×Закрыть

DOU Проектор: TopLab — принтер, прожигающий пиксели

В рубрике DOU Проектор все желающие могут презентовать свой продукт (как стартап, так и ламповый pet-проект). Если вам есть о чем рассказать — приглашаем поучаствовать. Если нет — возможно, серия вдохновит на создание собственного made in Ukraine продукта. Вопросы и заявки на участие присылайте на editors@dou.ua.

Меня зовут Виталий Билык, я CTO и co-founder компании TopLab. В IT работаю 10 лет. Сейчас активно занимаюсь hardware, в том числе embedded-разработкой.

Если коротко, то наша компания TopLab предоставляет услуги по разработке IoT продуктов — от создания концепции, исследований и прототипирования до массового производства.

Идея

Хочу поделиться с вами кейсом о создании принтера, прожигающего пиксели. Этот принтер работает без расходников для печати, на бумаге любой плотности и печатает текст «на века», то есть текст устойчив к влаге и механическим повреждениям. Использовать его можно для печати нестираемых контрактов, чеков, рекламной продукции, односторонней ч/б печати в офисе и т. д.

Идея создания принтера без чернил и тонера приходила мне не раз, особенно после очередной заправки картриджей. Но отправной точкой послужил момент, когда во время работы с высоковольтным электричеством я заметил, что оно отлично прожигает бумагу. Команда поддержала мою идею, и мы приступили к разработке.

Реализация

Для создания первого прототипа мы использовали высоковольтное электричество. Для этого мы собрали повышающий высоковольтный высокочастотный преобразователь, проверили его на обычной бумаге и ура! — получили первую черную точку.

Следующим шагом было создание самого принтера. Для ускорения работы мы использовали старый и нерабочий струйный принтер фирмы HP. Из него выкинули всю электрическую часть, кроме двигателей и датчиков положения каретки. Поставили на каретку высоковольтный высокочастотный преобразователь.

После этого создали свои «мозги» для принтера. Для ускорения процесса разработки использовали Arduino.

Подключили к новым «мозгам»:

  • шаговый двигатель для подачи бумаги;
  • коллекторный двигатель для управления кареткой;
  • оптический датчик положения каретки;
  • оптический датчик наличия бумаги.

Софт для принтера

Для ускорения разработки решили сделать сам принтер максимально «тупым». Такими были его задачи: ожидание команды по UART, выполнение команды и отправка статуса. Всю работу по преобразованию информации и поведению принтера вынесли на сторону компьютера.

Получилась следующая схема взаимодействия:

Ruby — UART — Arduino — UART — Ruby

Проблемы и их решения

Запустили на печать... и тут возникла первая проблема. ВВ блок хотя и окрашивал бумагу в черный цвет, но при печати выдавал очень много помех, что давало ложные импульсы и очень сильно влияло на позицию каретки. При длительном пребывании каретки на уже запечатанной области бумага загоралась.

Проблему с помехами решили устранять так:

  1. Экранировали линии передачи данных от оптического датчика положения каретки к микроконтроллеру — в итоге это не дало желаемого результата.
  2. Заменили высоковольтный высокочастотный преобразователь на высоковольтный преобразователь напряжения с постоянным током. Идея была в том, что ВВ переменное напряжение создает наводки на длинных проводниках, а ВВ постоянное не будет. Но это тоже не сработало. Дело в том, что в момент печати создается разряд, который вносит также много помех и создает громкий звук пробоя воздуха.
  3. Поставили лазер, проблема была решена.

Второй прототип с использованием лазера

После установки лазерного элемента вместо ВВ преобразователя все помехи исчезли, но была еще одна проблема — скорость печати. Для окрашивания одной точки на белой бумаге нужно было 50-60 миллисекунд при мощности лазера 2,5 Вт. Как потом оказалось, лазер должен выйти на рабочий режим «раскачаться», после чего он успешно печатает. Поэтому применили PWM. Теперь в момент перемещения лазера по бумаге мощность лазера составляет 30-40%, а в момент печати — 100%. Так удалось сократить время печати одной точки до 20-30 миллисекунд за счет более быстрого выхода лазера на рабочий режим.

Была ещё одна проблема — позиционирование печатающей головки. Перемещение на ближайшие пиксели происходило рывками с пропуском нужной позиции, с последующим реверсом головки и повторным поиском нужной позиции. Решение было кардинальным — заменили коллекторный двигатель на шаговый двигатель. Также в последующем избавились от оптической линейки позиционирования каретки. Решение этой проблемы позволит вернуться к идее использования ВВ преобразователя в будущем.

Тестирование печати прототипа

Далее мы стали пробовать печать на бумаге разной плотности. Печать на обычной бумаге была отличной. Печать на картоне — линии находили друг на друга. Решили эту задачу программно, изменив скорость подачи бумаги на более плавную.

Важным свойством печати текста было то, что он не боялся влаги и механического воздействия. Еще одним преимуществом было то, что принтер замечательно не только печатал, но и нарезал полоски.

Первый выход в «люди» — выставка

Нас пригласили на выставку. Я очень сильно переживал о том, чтобы принтер на выставке мог работать самостоятельно без компьютера (ведь «закон Мерфи», будь он неладен, никто не отменял).

Для этого был добавлен модуль чтения SD карт памяти и переписан код. На Ruby был написанный конвертер из картинок в CSV файл. Решение оказалось очень удачным. Нужно теперь только подать напряжение и нажать кнопку печати: принтер печатает и режет стикеры, которые охотно разбирают люди прямо на выставке.

На фото: Виталий Билык на Международном Гранд Форуме Bit-2017, Киев

Новый вызов для принтера от украинского NASA

На выставке я познакомился с сотрудником из Государственного космического агентства Украины (аля NASA). Он спросил, может ли принтер печатать на прозрачной пленке.

