Suzie Model One: Fresadora CNC de Precisão para PCBs

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade	Observações
Arduino UNO	1	Controlador principal
Driver Pololu A4988	3	Eixos X, Y, Z (microstepping)

Ferramentas e Máquinas

• Impressora 3D (bq Prusa i3) - para fabricação de peças estruturais
• Torno manual (para fabricação do fuso do eixo Z)
• Ferramentas manuais básicas

Software e Firmware

• GRBL v1.1f - Firmware CNC open-source para Arduino UNO
• IDE Arduino para upload do GRBL
• Software de controle: Universal Gcode Sender, bCNC, CNCjs, etc.

Sobre o Projeto

A Suzie Model One é uma fresadora CNC desktop projetada especificamente para usinagem de PCBs (isolamento de trilhas, furos, corte de contorno). O objetivo: rigidez máxima, precisão e automação (apenas troca de fresa e posicionamento de probe Z são manuais).

Dimensões

Dimensão	Valor
Externa (L x C x A)	46 x 62 x 58 cm
Área útil (X x Y x Z)	~20 x 20 x 6 cm

Inovações Mecânicas

Eixos X e Y: Correias Dentadas (Zero Backlash)

Diferente de fusos de esferas/roscas trapezoidais, correias eliminam folga inerente. Não há necessidade de compensação em firmware. Correias GT2 tensionadas adequadamente não apresentam elasticidade perceptível e suportam forças de usinagem em metais leves.

Configuração única: A correia é fixa nas extremidades (não forma laço). O motor passo a passo move-se sobre a correia como uma cremalheira.

• Eixo X: Motor montado no carro X, correia fixa na base.
• Eixo Y: Motor fixo na base, correia move-se com a mesa Y (configuração inversa).

Vantagem do eixo Y: comprimento virtualmente ilimitado da mesa sem alterar o design da máquina.

Eixo Z: Fuso Trapezoidal Personalizado

Correia no eixo Z causaria queda da fresa em falha de energia. Solução: fuso trapezoidal métrico usinado em torno manual (com técnica especial para rosca métrica em torno imperial) e porca impressa em 3D sem folga (ajuste por interferência com lubrificação).

Limitação conhecida: O conjunto carro X-Z tem flexão lateral (2-3mm empurrando manualmente). Soluções: aumentar rigidez estrutural ou reduzir velocidade de penetração (plunge). Para materiais macios (FR4), velocidade padrão é suficiente; para latão, reduziu-se a velocidade.

Peças Impressas em 3D

Suportes de motor, carros de eixos, suportes de rolamentos, suporte do fuso Z, suporte do spindle. Projetados iterativamente para otimizar rigidez dentro das restrições de impressão FDM. Permitem design compacto que seria inviável com usinagem manual.

Eletrônica e Controle

• Controlador: Arduino UNO + GRBL 1.1f
• Drivers: 3x Pololu A4988 em protoboard customizada (substituíram L298N/L297 - mais frios, silenciosos, microstepping)
• Spindle: Motor brushless DMW57314 controlado via PWM pelo GRBL (substituiu Dremel - mais silencioso, melhor controle de RPM)
• Probe Z: Chave sempre fechada (NC), aberta quando a fresa toca a placa. Repetibilidade excelente. Apenas eixo Z (probe X/Y deixado para versão futura).

Evolução e Lições Aprendidas

1. Rigidez é tudo: Flexão estrutural causa falhas em isolamento fino de trilhas.
2. Correias > Fusos para X/Y: Zero backlash real, sem desgaste desigual, manutenção simples.
3. Fuso Z customizado: Porca 3D sem folga funciona, mas exige lubrificação constante.
4. Drivers modernos (A4988/TMC2209) transformam a máquina: Microstepping = suavidade, menos ruído, menos calor.
5. Spindle brushless + controle PWM: Essencial para PCB (RPM constante, baixo runout).

Conclusão e Próximos Passos

Suzie Model One cumpriu seu papel de plataforma de aprendizado. "Está pronta!" - melhorias incrementais não justificam o esforço na estrutura atual.

Suzie Model Two será:
✓ Estrutura metálica (perfil V-slot ou alumínio usinado)
✓ Maior área de trabalho
✓ Eixo Z com guias lineares e fuso de esferas
✓ Drivers TMC2209 UART (sensorless homing, stealthChop)
✓ Probe X/Y automático
✓ Troca de ferramenta automática

Recursos

• GRBL Wiki: github.com/gnea/grbl/wiki
• Conexões GRBL: wiki/Connecting-Grbl
• Desenvolvimento no Instagram: #suziecnc