Niniejsza wytrawiarka powstała z konieczności, moja dotychczasowa mniej więcej 25-letnia wytrawiarka w formie kuwety fotograficznej na przyklejonych kółkach, kołysanej silniczkiem od programatora zaczęła się już rozpadać, poza tym od początku miała pewne ograniczenia, od braku podgrzewania począwszy, na wielce problematycznym trawieniu płytek dwustronnych skończywszy. Na temat budowy tego urządzenia piszę już od jakiegoś czasu na łamach swojego bloga. Jeśli ktoś jest ciekaw historii powstawania wytrawiarki oraz bardziej szczegółowego jej opisu, zapraszam, link podaję na dole.
Konstrukcja zbiornika jest wykonana w całości przy użyciu elementów wycinanych laserowo z plexi grubości 5mm. Załączony plik zawiera elementy w pewnym nadmiarze, większość pasków oraz wszystkie drobiazgi są dublowane, niektóre w kilku wersjach – zamawiałem materiały do prototypu i chciałem być przygotowany na ewentualne niepowodzenia.
Prócz elementów wycinanych laserowo z plexi 5mm będą potrzebne dwa centymetrowe paski z plexi 2mm - te już można sobie wyciąć samemu po prostu obłamując na krawędzi stołu po mocnym nacięciu ostrym nożem.
Zakładane przeze mnie wymiary zbiornika to było mniej więcej 30x25cm, z grubością jak najmniejszą, z uwagi na niezbędną ilość roztworu trawiącego, ale tak, by weszła do środka grzałka z sensownym luzem po jej bokach. Z tego też powodu zrezygnowałem ze zwykle stosowanych w takich projektach grzałek akwariowych. Te popularne są po prostu za grube, a nawet z rzadka dostępne cienkie. Mają na końcu gumową gruchę, która wymusza i tak odstęp między ściankami rzędu 25-30mm. U mnie ten odstęp wynosi 20mm i choć dałoby się mniej stosując jeszcze inną grzałkę, to jednak schodzenie z tego wymiaru nie ma już sensu z uwagi na wygodę operowania płytką. Będę o tym pisał dalej.
Wynikowe wymiary zewnętrzne zbiornika to 315x275x30mm, wewnętrzne zaś: 290x265x20mm, do wytrawiarki wchodzi 1l roztworu (a jeśli potrzeba, np. do dużej płytki, to „po brzegi” można wlać 1,5l). Realny maksymalny rozmiar trawionej płytki: 290x200mm.
Konstrukcję akwarium pokazuje powyższy rysunek. Napowietrzanie wydobywa się z kanału w dnie zbiornika, a przed powodzią po wyłączeniu pompki napowietrzającej zabezpiecza „syfon” w jednym z boków zbiornika. Zarówno kanał napowietrzający, jak i syfon powstały przez wyfrezowanie odpowiednich kanałów w plexi. Frezowanie plexi jest dość łatwe. Ja to robiłem na frezarce, ale myślę, że dałoby się i przy pomocy wiertarki na statywie, prowadząc materiał po stoliku ręcznie, zapewniając mu jedynie jakieś boczne podparcie, po którym będziemy przesuwać frezowany pasek. Problemem przy frezowaniu plexi jest topienie materiału. Stopione tworzywo zakleja frez i uniemożliwia równe frezowanie, dlatego należy tego zjawiska unikać: małe obroty, ostry frez (dobrze się sprawdzają frezy „do drewna”), ewentualnie chłodzenie miejsca frezowanego, choćby wodą. W moim egzemplarzu frezowałem rowki szerokości 5mm, na głębokość 2,5mm.
Drugim istotnym elementem akwarium jest grzałka. W roli grzałki wykorzystałem żarnik halogenowy wyciągnięty z fusera złomowanej drukarki laserowej, bo taki miałem w warsztatowych „przydasiach”. Niemniej jednak, zamiast niego można użyć choćby spirali grzejnej, do kupienia w sklepach z częściami AGD. Grzałka taka, czy to halogen, czy spirala, nie może być oczywiście zanurzona wprost w roztworze, stąd przechodząca przez całe akwarium na przestrzał szklana rurka o średnicy 12mm. Taką średnicę narzucił mój halogen, przy spirali mogłoby to być spokojnie mniej, 10, może nawet 8mm, jednak dalsze zwężanie zbiornika nie ma już chyba sensu, bo ciężko będzie operować płytką, koszyk się nie zmieści, a bez koszyka płytka się będzie „kleić” do ściany.
