung höherer Ströme sowie den deutlich leistungsfähigeren Motortreibern. Und Schrittmotoren können mit einem Substepping von bis zu 1/128 angesteuert werden.