Zen-Garten-CNC-Beistelltisch: Bauen Sie Ihre eigenen smarten Möbel

Komponenten und Materialien

Arduino UNO	×1
OpenBuilds 12V/29A Netzteil	×1
OpenBuilds NEMA 17 Schrittmotor	×2
SparkFun A4988 Schrittmotortreiber	×2
Einstellbarer Linearregler (LM317)	×1
Analoger Joystick	×1
Weiße LED-Streifen mit RF-Fernbedienung	×1
Kondensator 220 µF	×2
Steckbrett & Lötplatine	je ×1
Holz (4×4 Kantholz, Kiefer, Birken-Sperrholz)	nach Bedarf
2020 Aluminiumprofil, 8mm Führungswellen, Linearlager	für Gantry
3/4″ Kugellager, 25 lbs Spielsand, Flusssteine, Neodym-Magnet	für Zen-Garten
1/4″ Floatglas, Scharniere, Kreg-Taschenlochjig	für Tischkonstruktion

Apps und Onlinedienste

• Arduino IDE

Über dieses Projekt

Ich bin ein Maker. Abends sitze ich mit meiner Familie vor dem Fernseher, ein Moleskine-Notizbuch in der Hand, und skizziere Ideen. Viele Gespräche beginnen mit „Wäre es nicht cool, wenn …“. Die meisten Ideen bleiben auf dem Papier. Diese hier nicht. Ich finde sie großartig: Ein geschlossener Zen-Garten, eingebaut in einen Beistelltisch. Die Bewegung wurde von CNC-Fräsen und 3D-Druckern inspiriert – anfangs plante ich ein RAMPS 1.4 Shield, fand dann aber einen deutlich einfacheren Weg.

Das Endprodukt sollte Ruhe ausstrahlen. Ich wollte etwas Zen in mein Wohnzimmer bringen. Ich glaube, das ist mir gelungen.

Viele meiner Projekte sind nicht hübsch – so ist das nun mal. Bei diesem Bau habe ich meiner Frau nie verraten, was genau ich baue. Nur dass es Möbel sein würden, die gut genug aussehen, um in unserem Haus stehen zu dürfen. Zum Kontext: Wir teilen alles. Sie ist meine beste Freundin. Aber bei diesem Projekt versprach ich lediglich, dass das Ergebnis etwas sein würde, worauf sie stolz wäre. Sie wusste, es wird ein Beistelltisch. Mehr nicht. Also gab ich mir extra Mühe, den Tisch wirklich schön zu machen.

Ich habe bereits 3D-Drucker und einfache Möbel (Regale, Bänke) gebaut, aber noch nie Technologie in Möbel integriert. Das schien mir ein spannendes Projekt zu sein.

Die Idee für diesen Tisch hatte ich vor etwa sechs Monaten. Der „Tables and Desks“-Wettbewerb (und die tollen schwarz-gelben Werkzeuge als Preise) motivierte mich, endlich anzufangen.

Schritt 1: Design und Idee

Ich wollte einen Beistelltisch bauen – etwas, das allein oder neben einem Sofa steht, vielleicht eine Lampe trägt. Er sollte mehr „Kunst“ sein als alles andere, eine Verschmelzung von Technologie und Holz. Ich sah immer diese Steingärten mit Holzrechen und fand sie sehr friedvoll. Genau das war mein Ziel: friedvolle, technikdurchdrungene Kunst.

Um das zu erreichen, dachte ich an ein Gantry-System ähnlich einem 3D-Drucker, aber ohne Z-Achse. Damit könnte ich ein Kugellager mittels Magneten durch ein Medium – wahrscheinlich Sand – steuern. Ich plante auch, ihn so zu programmieren, dass er selbstständig Bilder oder Muster „druckt“.

Ich entschied mich für einen Arduino mit zwei Schrittmotortreibern und recht einfachem Code. Statt einen festen Arbeitsbereich im Code zu definieren, verbaute ich Endschalter an Min- und Max-Positionen beider Achsen. So stoppen die Motoren bei 0,0 bzw. an den Maximalwerten automatisch. Das macht die Programmierung deutlich flexibler – die Tischgröße spielt keine Rolle.