Uszczelnienie przejść rurki przez plexi musi być elastyczne (różna rozszerzalność termiczna szkła i plexi), nie nadaje się do tego silikon (przyczepność do plexi zerowa), natomiast bardzo dobrze się sprawdza klej „na gorąco” z pistoletu. Elementy, przez które przechodzi rura osłonowa grzałki są wykonane tak, że wokół rury jest milimetrowej szerokości kielich, właśnie do wypełnienia uszczelnieniem. Na jednym boku urządzenia ponad grzałką jest wklejona jeszcze szklana cienka probówka, jest to gniazdo na czujnik temperatury.
Sam żarnik grzałki w mojej konstrukcji jest trzymany uchwytami toczonymi w teflonie, z mosiężnymi elektrodami również wykonanymi na tokarce (szczegóły -> rysunek), ale jest to bardziej wynik moich zabaw tokarką niż realnej potrzeby, zwłaszcza w przypadku grzałki wykonanej ze spirali grzejnej wystarczy zwykłe wyprowadzenie przewodów poza rurkę.
Akwarium jest klejone przy pomocy kleju własnej roboty wykonanego przez rozpuszczenie ścinków plexi w rozpuszczalniku Nitro. Rozpuszczanie trwa długo (minimum tydzień, wcześniej klej jest jeszcze wyraźnie rozwarstwiony, ma frakcję płynną oraz gumowaty glut na dnie), przez ten czas warto klej regularnie mieszać. Próbowałem również kleju na bazie acetonu w roli rozpuszczalnika, jednak jest wyraźnie gorszy i traci przezroczystość. Testowałem też fabryczny klej do PMMA kupiony w Castoramie (Technicoll „do twardych plastików”), ale był dużo słabszy. Podobno bardzo dobre są specjalistyczne kleje typu Acryfix, nie sprawdzałem.
Do dozowania kleju najlepiej użyć strzykawki, pędzelek jakoś się nie sprawdza, zbyt nierównomiernie nakłada klej o dość glutowatej konsystencji. Klejone elementy pokrywamy klejem, składamy razem, ściskamy (jeśli to potrzebne, np. przy klejeniu elementów z kanałami powietrznymi, zaraz po ściśnięciu rozkładamy, ścieramy nadmiar kleju i składamy ponownie) i zostawiamy pod silnym ściskiem do wyschnięcia na kilka godzin. Silny ścisk jest niezbędny do otrzymania szczelnej spoiny i właściwie cała zabawa z klejeniem zbiornika sprowadza się do zapewnienia takiego ścisku na całej klejonej powierzchni, dlatego nie można się tu spieszyć. Kolejność klejenia oraz sposób zapewniania docisku należy dokładnie przemyśleć i zaplanować.
Osobnym tematem jest pokrywa zbiornika ze zintegrowanym koszykiem do zanurzania płytek. Tak to wygląda w naturze:
Tu właśnie są potrzebne paski z plexi 2mm o których wspominałem wyżej, usztywniają one całą konstrukcję.
Kilka detali z konstrukcji zbiornika, które mogą być pomocne:
Obudowa: Cóż, tu trochę skromniej. Przyszalawszy z akwarium, w przypadku obudowy poszedłem sobie na łatwiznę. Zrzynek płyty wiórowej w roli podstawy, frezowane miejsce na płytkę, podpory samego akwarium wycięte z drewnianych klocków. Same akwarium mocowane przy pomocy wkrętów przechodzących przez klocki, wkręty są obcięte tak, że po wkręceniu z klocka wystaje jedynie 2mm oszlifowany na gładko koniec, wchodząc w nawiercone w boku zbiornika gniazdo. W ten sposób akwarium trzymane jest pewnie i stabilnie, natomiast bardzo (bardzo!) złym pomysłem jest jakiekolwiek sztywne mocowanie elementów wchodzących w szklaną rurkę (szczegóły –> blog 😉 ).
