3D-Drucker Brandschutz: Intelligentes Sensorsicherheitssystem

Komponenten und Materialien

GP2Y1010AU0F Sharp Staubsensor	1
Arduino Nano R3	1
2-Kanal-Relais	1
Draht	1
Summer (Buzzer)	1
25 mm Lüfter	1
6 mm Taster	1

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• 3D-Drucker
• Lötkolben

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360

Über dieses Projekt

Inspiration

Vor etwa einem Monat druckte mein 3D-Drucker, als ein Kurzschluss auftrat. Zwei Drähte berührten sich und führten gefährlichen Strom. Die PVC-Isolierung begann zu brennen. Hätte ich den Rauch nicht bemerkt, wäre der Drucker in Brand geraten. Glücklicherweise konnte ich ihn rechtzeitig ausschalten.

Ein Weckruf: Unbeaufsichtigtes Drucken ist gefährlich. Ziel dieses Projekts: Gefahren erkennen, Alarm auslösen und Schäden bei elektrischen Bränden minimieren – für mehr Sicherheit beim 3D-Druck.

Funktionsweise

Das "3D Printer Safety"-System erkennt Gefahren über den Sharp GP2Y1010AU0F Staubsensor, der Partikel in der Luft misst und an den Arduino meldet. Der Arduino Nano ist das Gehirn: Er interpretiert Sensordaten und reagiert. Bei anomalen Partikelwerten schaltet das Gerät den 3D-Drucker stromlos und löst Alarm aus. Die Druckerstromversorgung wird über ein Relais gesteuert, der Alarm über einen 5V-Summer.

Video

(Video-Link im Original)

Aufbau

Materialien laut "Things"-Liste besorgen. Hinweis: Ich verwende einen anderen Summer als gelistet (was ich gerade hatte). Ein vorstrukturiertes Lochrasterboard (Perfboard) wird empfohlen.

Zwei Schaltpläne am Seitenende: "Striped Diagram" (platzsparend für 3D-Gehäuse) und "Expanded Diagram" (übersichtlich für Breadboard-Prototyp).

Komponenten laut Schaltplan verbinden. Die meisten Perfboard-Flächen bleiben ungenutzt und werden später abgeschnitten. Staubsensor = GP2Y1010AUOF, Lüfter = fan. Der verlinkte Staubsensor kommt mit Kondensator und Widerstand, die laut Plan zu platzieren sind.

Ausreichend Kabel für den Einbau ins Gehäuse verwenden. Kondensator-Polarität beachten (hellerer Streifen). Streifen auf dem Perfboard wie im Bild ausgerichtet lassen.

Jetzt Code auf Arduino Nano hochladen: Board an PC anschließen, GitHub-Code in Arduino IDE einfügen, richtigen COM-Port wählen, hochladen.

Gehäuse

3D-Druckdateien am Seitenende. Normaldruckeinstellungen, optionale Stützen, zwei Teile.

Perfboard zuschneiden (Video verlinkt). Nahe an den Bauteilen schneiden, 1 Reihe/Spalte Puffer lassen.

Relais und Arduino ins Gehäuse einsetzen (3D-Pen oder Heißkleber fixieren).

20-mm-Lüfter in den oberen Pfeiler des Deckels einsetzen. Partikelsensor in den Pfeiler schieben – fester Sitz, kein Kleber nötig. Taster und Summer in ihre Löcher kleben (Heißkleber/3D-Pen).

Deckel passt in beide Richtungen und dichtet alle Kabel und Perfboard ab.

Netzkabel des 3D-Druckers muss in das Sicherheitsgerät eingespleißt werden.

1. Außenisolierung teilweise entfernen, Innendrähte nicht beschädigen.
2. Außenleiter (meist schwarz) durchtrennen, Enden 1,5 cm abisolieren. An Relais K1 oder K2 anschließen: Ein Draht auf Mittelkontakt, der andere auf "normally open" (Markierung '|__' statt '\__|'). So bleibt der Drucker aus, falls das Sicherheitsgerät bei Brand beschädigt wird.

Gerät so montieren, dass aufsteigender Rauch zum Lüfteröffnungsbereich gelangt. Nicht unter Druckerelektronik platzieren.

Das Relais hat einen zweiten Kanal – kann weiteres Gerät/Steckdosenleiste bei Rauch abschalten.

Abschließende Gedanken

Das Projekt hat Spaß gemacht und hilft anderen, ruhiger zu schlafen beim unbeaufsichtigten Drucken. Ich hoffe, es verhindert die übermäßigen Schäden durch Elektronikdefekte, die lately im Netz auftauchen.

Bei Rauchalarm: Lauter Alarm + Stromabschaltung. Alarmdauer im Arduino-Code einstellbar. Taster setzt Arduino zurück, löst aber erneut Alarm aus, wenn Gefahr besteht.

Zweiter Relais-Kanal kann weitere Geräte bei Brand abschalten (wie oben beschrieben).

Warnung: Kein Lötkolben in der Nähe des laufenden Druckers mit aktivem Safety-Device – kann Fehlalarm und Druckabbruch verursachen.

Warnung: Dieses Gerät garantiert nicht, einen 3D-Drucker-Brand zu stoppen. Hobby-Elektronik birgt Risiken. Dieses Gerät dient nur der Risiko- und Schadensreduzierung.

Fragen, Kommentare, Bedenken gerne unten oder per PN. Wenn Ihnen das Tutorial gefällt, bitte respektieren und Folgen in Betracht ziehen.

Code

Arduino Code

In Arduino IDE einfügen und auf Arduino Nano hochladen: GitHub Repository

Benutzerdefinierte Teile und Gehäuse

Gehäuse-Dateien

Normaldruckeinstellungen für Elektronikgehäuse. CAD-Datei auf thingiverse.com

Schaltpläne

Nicht so groß aufbauen, wenn 3D-Gehäuse genutzt wird – nur als Referenz für Erweiterungen oder anderes Gehäuse.