Plasmadrucker

Das Video zum Plasmadrucker

Mechanik

Abbildung 1:
Auf der Suche nach alternativen Druckmethoden für ein Kunstprojekt von Theo Deutinger (www.td-architects.eu) habe ich einen simplen Plasmadrucker gebaut.

Abbildung 2:
Die Maschine basiert auf einem akkubetriebenen Plasma-Feuerzeug. Die Schaltung im Innern erzeugt eine hohe Spannung über einen kleinen Transformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselspannung sehr hoher Frequenz angesteuert wird. In der Sekundärwicklung baut sich somit die zum Zünden des Plasmabogens nötige hohe Spannung auf.

Abbildung 3:
Die mechanischen Komponenten des 2D Druckers entstammen größtenteils dem 3D Drucker:
Benötigt wird eine Vorrichtung zum Papiervorschub, der über einen Schrittmotor angetrieben wird, während für die Mechanik zur Bewegung der Elektroden senkrecht zum Papiervorschub ein zweiter Schrittmotor zum Einsatz kommt.

Elektronik

Abbildung 4:
Die Elektronik umfasst die beiden Schrittmotortreiber, die Platine des Feuerzeugs und einen auf 3.7V justierten Gleichspannungswandler, der den Akku des Feuerzeugs ersetzt. Das hat im ersten Anlauf allerdings nicht wirklich funktioniert:
Die Funkenstrecke des Lichtbogens im Zusammenspiel mit der billigen Elektronik erzeugt heftige Störsignale, welche die Schrittmotorsteuerung völlig durcheinandergebracht hat.

Abbildung 5:
Lösungen auf die Schnelle sind ein zusätzlicher Kondensator, eine Entstördrossel und ein Widerstand vor der Funkenstrecke, um die Leistung des Störsenders zu reduzieren - das FCC Gütesiegel wird's für dieses Gerät dennoch nicht geben...
Nach wie vor ist der Drucker recht empfindlich, was die Störsignale betrifft:
Vor allem der Abstand der Elektroden ist ein zu beachtender Parameter. Je kleiner die Lücke, um so stärker die Störungen. Zucken die Schrittmotoren beim Feuern des Plasmas, so sollte man den Abstand vergrößern. Geschirmte Leitungen hin zu den Elektroden sollten ebenfalls eine Verbesserung bringen.

Abbildung 6:
Schaltplan

Beispieldruck

Abbildung 7:
Damit das Plasma zünden kann, muss das Papier durchschlagen werden. Der Blick durch das Mikroskop zeigt das Loch im Zentrum des Druckpunktes. Durch die Hitze des Plasmas werden die Ränder verkohlt, womit ein schwarzer Punkt auf dem Papier entsteht.
Papier besteht aus vielen kleinen, zufällig verteilten Fasern, die dem Stromfluss unterschiedlichste Wege durch diesen Dschungel bieten. Der Plasmablitz nimmt somit nur selten den kürzesten Weg zwischen den Elektroden, weshalb die Druckpunkte mit einer sichtbaren Abweichung vom Sollwert gesetzt werden.

Abbildung 8:
Möglich ist also nur ein Rasterdruck wie bei den guten alten Zeitungsbildern, bei denen ein ausreichender Abstand zwischen den einzelnen Druckpunkten besteht. Ferner sollte die Software Pausen zwischen dem Feuern zweier Plasmabögen einlegen. Auf Grund der oben beschriebenen Abweichungen der Druckpunkte vom Sollwert ist die Qualität der Drucke sehr bescheiden, allerdings nicht so schlecht, dass man das Motiv nicht erkennen könnte.
Einen Durchbruch in Sachen Drucktechnologie habe ich mit diesem Plasmadrucker sicher nicht erzielt, aber ein weiteres, interessantes Gerät zum Lehren von Basiswissen ist dabei allemal entstanden.

Software

Die Software besteht aus zwei Komponenten:
Nummer eins läuft auf dem Arduino UNO und die zweite Komponente auf einem PC. Dieses Kommandozeilenprogramm läuft unter Linux, getestet habe ich das mit Raspberry OS auf einem Pi-Top[3].
Quellcode, Schaltplan und eine kurze Anleitung sind Teil des Download-Paketes.

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