Schritt 2: Benötigte Teile und Materialien

Hier ist eine Liste der Teile, die ich verwendet habe. Das heißt nicht, dass Sie exakt dieselben nutzen müssen – es soll nur eine Orientierung geben.

• Holz: Ich durchforstete meine Holzreste – 4×4 Kantholz aus einem Baumhaus, Kiefernholz für Fensterleisten (meiner Frau versprach ich Nachschub), ¼″ Birkensperrholz von einem alten Projekt.
• ⅛″ MDF zwischen Tischplatte und Basis als Klebefläche. Rückblickend hätte ich es weglassen können.
• 2020 Aluminiumprofil für den Gantry-Rahmen.
• 2 Schrittmotoren (~13 $ für beide Achsen).
• Arduino UNO für die Gantry-Steuerung.
• Joystick-Modul zur manuellen Steuerung.
• 8mm Führungswellen ×4, Wellenhalter ×8.
• 3D-Drucker-Teile (Riemen, Wellen, Lager) aus früheren Bauten.
• Kreg-Taschenlochjig – nicht zwingend, aber extrem hilfreich bei Möbelbau (Platte & Montage).
• ¼″ Floatglas vom lokalen Glaser – Achtung: kein Sicherheitsglas, splittert gefährlich! Ich wählte es für Stärke und Dicke.
• Weißer LED-Streifen + RF-Fernbedienung.
• LM317 Spannungswandler, 2× A4988 Treiber, 2× 220µF 16V Kondensatoren, 12V/5A Netzteil.
• ¾″ Kugellager, 25 lbs weißer Spielsand, 2 Beutel Flusssteine, runder Neodym-Magnet.
• Steckbrett, Lötplatine, Kunststoff-Kabelbinder (2-Loch) zur Gantry-Befestigung an der Klappe.

Schritt 3: Gantry zusammenbauen

Ich begann mit groben Skizzen und baute das Gantry. Nicht unbedingt der effizienteste Weg, aber meiner – mit Restteilen aus anderen Projekten. Ich hatte 2020-Aluprofile übrig und nutzte sie für den Rahmen. Die Eckwinkel entwarf und 3D-druckte ich selbst (Dateien beiliegend). Auch die lasergeschnittenen Teile für X- und Y-Achse sind enthalten. Studieren Sie die Fotos genau, um den Wagen und die separaten Achsen nachzubauen. Meine Wagenkonstruktion ist vielleicht nicht optimal, aber sie hat sich in mehreren Builds bewährt.

Dateien: FTY8AKAIVO3T4X1.dxf, FZUAWWRIVO3T4WZ.cdr, FVXPPAIIVO3T86T.stl

Schritt 4: Schaltung aufbauen

Zuerst steckte ich die Schaltung auf ein Steckbrett, testete alles gründlich und verlötete sie dann auf die Lötplatine. Der beiliegende Fritzing-Plan hilft beim Nachbau.

Schritt 5: Der Code

Der Code ist bewusst einfach. Durch die Endschalter an Min/Max beider Achsen muss die Tischgröße nicht im Code definiert werden. Egal ob Ihr Design kleiner oder größer ist – keine Code-Anpassung nötig. Die Dateien liegen als .TXT, .INO und .ZIP vor.

Dateien: F5577MZIW6PMIF4.cpp, FKOB89KIW6PMIF6.h, FO9WJRBIW6PMIFY.ino, F1K7N72IW6PMIGQ.zip, FVI0A1ZIW6PMIGS.txt, F9BIZS5IW6PMIGV.txt, FGBWKEAIW6PMIGW.txt

Schritt 6: Bewegung testen

Nach dem Hochladen testete ich ausgiebig. Die diagonale Bewegung fährt erst horizontal, dann vertikal, dann wieder horizontal – wie ein Etch-A-Sketch. Funktioniert gut. Nun alles verlöten und in den Tisch einbauen.

