De War Badge
Actuele versie: http://fablabamersfoort.nl/nl/boek/mantis

Mantis

By peteruithoven, Jean-Paul, matthijs, kvriet. Last update on 6 mei 2017.

De Mantis is een kleine computergestuurde 3D-frees die je voor weinig geld zelf kunt maken. 
Hij heeft een werkbereik van 190 x 130 x 50mm. 
Er is een Dremel-achtige freesmachine op gemonteerd, zodat je makkelijk standaardaccesoires kunt kopen. De Mantis kan schuim, hout, rubber, was, zachte steen en koper frezen. Je maakt in de computer een 2D- of een 3D-model en de Mantis freest het uit. 

 

De Mantis is een kleine computergestuurde 3D-frees die je redelijk goedkoop zelf kan maken. Bij Protospace kun je met een cursus in 5 avonden, voor 395,- de Mantis bouwen onder begeleiding.

Hij heeft een bereik van 190 x 130 x 50mm. De .svg template voor het bed van de Mantis vind je hier.

De boor die we gebruiken is een gewone dremel, dus alle materialen waar je deze normaal gesproken op los kunt laten kun je ook onder de Mantis leggen. Dit betekent bijv. schuim, hout, rubbers en zelfs koper (PCB) bordjes. Dit betekent dus dat je 2D- en 3D-vormen uit kan frezen, maar ook zelf snel printplaatjes kan maken.

Voor de koperplaatjes geldt dat alleen plaatjes gemaakt van FR-2, op papier gebaseerd materiaal, gebruikt mag worden. Dit omdat de frees van FR-4 (glasvezel) erg snel bot wordt. 

Omdat je bij het maken van je objecten met meerdere programma's en bestandsformaten te maken krijgt hebben we een kort overzicht gemaakt.

Digitaal Design maken

3D-Designs

Zoals je in het overzicht kunt zien, kun je in verschillende programma's je 3D-design maken. In het Fablab proberen we uitsluitend gebruik te maken van OpenSource software en hebben we Blender en OpenSCAD al voor je geïnstalleerd. Deze designs kun je vervolgens het beste opslaan als een .stl bestand. 
Wanneer je van een 2D-design een 3D-design wilt maken, moet je die eerst extruden, een relatief simpele manier om dit te doen wordt in de volgende tutorial uitgelegd. 
Extruding 2D to 3D

2D-Designs

Zoals je in het overzicht kunt zien, kun je in verschillende programma's je 2D design maken. In het Fablab proberen we uitsluitend gebruik te maken van OpenSource software en hebben we Inkscape al voor je geïnstalleerd. Een aantal tutorials voor Inkscape: 
Basisgeavanceerdvormen
Deze designs kun je vervolgens het beste opslaan al een .dxf bestand. 

Wanneer je met Illustrator werkt, exporteert hij rondingen niet goed (hij maakt daar waarschijnlijk circles en/of polylines van die Pycam niet begrijpt). Wanneer je deze opslaat als .svg kun je dit bestand openen met Inkscape. In Inkscape kun je dan een aantal keer Path->Object to Path en Object->Ungroup doen. Hierbij worden ook deze vormen veranderd naar paden. Wanneer je dit bestand vervolgens in Inkscape opslaat als .dxf zal Pycam ze wel goed openen. Let op! Bij al deze conversies zijn de maatsoorten verward geraakt; zorg ervoor dat je in Pycam de maten herstelt. De proporties blijven wel behouden.

PCB

PCB-designs kun je onder andere maken in de volgende programma's:

  • Fritzing. Snel te leren, OpenSource, maar lastiger te vertalen naar G-code.
  • KiCad. Lastiger te leren, maar uitgebreider, OpenSource, ook lastig te vertalen naar G-code
  • Eagle. Lastiger om te leren, commercieel, met een beperkte freeware editie, makkelijk te vertalen naar G-code.

G-code genereren

Pycam

Zoals je in het overzicht kan zien, verschilt het hoe je G-code moet generen. Meestal werkt dit het beste via Pycam; dit is een uitgebreid maar simpel te leren OpenSource programma. Een groot voordeel is dat het ook een simulatie kan generen van hoe de Mantis zal gaan frezen. 
Pycam video tutorial
Pycam introductie
De Pycam manual

Positioneren

Belangrijk is dat je het model goed positioneert. 

  • Verplaats het object tegen de start positie van je boor door op het tabblad Model op To Origin te klikken.
  • Bij een 3D-model:
    Omdat je materiaal onder de boor ligt, moet je het model onder 0 (Z) leggen. 
    • Kopieer de hoogte van het model op tablad Model bij Model dimensions na het selecteren van Z.
    • Plak dit bij Move Model bij de z.
    • Maak dit getal negatief door er een - voor te plaatsen.
    • Druk op de Shift knop.
  • Bij een 2D-model:
    • Verplaats het object tegen de startpositie van je boor door op het tabblad Model op To Origin te klikken.
    • Vul bij Move Model, bij z in hoe diep (met een negatief getal / onder de nul) je de vorm wilt uitfrezen, druk op Shift.
    • Om het 2D-model een diepte mee te geven moeten we de bounding box een bepaalde diepte geven:
    • Ga naar tabblad Bounds. Hierin vul je het gebied waar gefreesd kan worden in.
      • Maak een nieuwe boundaries preset aan.
      • Noem deze bijv. "Engrave".
      • Selecteer bij Margin Settings de Fixed margin optie.
      • Wanneer je om de vorm wilt heen frezen vul je hier bij lower en upper x en y 10 (mm) in, dit moet genoeg ruimte zijn voor de breedte van de boor.
      • Vul bij upper z in hoe diep je in mm wilt frezen. Hiervoor gebruik je hetzelfde getal als je bij Move model gebruikte, alleen dan positief.
Visualisatie