Na zdjęciu widać pompkę powietrza podłączoną do króćca zbiornika przez zawór zwrotny, który stanowi dodatkowe zabezpieczenie przed „cofką” po wyłączeniu napowietrzania (podstawowe zabezpieczenie stanowi sam syfon). Sama pompka stoi na swych własnych gumowych nóżkach, na miejscu jest zaś utrzymywana samoprzylepnym rzepem. Kawałek przyklejony do pompki, kawałek do podstawy, całość się trzyma pewnie, a jednocześnie nie wiąże pompki sztywno z podstawą, co w pewnym stopniu tłumi drgania.
Widok z boku:
Tu widać dwie istotne sprawy: po pierwsze elektroda grzałki swobodnie przechodząca przez szeroki otwór w kawałku starego laminatu, którego jedyną rolą jest blokowanie teflonowej tulei trzymającej grzałkę przed wysunięciem się ze szklanej rury i dalej dopiero mająca nakrętki łapiące „oczko” przewodu. Nakrętki te nie są dokręcone do laminatu, tam jest milimetr luzu!
Po drugie zaś – czujnik zalania. Są takie cztery, umieszczone w strategicznych miejscach. Mają za zadanie sygnalizować wyciem fakt wykrycia przecieku. W wersji tutaj opisywanej czujnik zalania działa jedynie, gdy urządzenie jest włączone. Jest to właściwie wystarczające, z uwagi, na obciążenia mechaniczne pojawiające się w czasie rozgrzewania, jeśli coś ma się rozszczelnić, niemal na pewno dojdzie do tego w trakcie pracy urządzenia, jednak z uwagi na owo „niemal”, można się pokusić o dodatkowy czujnik zalania zasilany bateryjnie. To nie musi być nic skomplikowanego, roztwór trawiący bardzo dobrze przewodzi prąd, elektrody są nim „zwierane”, więc w zasadzie wystarczyłaby sama bateryjka litowa plus jakiś beeper piezo połączone w szereg z tymi elektrodami.
Sama obudowa wykonana została trochę po kowalsku z kawałka blachy wyginanej bez giętarki, po prostu młotkiem na krawędzi deski, po nacięciu linii gięcia tarczką na Dremelu i lutowanej na łączeniach. Efekty nie są idealnie równe, niestety jednak, giętarki nie mam, a ponieważ blachy mam spory zapas, stąd taka a nie inna obudowa. Polutowana skorupa została wyszpachlowana szpachlą samochodową i pomalowana lakierem w sprayu. Nie jest to może szczytowe osiągnięcie estetyki, ale jako sztuka nowoczesna, mam nadzieję, ujdzie.
Na obudowie jest doklejona „kopułka” (wyfrezowana w bloku otrzymanym z dwóch sklejonych razem ścinków plexi 5mm) maskująca gniazdo czujnika temperatury. To samo można było osiągnąć robiąc centymetr wyższą obudowę, ale wtedy zbiornik byłby już zasłonięty powyżej linii zanurzenia dolnej krawędzi trawionych płytek, a tego chciałem uniknąć.
No i płyta czołowa. Z uwagi na kapiący czasem z wyjmowanej płytki roztwór trawiący, tu było założenie: żadnych przycisków! Całe sterowanie odbywa się za pośrednictwem pól dotykowych, jedynym wyjątkiem jest wyłącznik sieciowy, którego trudno byłoby wykonać w formie dotykowej i który można wstawić w wykonaniu hermetycznym (u mnie póki co zwykły). Płyta czołowa jest wykonana z plexi 2mm, z wyfrezowanym naokoło podcięciem, dzięki któremu można ją było szczelnie wkleić w otwór blachy. Po drugiej stronie jest wydrukowana na kolorowej drukarce karteczka z opisami. Zwykły papier, niestety kiepsko współpracuje z podświetlającymi „przyciski” LEDami, jeśli ktoś ma dostęp do drukarki drukującej na folii samoprzylepnej, można się pokusić o zrobienie tego na ładnie. U mnie pierwotnie pola przycisków były po prostu niezadrukowanym papierem, ale ponieważ bardzo źle było przez to widać LEDy, w końcu je wyciąłem i podłożyłem pod spód jeszcze folię z nadrukowanymi opisami, podklejoną kawałkiem matowej tapety samoprzylepnej. Nie jest to idealne, ale mnie już się nie chciało kombinować dalej. Działa.
