Zen-tuin CNC-eindtafel: Bouw je eigen slimme meubelstuk

Onderdelen en benodigdheden

Voor dit project heb je de volgende onderdelen nodig:

• Arduino UNO (1x)
• OpenBuilds 12V/29A voeding (1x)
• OpenBuilds NEMA 17 stappenmotor (2x)
• SparkFun A4988 stappenmotordriver (2x)
• Lineaire regelaar met instelbare output (1x)
• Analoge joystick (1x)
• Witte LED-strip (1x)
• RF-afstandsbediening (1x)
• Condensator 220 µF (2x)
• Breadboard (1x)
• SparkFun Snappable Protoboard (1x)
• 2020 aluminiumprofiel voor de gantry-frame
• 8mm lineaire bewegingsstangen (4x) en bijbehorende beugels (8x)
• Diverse 3D-printeronderdelen (tandriemen, lagers, etc.)
• Hout: 4x4 balken, select pine, 1/4" berkenschichthout, 1/8" MDF
• 1/4" plaatglas (niet veiligheidsglas, let op scherpe scherven bij breuk)
• 3/4" kogellager
• 25 lbs witte speelzand
• 2 zakken gladde rivierstenen
• Neodymium ronde basismagneet
• Kreg pocket hole jig (optioneel maar aanbevolen)
• Kunststof conduit 2-gaten klemmen voor gantry-bevestiging

Apps en online diensten

• Arduino IDE

Over dit project

Ik ben een maker. 's Avonds zit ik met mijn familie voor de TV, een notitieboek in handen, en schets ik ideeën. Veel van mijn gesprekken beginnen met "zou het niet cool zijn als...". De meeste ideeën blijven op papier, maar deze niet. Het is een ingesloten zen-tuin ingebouwd in een eindtafel. De beweging is geïnspireerd op een CNC-machine of 3D-printer – oorspronkelijk wilde ik een RAMPS 1.4 shield gebruiken, maar ik bedacht een veel simpelere manier.

Mijn doel was een eindproduct dat rust uitstraalt. Ik wilde wat zen in mijn woonkamer brengen, en ik denk dat dat gelukt is. Veel van wat ik bouw is niet mooi, maar deze tafel moest wel fraai genoeg zijn om in ons huis te staan. Mijn vrouw wist alleen dat het een eindtafel zou worden; ik beloofde haar dat ze er trots op zou zijn. Dus ik werkte extra hard aan de afwerking.

Ik heb al 3D-printers en simpele meubels gebouwd, maar nog nooit technologie gecombineerd met meubels. Dit leek een leuk project. Het idee zat al zes maanden in mijn hoofd, en de "Tables and Desks" contest (met die mooie zwart-gele gereedschappen als prijzen) gaf me de duw om te starten.

Stap 1: Ontwerp en idee

Ik wilde een eindtafel bouwen die naast een bank kan staan, misschien met een lamp erop. Het moest meer "kunst" zijn dan meubel – een fusie van technologie en hout. Ik vind de traditionele zenuwtuintjes met houten hark heel rustgevend. Dat was de kern: rustgevende, tech-geïnfuseerde kunst.

Ik dacht aan een gantry zoals bij een 3D-printer, maar zonder Z-as. Zo kon ik een kogellager met magneten door zand laten bewegen. Ook wilde ik het programmeren om zelf patronen te "printen". Ik koos voor een Arduino met twee stappenmotordrivers en simpele code. In plaats van een vaste werkruimte in de code te definiëren, plaatste ik endstops op de min en max van beide assen. Zo stopt de motor automatisch bij 0,0 en bij de maximumcoördinaten. Dit maakt de code onafhankelijk van de afmetingen van jouw bouw.

Stap 2: Onderdelen en materialen

Dit is wat ik gebruikte; je hoeft niet exact dezelfde onderdelen te nemen. Het geeft een beeld van wat nodig is.