Om goed te begrijpen hoe de vertaling van je digitale design naar het fysieke eindproduct gaat, is het belangrijk te snappen hoe de visualisatie in elkaar zit. 
Het punt waar de assen samenkomen is het nulpunt (0). Als je de Mantis goed hebt ingesteld is dat ook het beginpunt van de boor. Daar waar de assen naartoe gaan is de positieve kant. In de afbeeldingen kun je zien hoe hoe de assen in de visualisatie en op de Mantis lopen. 

Tips

Bij het Gravure (Engraving strategy) proces kun je de pocketing naar holes veranderen. Dit zorgt ervoor dat je vormen weggefreesd worden i.p.v. dat ze uitgefreesd worden. Dit heeft op dit moment nog als beperking dat het gaten binnen je buitenste vorm ook zal uitfrezen. 

Wanneer je een 2D-vorm wilt uitfrezen zal Pycam geen rekening houden met de dikte van je boor. Eventueel kun je in het tabblad Processes, bij de Engraving Path Strategy een Engrave Offset instellen. Dit geeft aan hoeveel mm de boor buiten de tekening moet blijven. Door het negatief te maken boor je aan de binnenkant. Een beperking op dit moment is nog dat hij er niet op let of hij door dat uitwijken door delen van de vorm heen zal gaan. Wanneer er stukken in je tekening zitten die te krap zijn voor de boor kun je deze functie dus beter niet gebruiken. Maar deze vorm zal dan waarschijnlijk sowieso niet geschikt zijn voor je huidige boor. 

Tools

Omdat de Mantis niet goed omgaat met inches hebben we een tool ontwikkeld die inches omzet naar 
milimeters. 
http://fablabamersfoort.nl/inches2mm

PCB milling

Good resources:

RepRapWiki PCB Milling

Fritzing

Een zeer intuitieve, maar enigzins beperkte tool om PCB's mee te ontwerpen. Helaas heeft Fritzing geen export, zoals G-code, waar ReplicatorG iets mee kan.
Fritzing kan wel Gerber files exporteren; deze kan je gebruiken om met pcb2gcode G-code te produceren. 
http://fritzing.org/

pcb2gcode

Pcb2gcode is een command-line programma dat boorpaden (G-code) berekent aan de hand van pcb-ontwerpen (gerber files).
http://sourceforge.net/apps/mediawiki/pcb2gcode/index.php?title=Main_Page
We hopen dit programma uiteindelijk online te kunnen zetten met een duidelijke webinterface. Dit zou iedereen, vanaf elk besturingssysteem, directe toegang geven. 
We hadden het probleem dat het alleen G-code in inches produceert en dat de Mantis die niet volledig ondersteunt. Dus hebben we een online tooltje geschreven dat inches in G-code omzet naar mm.

pcb2gcode GUI is een pythonscript dat een grafische interface voor pcb2gcode laat zien.

G-Code visualizer

Om G-code te kunnen controleren hebben we een klein tooltje ontworpen om deze te visualiseren.
http://fablabamersfoort.nl/gcodevisualizer

Eagle

Een uitgebreider ontwerpprogramma, dat helaas niet opensource is. Er is wel een goede plugin geschreven die ervoor zorgt dat je een directe G-code export functie krijgt. 
De pcb-gcode plugin
Tutorial

Frezen

Zet het juiste boortje in de Mantis. 

Zorg ervoor dat je het materiaal goed bevestigt op de onderplaat. Dit kun je bijv. doen door een aantal dunne spijkers rondom het materiaal vast te hameren. 

ReplicatorG

(Zie deze fabpublication over (slechte) ervaringen met ReplicatorG, een alternatief en wat PCB-info )

Om de Mantis aan te sturen maak je gebruik van ReplicatorG. Dit is een programma origineel bedoeld om 3D-printers aan te sturen. Omdat de Mantis gebruikt maakt van dezelfde Elektronica kunnen wij deze ook gebruiken. 

Startpositie bepalen

Via het Control Panel, deze zit achter de knop met de pijltjes, kun je de Mantis instellen. Zo moeten we hem op de goede startpositie zetten. Dit kun je doen met de knoppen die je linksboven in dat venster ziet. Omdat de Y-as een beetje tegenintuïtief kan werken, kun je op de afbeelding hiernaast zien waar welke knoppen de boor heenstuurt. 

De Z-positie kun je het makkelijkste aanpassen door aan het schroefdraad zelf te draaien.

Hierna moet je aangeven dat dit het 0-punt is, de startpositie. Dit doe je door op Set Zero te klikken. 

Build

Om de Mantis te starten moet je eerst handmatig de dremel aanzetten. Vervolgens kun je in ReplicatorG op de Build knop drukken.