Elektronika: Zasadnicza część elektroniki nie zawiera rzeczy zaskakujących. Ot, prosty zasilacz, procesor z niezbędnymi peryferiami, układ detekcji zera w sieci zasilającej (niezbędny dla fazowej regulacji mocy) i dwa układy sterowania odbiornikami 230V, przy czym jeden z nich, z uwagi na czysto indukcyjne obciążenie, jakie stanowi „brzęczyk” pompki powietrza, jest w aplikacji zalecanej przez producenta optotriaka dla obciążeń indukcyjnych. Grzałka natomiast, co prawda jako obciążenie rezystancyjne jest sterowana prostą aplikacją triak+optotriak, jednak z uwagi na dużą, dużo za dużą moc użytego żarnika halogenowego (500W!!!) jest dodatkowo chroniona przez włączoną w szereg z nią diodą, dzięki czemu pracuje jedynie z połową mocy. Moc co prawda jest regulowana przez procesor, ale na wypadek awarii triaka czy zawiśnięcia procesora, dioda stanowi dodatkową ochronę przed uruchomieniem 500W grzejnika w plastikowym zbiorniku ze ściankami odległymi o 4mm od boków rury grzejnej. Istotne jest, aby oba użyte optotriaki były bez detekcji zera: przy grzałce z uwagi na sterowanie fazowe, przy pompce zaś z uwagi na to, że obciążeń indukcyjnych nie przełącza się „w zerze” (znaczy… można próbować, próby są ciekawe i pouczające 😉 ).
W roli czujnika temperatury nieśmiertelny DS18B20 podłączany dwuprzewodowo do wejścia „Temp”.
Pewne zdziwienie tutaj mogą wywoływać dwa niepozorne gniazdka. Jedno z nich, opisane jako „higro” jest wejściem, do którego podpięte są czujniki zalania. Jak pisałem, roztwór trawiący jest świetnym elektrolitem, jego rezystancja jest rzędu pojedynczych omów, dlatego nie było potrzeby wstawiania tu jakichś czułych wzmacniaczy itp. Elektroda czujnika jest wprost podpięta do wejścia procesora (programowo podciągniętego do zasilania), druga elektroda jest połączona z masą, zalanie elektrod jest równoznaczne ze zwarciem wejścia procesora do masy. Dodatkowo na złącze jest wyciągnięte zasilanie +5V dla celów rozwojowych, do ewentualnego aktywnego czujnika zalania, celem ładowania akumulatorka podtrzymującego zasilanie czujnika także wtedy, gdy urządzenie nie jest włączone. Nie wiem, czy to ma sens, bateryjka litowa jest tu prostszym wyjściem, ale możliwość zostawiłem.
Druga rzecz to wyjście „Aux„. Po prostu wyjście. Na zapas. Podczas dyskusji na temat kolejnych wersji wytrawiarki, jakie miały miejsce na blogu, przewinął się pomysł użycia zamiast bąbelków mechanicznego wibratora, choćby w formie silniczka „od wibry” przymocowanego do kosza na płytkę i stworzenia w ten sposób wytrawiarki wibracyjnej. To wyjście jest właśnie do obsługi takiej możliwości. Inną jego funkcją może być zasilanie paska LEDów podświetlającego zbiornik, co warto wykonać w przypadku użycia w roli grzałki spirali grzejnej. Podświetlenie zbiornika nie jest zbędnym bajerem dla efektu (no… powiedzmy, że nie tylko 😉 ), jest bardzo użyteczne, o wiele wygodniej się ocenia postępy w trawieniu. W mojej wersji wystarczająco mocno świeci sam halogen, wibry brak, więc wejście to jest niewykorzystane, ale… jest.