Schritt 7: Der eigentliche Tischbau

Ich überlegte, wie ich die Mechanik in einem zweistöckigen Kasten verstecken könnte, gesteuert von einem Joystick unter einer Kante. Mehr hatte ich nicht geplant.

Im Holzlager fand ich ein 4×4 Kantholz (aus einem Spielhaus) und schönes Kiefernholz. Nach dem Versprechen, alles zu ersetzen, ging es in die Werkstatt.

Schritt 8: Zweistöckigen Kasten bauen

Nach Zuschnitt des ¼″ Sperrholzes probierte ich eine neue Methode: Heißklebe-Karton an den Ecken, um den Leimdruck zu halten. Funktionierte überraschend gut. Nach Einbau der Trennwand (waagerecht!) befestigte ich ein Klavierband, damit der Boden mit dem Gantry herausklappbar ist – für Wartung und Upgrades.

Schritt 9: Tischbeine fertigen

Die 4×4 Kiefer aus dem Spielhaus: Schrauben/Nägel entfernen, auf 4× 25″ zuschneiden, durch die Dickenhobelmaschine laufen lassen bis Farbe weg und Holz glatt. Mit Anschlag und Zwingen eine Führung für die Handkreissäge bauen – ergab 4 saubere L-förmige Beine.

Schritt 10: Seitenwände montieren

Viel genaues Messen – Lücken minimieren. Stücke verleimen, von unten durch den zweistöckigen Kasten verschrauben.

Schritt 11: Schleifen, schleifen, schleifen

Bei Formstücken: großzügig schleifen. Grob (80–120) → fein (<200). Jede investierte Minute zahlt sich beim Finish aus.

Schritt 12: LED-Beleuchtung einbauen

Ein Stück ⅛″ MDF zwischen Platte und Basis. Position markieren, umdrehen, LED-Streifen unten mit Kabelbindern + Heißkleber fixieren. Wichtig: Heißkleber allein versagt bei Wärme. Stromkabel durch Bohrung nach unten geführt. Ursprünglich wollte ich die LEDs vom 12V-Schrittmotor-Netzteil speisen – aber die LEDs ließen die Motoren brummen. Also eigenes 12V-Netzteil für die LEDs.

Schritt 13: Tischplatte montieren

Gehrungsschnitte sind nicht meine Stärke. Nach Versuch & Irrtum gelang ein schöner Rahmen. Kreg-Jig für die vier Ecken – funktionierte hervorragend.

Tipp: Lieber zu groß schneiden und nachschleifen als zu klein. Vor dem Leimen die einzelnen Teile fräsen, damit das Glas bündig liegt (Tiefe = Glasstärke, bei mir ¼″).

Platte verleimen, verschrauben, von hinten (unsichtbar) per Kreg-Jig an den Beinen befestigen.

Lokale Autoglaserei: ¼″ Floatglas 1/16″ kleiner als Öffnung bestellen, Kanten schleifen lassen. Kein Acrylkleber – das Glas soll herausnehmbar bleiben, um Steine neu zu arrangieren.

Schritt 14: Grundieren, Beizen, Lackieren, Schleifen, Nochmal Lackieren

Kiefer ist porös – Vorbeizen (Pre-Stain Conditioner) verhindert Flecken. Dann Minwax Natural Cherry Poly-Stain. Am nächsten Tag 320er Schleifpapier, zweite Schicht. Lektion: Beize und Lack getrennt auftragen! Poly-Stain hinterläuft Tropfen, und nachdunkeln geht nicht – man muss abschleifen. Mehrere Durchgänge bis Zufriedenheit. Nie wieder Poly-Stain.

Schritt 15: Elektronik einbauen

Die Klappe im Boden trägt das gesamte Gantry (befestigt mit Kunststoff-Kabelbindern am 2020-Profil) und klappt nach unten für Wartung.