Так мы взялись проверять печать на различных самоклеющихся прозрачных пленках. Проблема была в том, что пленка не чернеет и текст на поверхности устройства был мало читабельным. Подошли к этой проблеме с другой стороны (в прямом смысле :-) ). Попробовали печатать в зеркальном виде на подложке этой самой пленки. Карбонизированная подложка остается на пленке после снятия основной подложки — так получается контрастный текст.

Результаты и планы

Мы, как и хотели, получили качественную печать без тонера и чернил на бумаге разной плотности и пленке. Поэтому решили развивать проект дальше. Вдохновившись успешным проектом на Kickstarter Cubio, решили придумать минималистичный дизайн, хотя и получился принтер аля laser engraver. Это сподвигло думать дальше о следующем витке развития проекта. Но это уже совсем другая история. Продолжение следует!

LinkedIn

20 комментариев

Подписаться на комментарииОтписаться от комментариев Комментарии могут оставлять только пользователи с подтвержденными аккаунтами.

Нездоровая херня...
Берите один из популярный механизмом 3D принтера и меняете головку на лазер.
Высоту деградируете до 5-10 см. Ставите отсос вони.
Заодно сможете печатать на досках.
И даже делать немного рельефную печать.

Идея прикольная, но исполнение... Сбился со счету, сколько раз рука и лицо тянулись друг к другу :)

Для ускорения процесса разработки использовали Arduino

Ардуино впоследствие придется выкинуть, так что лучше с него и не начинать. Одно из двух — или Вы вынесете растеризацию на сторону принтера, и тогда нужен камень помощнее. Либо оставите на стороне ПК, и будете гнать в принтер сырые пиксели — но тогда потребуется высокоскоростной интерфейс передачи данных (USB2 HS и выше). И неплохо бы буферную память — у USB не очень хорошо с потоками реального времени без срывов.

Поставили лазер

Очень жаль, что ВВ не осилили. Лазер — это банально && (медленно || дорого).

UART, Ruby, CSV

Применительно к принтеру эти проектные решения — за гранью добра и зла.

50-60 миллисекунд... 20-30 миллисекунд... На один пиксель, Карл

Вы на полном серьезе называете этот экспериментальный образец принтером? С такими характеристиками?

Решение было кардинальным — заменили коллекторный двигатель на шаговый двигатель. Также в последующем избавились от оптической линейки

Так и запишем — сервоуправление не осилили. Сдвига с черепашьих скоростей не будет, пока не найдете человека со знанием соответствующего матана.

Как будете добиваться приемлемой скорости, разрешающей способности и точности позиционирования одновременно? Ответ «ну это же стартап, будем постепенно улучшать каждую из характеристик по отдельности» здесь не пройдет — предметная область требует кардинально других знаний и навыков со старта.

Как по мне, то ребята изобретают термопринтер который есть в каждом магазине, просто мощность там поменьше и бумага с покрытием. могли бы взять готовый вариант и просто мощности добавить, т. е. температуры для обычной бумаги.

Не получится

просто мощности добавить

Было дело, в том самом невозвратном 2007-м, я занимался похожими злодеяниями :) А именно платой и прошивкой для прямой струйной печати по трикотажу, совместно с химиком, механиком и PC—side программистом. Так вот. Спасла нас только узкая специализация — то, что в печати по шерсти считалось на тот момент неплохой скоростью, разрешающей способностью и точностью позиционирования — оказалось бы полным провалом, возьмись мы наколеночно конкурировать с существующими принтерами по бумаге. Без финансирования, наработок, лабораторного оборудования и общей инженерной культуры крупной тематической конторы.

Читатель может возразить — а как же 3Д-принтеры, массово создаваемые энтузиастами в гаражах? А с ними почти та же история — разрешение, скорость и точность никакие, если сравнивать с серийными 2D—принтерами. Только первопрохождение предметной области как-то вывозит.

Молодцы! Только не продавайте патент всяким ксероксам-самсунгам-хюлетпакардам, они идею обязательно сделают максимально хуже для потребителей и их кошельков.

ч/б принтер без тонера — неплохо. Для студентов лабы печатать, для кассовых аппаратов, банки тоже Вам спасибо скажут (они ТАКИЕ полотна печатают каждый день), всякие почты.

За электричество надо будет платить

на касовых апаратах и так термопечать

Круто!
А вот мне интересно: насколько он воняет? Вообще, кто-то задавался вопросом, насколько токсичны пары сожжённой лазером бумаги?

Да, дым присутствует, без вентиляции запускать в закрытом помещении пока нельзя. Во второй версии планируем добавить угольный фильтр, но куда интересней добавить фильтр дыма без расходников. На днях заметили интересный эффект, дым в закрытой емкости обьемом 0,5л «исчезает» меннее чем за 10 секунд под воздействием высоковольтного электричества. Будем дальше экспериментировать.

Вы померяйте, что там получается в результате. А то отравите пользователей угарным газом.

Угольный фильтр тоже надо будет менять => расходник. Вместо наблюдений «интересных эффектов» хорошо бы посмотреть реальные технологии избавления от дыма с предсказуемым результатом.

Чудовищно токсичны. При производстве отбеленной офисной бумаги треть таблицы Менделеева используется.

То есть, в итоге вы придумали лазерный гравер?

Да, вы правы, по сути получился лазерный гравер с рабочим полем формата А4. Но мы хотим обратно вернутся к высоковольтному электричеству, ведь оно намного дешевле, долговечней и решает проблему со скоростью печати.

экранирование рабочей зоны?

Микроволновка-убийца. Часть вторая.

Подписаться на комментарии