To, co zaś odróżnia elektronikę niniejszej wytrawiarki od konkurencyjnych wersji, to moduł przycisków. Pisałem o tym, że chciałem mieć gładką płytę czołową, w 100% odporną na zachlapanie wytrawiaczem. Jednocześnie jakieś sterowanie wytrawiarką jest niezbędne, stąd zatem taki moduł. Jego sercem są cztery scalone czujniki dotyku AT42QT1011. Płytka z wytrawionymi elektrodami jest podstawiona pod szybkę z plexi stanowiącą front płyty czołowej. Pola przycisków są tam wyróżnione czysto graficznie, dodatkowo przyciski są podświetlane. I tu mała dygresja: projektując płytki wyobrażałem sobie podstawiony pod każdy przycisk plastikowy pryzmacik (czy raczej lusterko) rozpraszający światło LEDa świecącego weń od boku i dający efekt jak najbardziej równomiernie podświetlonego przycisku, stąd takie dziwne położenie LEDów na płytce: nie pod polami przycisków, a z boku. Niestety, zrobienie takiego pryzmatu odrobinkę mnie przerosło, o ile wycięcie stosownego kształtu z plexi nie było problemem, tak nie udało się uzyskać odpowiednio sprawnej warstwy odblaskowej. Próbowałem z folią alu, z malowaniem pryzmatu „sreberkiem”, z białą farbą po prostu… Owszem świeciło, ale słabiutko. W końcu machnąłem ręką i powstawiałem LEDy wprost pod przyciski, co nie daje zbyt ładnego efektu, ale przynajmniej działa.
Same przyciski dotykowe działają świetnie, u mnie reagują przez 2mm plexi i milimetr powietrza (między plexi a płytką z elektrodami), w testach reagowały świetnie również przez szkło.
Czułość przycisków reguluje się kondensatorami C13-C15. Jedno, co warto wiedzieć o tych układach, to że nie lubią one pracować w pobliżu pracujących dużych indukcyjności. U mnie przycisk zmniejszania temperatury niemalże leży na transformatorze, z boku mając dodatkowo spory elektromagnes brzęczyka, przez co miałem trochę problemów z fałszywymi załączeniami. Wyeliminowałem problem programowo, ewentualnych naśladowców jednak uczulam na to, żeby trochę przeorganizowali zawartość obudowy.
[UWAGA: przy budowaniu kolejnych wersji wytrawiarki wyszły na jaw pewne problemy, o których warto przeczytać https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=15636481#15636481 ]
Oprogramowanie: Napisane w Bascomie (bo lubię), myślę, że jest dość oczywiste, szczegóły jego struktury są omówione w komentarzach, zatem zainteresowanych zachęcam do pobrania załączonego listingu. Tu pokrótce tylko omówię, o co chodzi.
Założenia są następujące:
1 - włączone urządzenie ma się przedstawić i czekać na uruchomienie rozgrzewania przyciskiem START/STOP, sugerując ten fakt podświetleniem pola START oraz stosownym komunikatem.
2 - Po uruchomieniu rozgrzewania roztwór jest mieszany i jednocześnie rozgrzewany do stosownej temperatury, proces ten można przerwać naciskając podświetlony wtedy przycisk STOP, jest też odmierzany czas rozgrzewania.
3 - Rozgrzewanie odbywa się z pełną mocą grzania aż do osiągnięcia temperatury o 5 stopni niższej od zadanej, od tego momentu zaczyna się proporcjonalne (mniej więcej) sterowanie mocą: im mniej brakuje do temperatury zadanej, tym mniejsza moc idzie na grzałkę.
4 - Po osiągnięciu temperatury optymalnej rozlega się sygnał dźwiękowy i wytrawiarka przechodzi w stan gotowości czekając na włożenie płytki i uruchomienie trawienia (podświetlony START).
5 - Samo trawienie odbywa się z proporcjonalną stabilizacją temperatury i włączonym nadmuchem, jest mierzony czas trawienia, dodatkowo upływ każdego pełnego 5 minut jest sygnalizowany krótkim pipnięciem. Proces ten można zapauzować (podgrzewanie, nadmuch i pomiar czasu się zatrzymują) i wznowić.
6 - przez cały czas, w każdej fazie pracy urządzenia działa pomiar temperatury roztworu, w fazach „spoczynkowych” można regulować temperaturę trawienia (przyciski < oraz >, wartość domyślna to 45 stopni).