Arduino & Platine: Loch in Klappenmitte, Kabel hindurch, Elektronik unter dem Tisch verschraubt.

Joystick: Lange überlegt, dann einfach unter die Tischkante geklebt. Kabel in die Ecke gedrückt, heißgeklebt. Nicht die eleganteste Lösung, aber unsichtbar im Normalbetrieb.

Unterseite: Platinen mit kleinen Schrauben, Kabel aufgeräumt. Netzteilstecker an der Rückseite des hinteren Beins fixiert.

Schritt 16: Der Werkzeugkopf – „Magnetkopf“

Wie den Magneten am Einstellbolzen befestigen? Ein Stück ¾″ Rundholz (1–1½″), Bohrung für Bolzen, Magnet oben eingeschraubt. Justage über die Mutter unten.

Schritt 17: Steingarten anlegen

25 lbs Sand gekauft – im Nachhinein wären 5–10 lbs genug gewesen. Sand verteilen, Kugel testen: Boden darf nicht durchscheinen. Sand nachfüllen bis gewünschte Tiefe. Dann 2 Beutel Flusssteine am Rand verteilen. Nicht kleben – späteres Umarrangieren soll möglich bleiben.

Schritt 18: Der Tisch in Aktion

Er läuft! Ich stand einfach da und steuerte die Kugel viel zu lange – es ist unglaublich befriedigend, zuzusehen, wie der Sand verdrängt wird. Ein langer Weg, aber das Ergebnis entspricht genau meiner Vision.

Schritt 19: Fertig!

Ein langes, hartes Projekt. Aber verdammt viel Spaß.

Code

/* Simple demo, works with any driver board
 * Connect STEP, DIR as indicated
 * Copyright (C)2015 Laurentiu Badea
 * MIT License
 * Edited by Ernest E Garner, 20-Nov-2016
 * For Zen Table gantry control
 */
#include <Arduino.h>
#include "BasicStepperDriver.h"

#define X_MOTOR_STEPS 200
#define Y_MOTOR_STEPS 200
#define STEP_FORWARD 1
#define STEP_REVERSE -1
#define X_DIR_HOME STEP_FORWARD
#define Y_DIR_HOME STEP_FORWARD

#define X_MAX_PIN 6
#define X_HOME_PIN 7
#define X_DIR_PIN 8
#define X_STEP_PIN 9
#define X_ANALOG_PIN A0
#define Y_MAX_PIN 5
#define Y_HOME_PIN 10
#define Y_DIR_PIN 11
#define Y_STEP_PIN 12
#define Y_ANALOG_PIN A2

#define MICROSTEPS 1

BasicStepperDriver x_stepper(X_MOTOR_STEPS, X_DIR_PIN, X_STEP_PIN, X_HOME_PIN, X_MAX_PIN);
BasicStepperDriver y_stepper(Y_MOTOR_STEPS, Y_DIR_PIN, Y_STEP_PIN, Y_HOME_PIN, Y_MAX_PIN);

int x_position = 0, x_analog;
int y_position = 0, y_analog;

void setup() {
  #ifdef DEBUG
  Serial.begin(9600);
  #endif
  x_stepper.setRPM(100);
  y_stepper.setRPM(100);
  x_stepper.setMicrostep(MICROSTEPS);
  y_stepper.setMicrostep(MICROSTEPS);
}

void loop() {
  x_analog = analogRead(X_ANALOG_PIN);
  if (x_analog < 472) x_stepper.move(-40);
  else if (x_analog > 552) x_stepper.move(40);

  y_analog = analogRead(Y_ANALOG_PIN);
  if (y_analog < 472) y_stepper.move(-40);
  else if (y_analog > 552) y_stepper.move(40);
}

CAD-Dateien & Gehäuse

• FTY8AKAIVO3T4X1.dxf (Eckwinkel)
• FZUAWWRIVO3T4WZ.cdr (Laserteile)

Schaltplan

Siehe beiliegendes Schaltplan-Bild (Fritzing-Diagramm).