• Hout: ik gebruikte geredde 4x4 balken van een boomhut en select pine die mijn vrouw had gekocht voor vensterlijsten (ik beloofde er meer te kopen). Ook 1/4" berkenschichthout dat ik jaren geleden had gekocht.
• 1/8" MDF tussen top en basis als lijmlaag. In terugblik had ik dit kunnen weglaten.
• 2020 aluminiumprofiel voor de gantry-frame.
• 2 stappenmotoren ($12,99 voor twee assen).
• Arduino UNO voor de gantry-besturing.
• Arduino UNO joystickmodule voor bediening.
• 8mm lineaire stangen (4x) en beugels (8x).
• 3D-printeronderdelen: tandriemen, gladde stangen, lagers, etc.
• Kreg pocket hole jig – maakt meubelbouw veel makkelijker.
• 1/4" plaatglas – lokaal glasbedrijf. Let op: geen veiligheidsglas, kan gevaarlijke scherven geven.
• Witte LED-strip met RF-afstandsbediening.
• LM317 spanningsconverter.
• A4988 stappenmotordriver (2x).
• 220µF 16V condensator (2x).
• 12V 5A voeding.
• 3/4" kogellager.
• 25 lbs witte speelzand.
• 2 zakken gladde rivierstenen.
• Neodymium ronde basismagneet.
• Breadboard en soldeerbord.
• Kunststof conduit klemmen voor gantry-bevestiging aan de luik.

Stap 3: De gantry monteren

Ik begon met schetsen en bouwde de gantry. Dit is misschien niet de meest efficiënte methode, maar het werkte met de onderdelen die ik had. Ik gebruikte 2020 aluminiumprofiel en 3D-printte de hoekbeugels (bestanden bijgevoegd). De laser-gesneden delen voor X- en Y-as zijn ook beschikbaar. Bestudeer de foto's goed voor de exacte montage van de wagentjes en assen. Mijn manier van het bouwen van de wagentjes is bewijsd betrouwbaar in eerdere projecten.

Bijgevoegde bestanden: FTY8AKAIVO3T4X1.dxf, FZUAWWRIVO3T4WZ.cdr, FVXPPAIIVO3T86T.stl

Stap 4: De schakeling samenstellen

Eerst bouwde ik de schakeling op een breadboard. Nadat alles werkte, soldeerde ik het over op een printplaat. Het Fritzing-schema is hierboven te vinden ter hulp.

Stap 5: De code

De code is eenvoudig. Door endstops op min en max van beide assen hoeft de code niet de afmetingen van de gantry te kennen. Of jouw ontwerp nu groter of kleiner is, niets hoeft aangepast. De code is beschikbaar als .TXT en .INO bestanden.

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

Stap 6: Beweging testen

Na het uploaden van de code testte ik grondig. De diagonaalbeweging gaat horizontaal, dan verticaal, dan weer horizontaal – als een Etch A Sketch. Het werkt goed. Nu alles solderen en in de tafel monteren.

Stap 7: De echte tafel bouwen

Ik wilde een tweelaagse doos: de mechanica verborgen in het onderste deel, bediend met een joystick verborgen onder een rand. Meer had ik niet bedacht. In mijn houtstapel vond ik een 4x4 balk en mooi select pine. Na belofte aan de baas (mijn vrouw) om het te vervangen, begon ik in de werkplaats.

Stap 8: Een tweelaagse doos bouwen

Na het zagen van de 1/4" schichthout probeerde ik een nieuwe methode om de hoeken tijdens het lijmen vast te houden: ik liet karton met heetlijm aan de hoeken vast. Dat werkte verrassend goed. Na het bouwen van de tussenvloer en controleren op waterpas, monteerde ik een piano-scharnier zodat de bodem (met de gantry) naar beneden kan klappen voor onderhoud.

Stap 9: Tafelpoten maken

Voor de poten hergebruikte ik een 4x4 pine balk van een speelhuis. Na het verwijderen van schroeven en nagels, zaagde ik vier stukken van 25 inch. Door de dikhobel haalde ik de verf eraf en maakte ze glad. Met een lat en schroefklemmen maakte ik een hulpmiddel om met een cirkelzaag als tafelzaag te werken. Resultaat: vier schone L-vormige poten.

Stap 10: De zijkanten monteren

Na het bevestigen van de poten maatte ik de zijkanten nauwkeurig af. Je wilt zo min mogelijk gaten. Ik lijmde en schroefde ze van de onderkant van de tweelaagse doos vast.

Stap 11: Schuren, schuren en nog meer schuren

Bij elk vormgegeven project: ruimschoots schuren. Begin met grof (80-120 korrel) en werk naar fijn (<200 korrel). De tijd die je hierin stopt, wordt beloond met een prachtig resultaat.