7 - w każdej z faz można chwilowo, przyciskiem L włączyć halogen na pełną moc, lampa świeci póki trzymamy palec na przycisku, przydaje się to do obejrzenia płytki „pod światło” bądź ekspresowego podgrzania roztworu.
8 - przez cały czas działa kontrola „zalania”, w przypadku jego wykrycia program się zatrzymuje, generując alarm akustyczny oraz wyświetlając stosowny komunikat wraz z instrukcją postępowania („Natychmiast opróżnij zbiornik”).
I to tyle. W tych ośmiu punktach zawiera się cała idea stworzonego softu.
Regulacja fazowa odbywa się typową metodą: wykryte zero w sieci uruchamia przerwanie „Zero_w_sieci”, w ramach którego:
– blokowane jest wyjście sterujące grzałką
– wewnętrzny timer procesora jest ładowany wartością zmiennej „moc_load”
– uruchamiany jest timer wewnętrzny TIMER0.
– odliczany jest czas dla innych potrzeb programu.
Po przepełnieniu timera generowane jest z kolei przerwanie „Grzanie”, w którym włączana jest grzałka. W ten sposób w każdym dodatnim półokresie (tylko na takie reaguje wejście przerwania od zera sieci) uruchamiany jest timer, który odlicza zwłokę zależną od zmiennej sterującej i dopiero po jej upłynięciu załącza triak. Z końcem półokresu triak się wyłącza samoistnie i tak do następnej dodatniej połówki. Przy okazji, ponieważ 50Hz z sieci zasilającej to bardzo dobry wzorzec czasu, w przerwaniu uruchamianym zerem w sieci jest odliczany czas dla zegara pomiarowego mierzącego czas procesu.
Zasadnicza pętla programu zawiera zaś całą resztę: obsługę przycisków, obsługę poszczególnych faz pracy urządzenia, obsługę wyświetlacza oraz pomiar temperatury. Pętla wykonuje się co około 100ms (100ms pauzy + czas wykonania komend po drodze), w kolejnych przejściach „odliczając” zmienną A, dzięki czemu uzyskałem możliwość uzależniania pewnych zjawisk od czasu, np. dla różnych wartości A wyświetlane są różne napisy, co daje efekt naprzemiennie się ukazujących dwóch informacji. W ten sposób jest też osiągnięty niezbędny czasowy rozdział między zleceniem pomiaru temperatury dla DS18B20 a jej odczytem (książkowo 750ms). Nie jest to supereleganckie rozwiązanie, ale działa i co ważne, działa stabilnie. Usiłowałem to wcześniej zrobić ładnie, korzystając ze zmiennej inkrementowanej w przerwaniu, ale cały czas miałem wtedy problemy z gubieniem jakichś faz, bo ta wartość zmiennej akurat przechodziła, jak program w pętli głównej był zajęty czymś czasochłonnym.
I to by było na tyle.
Dokładniejszy opis konstrukcji: http://domwlesie.eu/moje-projekty/wytrawiarka/
Gdyby ktoś był ciekaw historii powstawania, polecam przejrzenie wpisów blogowych z kategorii "wytrawiarka: http://domwlesie.eu/category/diy/wytrawiarka/
Płytka, schemat, soft oraz trochę rysunków technicznych (wykonanych w Solid Edge, jednak plik do wycięcia wyeksportowałem i do autocadowego dwg) w załącznikach.
A na zakończenie - film nakręcony komórką z ręki i edytowany w darmowym programie, ale mam nadzieję, że wystarczająco pokazujący, jak to działa.
PS: Nie ukrywam, że inspirowałem się tą konstrukcją. Zaczerpnąłem z niej jednak tylko sam pomysł na syfon kryty w ściance zbiornika i ideę koszyka na płytki, całość opracowania jest moja. Podstawowe różnice między naszymi projektami to tylko jedna grubość plexi do wycinania laserowego, dotykowe przyciski oraz chyba bardziej przyjazny interfejs użytkownika.
Cool? Ranking DIY
Całkiem zgrabnie to wszystko wygląda, a i rozwiązanie w postaci przycisków dotykowych też warte odnotowania, chociaż dużo taniej i równie wodoodpornym można zrobić na zwykłych taktsłiczach z foliową naklejką laminowaną (ja stosuję takie rozwiązania - nie ma szans na kroplę wody).
