Prevenção de Incêndio em Impressoras 3D: Sistema de Segurança com Sensor Inteligente

Componentes e Materiais

Sensor de Poeira Sharp GP2Y1010AU0F	1
Arduino Nano R3	1
Relé 2 Canais	1
Fio	1
Buzzer	1
Ventoinha 25 mm	1
Botão Pressão 6mm	1

Ferramentas Necessárias

• Impressora 3D (genérica)
• Ferro de solda (genérico)

Aplicativos e Serviços Online

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360

Sobre o Projeto

Inspiração

Há cerca de um mês, minha impressora 3D estava no meio de uma impressão quando ocorreu um curto-circuito. Dois fios se tocaram e começaram a conduzir corrente perigosa, queimando o isolamento PVC. Se eu não estivesse por perto para ver a fumaça, a impressora teria pegado fogo. Felizmente consegui desligar a tempo.

Isso foi um alerta: percebi o perigo de deixar impressoras 3D rodando sem supervisão. O objetivo deste projeto é detectar, alertar e reduzir danos de incêndios elétricos, trazendo tranquilidade para donos de impressoras 3D cautelosos.

Funcionalidade

O sistema 3D Printer Safety detecta perigos através do Sensor de Poeira Sharp GP2Y1010AU0F, que rastreia material particulado no ar e envia dados ao Arduino. O Arduino Nano é o "cérebro": interpreta os dados do sensor e inicia a resposta. Se níveis anormais de partículas forem detectados, o gadget desliga a energia da impressora 3D e soa um alarme. A energia da impressora é controlada por um relé e o alarme por um buzzer 5V.

Construção

Reúna os materiais listados em "Componentes". Usei um buzzer diferente do listado por ser o que tinha. Sugiro comprar uma perfboard pré-trilhada como a linkada na lista.

Dois diagramas de circuito estão anexados no final: "Diagrama Compacto" (componentes conectados para minimizar espaço — importante para o gabinete impresso) e "Diagrama Expandido" (menos agrupado, para protoboard ou se espaço não for problema).

Conecte os componentes conforme o diagrama. A maior parte da perfboard ficará inutilizada e será cortada depois. O sensor de poeira é rotulado GP2Y1010AUOF e a ventoinha como "fan". O sensor linkado vem com capacitor e resistor que devem ser colocados conforme o diagrama.

Use fio suficiente para a eletrônica caber no gabinete. Certifique-se de que o capacitor está na polaridade correta (listra mais clara indica o negativo). Verifique se as trilhas da perfboard estão orientadas como na foto.

Agora carregue o código no Arduino Nano. Conecte ao PC e carregue o código do GitHub (link no final) via Arduino IDE na porta COM correta.

Gabinete

O gabinete 3D impresso está linkado no final. Imprime em duas peças com configurações normais e suportes opcionais.

Corte a perfboard perto dos componentes soldados (técnica mostrada neste vídeo). Deixe uma margem de uma fileira/coluna.

Coloque o relé e Arduino no gabinete como mostrado. Fixe com caneta 3D ou cola quente.

Encaixe a ventoinha 20mm no slot do pilar superior. Deslize o sensor de partículas no pilar — encaixe apertado, sem cola. Botão e alarme podem ser fixados com cola quente ou caneta 3D nos respectivos furos.

A tampa fecha em qualquer direção, vedando fios e perfboard.

Conexão com a Impressora 3D

O fio de alimentação da impressora deve ser emendado no Dispositivo de Segurança.

1. Corte e remova parte da capa externa, sem danificar fios internos.
2. O fio fase/linha (geralmente preto) deve ser cortado e as pontas descascadas 1,3 cm. Conecte a K1 ou K2 no relé: um fio no terminal central, outro no terminal normalmente aberto (marcado por '|__' em vez de '\__|'). Isso garante que, se o dispositivo for danificado no incêndio, a energia da impressora não será religada.

Monte o dispositivo para que fumaça subindo chegue à abertura da ventoinha. Não coloque sob a eletrônica da impressora.

O relé tem outra abertura para desligar outro dispositivo ou régua de energia se fumaça for detectada.

Considerações Finais

Foi ótimo construir este projeto e ajudar outros a recuperar a tranquilidade ao rodar impressoras sem supervisão. Espero que previna danos excessivos por falhas eletrônicas que têm aparecido na web.

O dispositivo emite alarme alto e corta energia da impressora quando detecta fumaça. O alarme soa por tempo definido no código Arduino. O botão reseta o Arduino, mas soa novamente se o perigo persistir.

Há um relé extra no projeto, que pode desligar eletrônicos próximos em caso de incêndio seguindo os passos acima.

Aviso: Não use ferro de solda perto da impressora se ela estiver rodando com o dispositivo de segurança — pode causar corte de energia e falha na impressão.

Aviso: Este dispositivo não garante parar um incêndio ou catástrofe. Rodar qualquer dispositivo eletrônico hobbyista como impressora 3D envolve riscos. Este dispositivo serve apenas para reduzir risco e danos de evento catastrófico.

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Código

Código Arduino

Cole no Arduino IDE e carregue no Arduino Nano: https://github.com/miles-nash/Printer-Safety/blob/master/arduino

Peças Personalizadas e Gabinetes

Arquivos do Gabinete

Impressão 3D com configurações normais para abrigar a eletrônica. Arquivo CAD no thingiverse.com

Esquemáticos

Não faça o circuito tão grande se for usar o gabinete 3D impresso. Serve apenas como referência se quiser expandir o circuito ou construir em outro gabinete.