Stap 12: LED-verlichting installeren

Zodra de positie van de topvast was, maakte ik een stukje 1/8" MDF dat ertussen past. Ik markeerde de positie, keerde het om en bevestigde de LED-strip aan de onderzijde met kabelbinders en heetlijm. Alleen heetlijm is riskant bij warmteproducerende componenten. Ik boorde een gat voor de voedingsdraad naar de onderkant. De LEDs kregen hun eigen 12V voeding omdat ze de stappenmotoren lieten brommen op de gedeelde voeding.

Stap 13: De top monteren

Ik heb weinig ervaring met gehringen, maar na proberen en fouten kreeg ik een mooie top. De Kreg jig werkte uitstekend voor de vier hoeken. Meet goed: liever te groot en nogmaals zagen/schuren dan te klein. Frees de individuele stukken uit zodat het glas vlak past. Diepte moet overeenkomen met je glas (bij mij 1/4"). Na lijmen en schroeven bevestigde ik de top aan de basis met de Kreg jig aan de achterkant van de poten (onzichtbaar).

Ik bestelde 1/4" plaatglas 1/16" kleiner dan de opening bij een lokale autoglaszaak en liet de randen afschuren voor veiligheid. Geen lijm: ik wil het glas kunnen wegnemen om de stenen te herindelen.

Stap 14: Behandelen, beizen, lakken, schuren, opnieuw lakken

Omdat pine zeer porieus is, gebruikte ik een voorbehandeling voor gelijkmatig beizen. Daarna Minwax natural cherry poly-beits. De volgende dag licht schuren met 320 korrel en nog een laag. Als ik het opnieuw deed, zou ik beits en lak apart doen; de combinatie gaf drupvlekken en je kunt niet donkerder beitsen zonder af te schuren. Ik heb meerdere keren herhaald tot ik tevreden was. Poly-beits gebruik ik niet meer.

Stap 15: Electronica installeren

De luik in de bodem laat de hele gantry naar beneden zakken voor onderhoud. De gantry zit met kunststof conduit klemmen op de 2020 profielen. De Arduino en printplaat zitten onder de tafel, kabels door een gat in het midden van de luik. De joystick zat ik met heetlijm onder de rand van de tafel – niet de meest elegante oplossing, maar onzichtbaar tenzij je ernaast kroopt. Op de onderkant alles netjes opgeschroefd en kabels opgeruimd. Voedingsstekkers aan de achterkant van de achterste poot geklemd.

Stap 16: Het gereedschapshoofd – "magnethead"

Hoe de magneet aan de bout bevestigen? Ik zagen een stukje 3/4" rondhout (1-1,5 inch), boorde een gat voor de bout en schroefde de magneet erboven. Door de moer onderaan los te draaien kan de hoogte (Z-as) worden afgesteld.

Stap 17: De rotsentuin aanleggen

Na de electronica de zandtuin aanleggen. Ik kocht 25 lbs zand, maar 5-10 lbs had volstaan. Zand spreiden, balletje laten rollen, controleren of de bodem zichtbaar wordt. Zand toevoegen tot de gewenste diepte. Daarna twee zakken gladde rivierstenen aan de randen. Niet lijmen – zo kan je ze later herindelen.

Stap 18: De tafel in actie

De tafel beweegt! Ik stond er lang te kijken hoe de metalen bal het zand wegduwt. Ontzettend bevredigend. Een lange reis, maar het resultaat is precies zoals ik het had gevisualiseerd.

Stap 19: Klaar

Dit was een zwaar, lang project. Maar ontzettend leuk.

Code

De volledige Arduino-code is bijgevoegd als code.ino. Het gebruikt de BasicStepperDriver bibliotheek en leest de joystick uit via analoge pinnen. Endstops zorgen voor veilige begrenzing. De motoren draaien op 100 RPM met microstepping ingesteld op 1 (volledige stap). De code is modulair en eenvoudig aan te passen.

Aangepaste onderdelen en behuizingen

3D-printbestanden en laser-snijbestanden zijn bijgevoegd: hoekbeugels (DXF, CDR, STL).

Schema's

Het schakelschema is bijgevoegd als afbeelding.