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Ansteuerung eines HP5502 Druckkopfes

Das Video zum Eigenbau-Tintenstrahldrucker


Tintenstrahldrucker Prototyp

HP6602 Beispieldruck Tux
Abbildung 1:
Einen Tintenstrahldrucker wollte ich schon immer mal bauen und mit einer Mail von Theo Deutinger ist der Startschuss zu dem Projekt gefallen. Die Anfrage war, ob ich für ein geplantes Kunstprojekt einen besonders langsamen, aber kontinuierlich arbeitenden Drucker bauen könnte. Ich denke, ich kann und auf dieser Seite stelle ich einen ersten Prototypen vor. Wer den Sponsor hinter diesem Projekt näher kennenlernen möchte, die Internetadresse seines Architekturbüros lautet www.td-architects.eu.

Eigenbau Tintenstrahldrucker mit HP6602 Druckkopf
Abbildung 2:
Für einen allerersten Test habe ich die Mechanik eines ausrangierten 3D-Druckers verwendet. Die gesamte Elektronik ist auf einer Hartfaserplatte verschraubt, die wiederum anstelle des Extruders an der X-Achse befestigt ist. Das Papier wird auf das Druckbett geklemmt und längs der Y-Achse von einem zweiten Schrittmotor bewegt. Über die Spindeln der Z-Achse kann der Druckkopf manuell auf die gewünschte Höhe über der Papieroberfläche justiert werden.

HP6602 Druckkopf

HP6602 Druckkopf
Abbildung 3:
Herzstück des Druckers ist der HP6602 Druckkopf, der in mittlerweile nicht mehr auf dem Markt erhältlichen kommerziellen Druckern und Faxgeräten verbaut war. Zu diesem Tintenstrahl-Druckkopf giebt es im Internet verschiedene Seiten. Ich habe die Beschreibung von Nicholas C Lewis (http://nicholasclewis.com/projects/inkshield/theory/) gefunden und mich für meine Experimente daran orientiert.

HP6602 Druckkopfhalter
Abbildung 4:
Da die Kontakte des Druckkopfes sehr eng beieinander liegen, habe ich die Idee einen eigenen Adapter zu bauen, sofort aufgegeben, als ich eine Patrone in Händen gehalten habe. Die entsprechenden Halterungen nebst Flachbandkabel sind nach wie vor käuflich zu erwerben, was den Bau des Druckers wesentlich vereinfacht hat.

HP6602 Druckkopf FFC Connector
Abbildung 5:
Mit der Platine wird das FCP Kabel (Flexible Printed Cable) über sogenannte FFC (Flat Flex Connetor) verbunden. Für den ersten Test habe ich eine derartige Buchse von der Platine eines alten Druckers mit einem Dremel herausgeschnitten und -geschliffen - wie zu sehen, ist diese für mehr als 16 Kontakte vorgesehen. Die Pins der Buchse liegen sehr eng beieinander, was das Verlöten recht knifflig gestaltet. Nach dem Verlöten muss mit einem Durchgangsprüfer unbedingt getestet werden, ob keine Kurzschlüsse zwischen benachbarten Pins bestehen und ob eine leitende Verbindung zu allen Kontakten des Druckkopfhalters besteht.
Für weitere Tests habe ich passende Buchsen gekauft, bei denen die Pins mit größerem Abstand nach außen geführt sind.

HP6602 Druckkopfdüsen
Abbildung 6:
Angesteuert werden die 12 Düsen des Druckkopfes mit Pulsen von 3μs Dauer bei einer Spannung von 18V. Laut der oben angegebenen Quelle sind 5-6μs Pulse an 21V zu verwenden, wenn's aber auch mit weniger geht, empfehle ich immer am unteren Ende der Skala zu operieren. Ich verspreche mir davon eine längere Lebensdauer der Druckköpfe.
Eine zu hohe Spannung oder eine zu lange Aktivierung führt umgehend zur Zerstörung der entsprechenden Düse! Ich hatte eine der Düsen an GPIO 13 angeschlossen und dabei nicht bedacht, dass dieser Pin beim Einschalten des Arduino UNO immer für einige Millisekunden aktiviert wird, was an einer blinkenden LED an diesem Pin zu erkennen ist. Diese Düse hat anschließend nicht mehr funktioniert...
Die Düsen müssen nacheinander angesteuert werden! Zwei oder mehrere Düsen gleichzeitig einen Tintentropfen ausstoßen zu lassen funktioniert nicht! Nach der Aktivierung einer Düse muss eine Pause von 0.5μs eingelegt werden, bevor die nächste (aber nicht die gleiche) Düse aktiviert werden kann. Bevor ein und die selbe Düse ein zweites Mal aktiviert werden kann, muss eine Pause von 800μs eingelegt werden!
Die Größe der Tintentropfen kann nicht variiert werden. Es gibt nur: Tropfen raus oder kein Tropfen raus.

Elektronik

HP6602 Steuerelektronik
Abbildung 7:
Die Elektronik besteht aus einem Computernetzteil, das 12V Gleichspannung bereitstellt, einem Step-Up Konverter, der diese Spannung auf 18V anhebt, einem Arduino UNO, der die Steuerpulse generiert und zwei ULN2803 Chips, welche die 5V der GPIOs auf 18V-Level anheben.
Für die Tests habe ich alle Komponenten auf einer Hartfaserplatte verschraubt, die an der X-Achse eines ausrangierten 3D-Druckers befestigt ist.

Schaltplan HP6602 Drucker
Abbildung 8:
Der Schaltplan zur Ansteuerung des Druckkopfes

Software/Download

Die Software ist Teil des Download-Paketes. Diese kann Bitmap-Dateien mit einer Farbtiefe von 24 Bit verarbeiten. Es werden keine Grauwerte gedruckt. Alle Punkte unterhalb eines Schwellwertes werden als Schwarz interpretiert, Punkte oberhalb als Weiß.

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