3Dプリンター火災予防：スマートセンサーセーフティシステム

必要な部品と材料

GP2Y1010AU0F シャープ粉塵センサー	×1
Arduino Nano R3	×1
2チャネルリレー	×1
ワイヤー	×1
ブザー	×1
25mmファン	×1
6mmプッシュボタン	×1

必要な工具と機械

• 3Dプリンター
• はんだごて

使用するアプリとオンラインサービス

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360

プロジェクト概要

着想のきっかけ

約1ヶ月前、3Dプリンター印刷中にショートサーキットが発生しました。2本の断線が接触し、危険な電流が流れ始め、PVC被覆が燃え出しました。私がそばにいて煙に気づいたから良かったものの、無人だったら火災になっていたでしょう。この出来事は警鐘となり、無人運転の危険性を痛感させられました。本プロジェクトの目的は、電気火災を検知・警報し、被害を最小限に抑えること、そして慎重な3Dプリンターユーザーに安心を提供することです。

機能概要

「3D Printer Safety」は、Sharp GP2Y1010AU0F粉塵センサーで空気中の粒子状物質を検知し、Arduino Nanoがデータを解析して対応します。異常な粒子濃度を検知すると、3Dプリンターの電源を遮断しアラームを鳴らします。プリンター電源はリレーで制御し、アラームは5Vブザーで出力します。

製作

「部品」リストの材料を用意してください。ブザーは手元にあった別のものを使用しています。スペース節約のため、プリント済みパーフボード（リスト記載のもの）の使用を推奨します。

ページ下部に2種類の回路図を添付しています。「ストリップ図」は3Dプリントエンクロージャ収納用にコンパクトにまとめた配線、「拡張図」はブレッドボード試作用に見やすく展開した配線です。

図に従って部品を配線してください。パーフボードの大部分は後でカットします。粉塵センサーはGP2Y1010AU0F、ファンは「fan」とラベル付けされています。リストの粉塵センサーにはコンデンサと抵抗が付属しており、図の通りに配置してください。

エンクロージャに収まるよう十分な長さのワイヤーを使用し、コンデンサの極性（明るいストライプ側）に注意してください。パーフボードのストライプ方向も画像と合わせてください。

この時点でArduino Nanoにコードをアップロードします。PCに接続し、GitHubのコードをArduino IDEに貼り付けて正しいCOMポートでアップロードします。

エンクロージャ

3Dプリント用エンクロージャファイルはページ下部にリンクあり。通常設定でプリント可能（サポート任意）、2ピース構成です。

パーフボードは部品実装エリアギリギリまでカットします。カット技術は動画参照。1列/1行分の余裕を持たせれば十分です。

リレーとArduinoをエンクロージャ内に配置（画像参照）。3Dペンまたはホットボンドで固定。

20mmファンをカバー上部のピラーのスロットに、粒子センサーをピラーに挿入（きついが接着不要）。ボタンとブザーをそれぞれの穴にホットボンドまたは3Dペンで固定。

カバーはどちらの向きでも装着可能で、全配線とパーフボードを内部に封入します。

3Dプリンターの電源線も本デバイスに接続する必要があります。

外装シースを一部剥き、内部ワイヤーを傷つけないよう注意。ホット線（通常黒）を切断し、両端を1/2インチ剥いてリレーのK1またはK2に接続。一方を中央端子、もう一方を常開端子（|__ 印の方）に接続します。これによりデバイスが火災で損傷してもプリンター電源が誤って復旧しません。

デバイスは上昇する煙がファン開口部付近を通る位置に設置してください。3Dプリンターの電子基板直下には置かないでください。

リレーにはもう1つの開口部があり、煙検知時に別のデバイスや電源タップも遮断可能です。

最終的な考察

このプロジェクトの製作は非常に楽しく、無人印刷への不安を解消する一助となりました。最近ウェブで話題の電子機器故障による過度な被害を防ぐことを願っています。

本デバイスは煙検知時に大音量アラームを鳴らし、3Dプリンターの電源を遮断します。アラーム継続時間はArduinoコードで指定可能。ボタンでリセット可能ですが、危険が継続していれば再度アラームが鳴ります。

余分なリレーを搭載しており、火災時に近くの電子機器も遮断できるよう設計しています（前出の手順で接続）。

警告: 3D Printer Safetyデバイス稼働中にプリンター付近ではんだごてを使用すると、誤検知で電源遮断・造形失敗の恐れがあります。

警告: 本デバイスが3Dプリンター火災や大惨事を確実に防ぐものではありません。ホビーグレード電子機器の運用には固有のリスクが伴います。本デバイスはあくまでリスクと被害の軽減を目的としています。

ご質問・ご意見はコメントまたはメッセージでどうぞ。面白いと感じたらフォローをお願いします。

コード

Arduino Code

Arduino IDEに貼り付けてArduino Nanoにアップロード
https://github.com/miles-nash/Printer-Safety/blob/master/arduino

カスタムパーツとエンクロージャ

Enclosure Files

通常設定で3Dプリントし、本プロジェクトの電子部品を収納。
CADファイル: thingiverse.com

回路図

3Dプリントエンクロージャ使用時はこれほど大型の回路にしないでください。これは回路拡張や別エンクロージャでの製作時の参考用です。