Bachelor's Thesis

Data Concentrator of 3D Printer's Sensors and Devices

Final Thesis 23.43 MB Appendix 1.01 MB

Author of thesis: Bc. Samuel Vaculík

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D.

Reviewer: Ing. František Rusnák

Abstract:

The bachelor thesis consists of designing and implementing a system for collecting data related to 3D printing. The aim is to define the variables suitable for measurement, select sensors for the measurements and implement them on the printer. The next point is the design and implementation of data acquisition from the printing firmware Klipper for collecting print data. Then the task is to implement the software for processing data from the individual measurement sources, including data flow analysis in the system.

Keywords:

3D printing, Data processing, Klipper, Moonraker, Mainsail, Raspberry Pi, Arduino, Python, MQTT, Mosquitto

Date of defence

11.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy odpověděl na dotazy: Nezávisí vibrace a hlučnost na nastavení tisku? Bylo uvažováno o měření rezonančních frekvencích? Jaké byli využity sběrnice pro komunikaci se snímači? Jak byli využity Hallovy sondy? Jaký má význam měření šířky filamentu?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D. (člen)
Ing. Peter Honec, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Pohl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D.

Pan Vaculík se při integraci IoT systému sběru dat do 3D tiskárny musel zorientovat v rozsáhlé problematice tvorby SW pro embedded aplikace s využitím komunikačních technologií. Náročnost vypracování se také zvyšuje tím, že musel vybrané senzory namontovat pomocí navržených úchytů.
I když student z části stavěl na předchozí práci, podařilo se mu systém povýšit a zprovoznit. Další přínos spatřuji v integraci sběru dat přímo z tiskové aplikace a provedení prvotní sady měření.
Student pracoval samostatně, přičemž využíval konzultací, když bylo potřeba nebo když jsem šel náhodou kolem.
Textová část věcně popisuje navržený systém, jeho realizaci a také konfiguraci. Obsahuje minimum překlepů a působí uceleným dojmem. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. František Rusnák

Pan Vaculík ve své práci navrhnul a implementoval systém pro sběr dat souvisejících s 3D tiskem.  Práce navazuje na předchozí projekt, zaměřený na revitalizaci 3D tiskárny. Autor se dále inspiroval druhou prací, která je zaměřena na sběr provozních dat 3D tisku. První kapitola je věnována popisu dosavadního řešení CoreXY kinematiky, řídicího hardwaru tiskárny a firmwaru tiskárny. Autor zhodnotil výhody tří možností firmwarů pro tiskárny a rozhodl se ponechat stávající firmware Klipper. Podstatná část práce je věnována návrhu a realizaci senzorů, které monitorují různé parametry tiskárny. Parametry teplotních senzorů jsou přehledně uváděny v tabulkách a autor diskutuje jejich vhodné použití a umístění. Pro vyhodnocení stavu tiskárny je diskutováno několik měřených veličin, jako okolní teplota, vlhkost, teplota krokových motorů a proud vinutími, teplota procesoru jednodeskového počítače, vibrace, zvuk, koncentrace oxidu uhličitého, který vzniká při tisku, hmotnost cívky filamentu i jeho průměr a vzdálený dohled díky použití kamer. Pro sběr dat je využita platforma Arduino Nano, které zajišťuje nízkorychlostní komunikaci s měřícími moduly čidel. Výkonná platforma Raspberry Pi zajišťuje komunikaci s mikrofonními moduly pomocí I2S sběrnice. Dále student v práci uvádí popis návrhu softwaru, který obsluhuje komunikaci pro příjem měřených dat a jejich následné uložení, komprimaci a odeslání na server. Student popisuje optimalizaci ukládání dat do souboru pomocí fronty a navíc oceňuji snahu o zabezpečení komunikace pomocí autorizačních údajů. Na závěr práce student diskutuje možná zlepšení dosavadní mechanické konstrukce 3D tiskárny. Přiloženy jsou grafy měřených veličin a reálné trajektorie tiskové hlavy pro testovací vzory. Pro zpřehlednění struktury softwaru slouží přiložené UML diagramy. Autor čerpal celkově z 36 zdrojů, přičemž mnohé odkazují na technické dokumentace součástek a internetové technické články. Rozsah práce je dostatečný a celkový technický popis je na velice dobré úrovni. Pouze zřídka se objevují méně formální věty. Práci proto hodnotím A 95 body. Topics for thesis defence:
  1. V grafu D.1 a F.1 uvádíte vibrační a zvuková data. Zkuste nastínit metodu zpracování signálu, která by mohla být použita pro automatickou detekci opotřebení mechanismu tiskárny. Který datový vstup by byl spolehlivější?
  2. Jak systém reaguje při neúspěšném odesílání komprimovaných dat na server?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová