История нашего 3D принтера

 

Содержание:

0. Введение

1. Покупка

2. Сборка

3. Рама

4. Крепление сопла

5. Турбина

6. Основные узлы

7. Каретка

8. Корпус контроллера

9. Провода

10. Новый контроллер

11.Резюме

0. Введение

Наша мастерская существует уже больше двух лет, за это время произошло очень много интересного, но одним из самых интересных был (и является) процесс совершенствования нашего принтера. В этой статье я расскажу каким он был в начале, какой путь прошел и каким стал.

1. Покупка

Принтер я покупал еще до того, как окончательно решил построить на этом свое дело. Кроме технических характеристик,  учитывались такие параметры, как открытость, цена расходников, легкость воспроизводства и много других. В итоге, часть данных вылилась вот в такую таблицу:

printers table

Соответсвенно, зелёненькие поля - это хорошо, красненькие - плохо. После мучительных раздумий выбор пал на RepRap Mendel Tricolour. Заказал я его непосредственно у изобретателя - в Бристоле, с доставкой через UPS. Стоил он около 1200$, на таможне пришлось заплатить 30% налога, а т.к. опыта работы с таможней у меня не было, пришлось заключить договор на услуги брокеров с той же службой доставки (это еще около 50$). Благо все документы мне прислали по почте и никуда ехать не пришлось . В итоге, приблизительно через 2 недели после заказа принтер привезли прямо мне под дом. 

2. Сборка

В коробке все было прекрасно - каждый вид винтиков, гаечек был в отдельном пакетике с наклейкой, на которой было напсиано количество и название. Было видно, что ребята реально стараются сделать все "на отлично". В документах была ссылка на сайт с инструкцией по сборке. К тому времени, как пришел принтер, я её уже всю изучил вдоль и поперёк и даже купил все необходдимые инструменты (это тоже описано в инструкции):

tools

Вот так выглядела открытая коробка:unboxing

Вот что было внутри:unboxing02

Собирал я его с перерывами в течение 5-ти дней, всего понадобилось больше 20-ти часов (конечно это долго, это ведь был 1-й 3D принтер в моей жизни, на 2-й у меня ушло 10 часов). Весь процесс сборки можете посмотреть вот в этом видео (не переживайте - длительность всего 40 минут):

Итак, первый 3D принтер собран - началось мое путешествие в мир 3D печати. Впрочем, как, наверное, и у всех "взлёт" хоть и произошел, но не обошлось без приключений. Например, контакт нагревательной поверхности был не очень хорошим и она плохо прогревала алюминиевую поверхность.  Вот видео моей 1-й печати на моем 1-ом принтере:

А вот собственно и сам напечатанный объект:

1st print

3. Рама

Хоть я и считал, что для 1-го раза результат замечательный, уже хотелось большего, поэтому в голове крутились мысли о том, что нужна более надежная рама. Текущая рама была собрана из 8мм шпилек и прогибалась при диагональных нагрузках. Так родилась идея практически монолитного корпуса из алюминия. К этому врмени я уже освоил замечательную программу Designspark Mechanical, в ней и решил разрабатывать (кстати, если вам интересно, чем можно создать 3D модель - можете почитать вот эту статью).

Итак,  сперва нужно было создать 3D модель. Тут мне очень помогло то, что вся информация по RepRap-принтерам - Open source. Поэтому 3D модели всех пластмассовых деталей (и не только) уже есть на GitHub. Но к деталям мы вернёмся позднее, а на повестке дня стояла рама для принтера:

rods

 Измерил расстояние между шпильками и нарисовал их 

rama01 Объединил все  шпильки треугольником, добавил отверстие под разъём питания. Чтобы не рисовать 2-ю раму, сделал эту абсолютно симетричной по оси Z. Поэтому внизу по центру получилось две шпильки (это придаст дополнительную прочность конструкции) и отверстие под разъём питания теперь тоже с двух сторон. Добавил крепежные отверстия и ручку для переноски принтера (за одно будет работать как защита для экструдеров)
rama02 Скопировал треугольную раму, предварительно измерив расстояние между рамами в принтере. Но не хватает горизонтальной  жесткости...   
rama03 Поэтому добавил поперечную Х-образную раму

Вот, что получилось:

rama04 rama05 rama06

4. Крепление сопла

Следующим на "прокачку" попало крепление сопла, т.к. однажды  охлаждающий вентилятор вышел из строя и эта деталь расплавилась. Делать его пришлось в большой спешке, т.к. принтер стал неработоспособным. Ребята из Хакерспейса помогли быстро сделать модель из алюминия:

soplo01 soplo03 soplo02

Вскоре после этого я доработал модель - сделал отверстия, тем самым масксимально облегчил и, в то же время, увеличил площадь рассеивания тепла. Теперь можно использовать один вентилятор на два сопла, а при термостойких подшипниках вообще обойтись без охлаждения (если заменить каретку, но об этом чуть позже).

soplo04 soplo05 soplo06

5. Турбина

Всё это время также шли работы над турбиной для обдува, хороший обдув очень важен при печати "мостов", да и вобще при печати. И нормальная турбина  получилась не сразу. Сначала я попробовал сделать турбину меньшего размера с узким соплом:

cooler01 cooler02 cooler03

но, как оказалось, законы аэродинамики действуют на всех и в такой турбине хорошего давления  не добъёшься, т.к.  в таком маленьком объеме воздуху некуда было деваться и он, отражаясь от стенки, создавал обратное давление. Следующая версия турбины была более удачной и однозначно лучше штатной:

cooler04 cooler05 cooler08

 Но нет предела совершенству, развиваемое давление было недостаточным, а у меня появились турбины от ноутбуков DELL. Оставалось сделать правильный корпус, для этого нужно было сделать 3D модель вентилятора, чтобы точно сделать посадочное отверстие. Как я это делал можете посмотреть в этом видео:

А вот и сама турбина:

cooler06 cooler09 cooler07

6. Основные узлы

 По мере того, как принтер совершенствовался, возникали новые цели. Теперь стояла задача повысить скорость печати. Для этого нужно было повысить напряжение на шаговых двигателях, соответсвенно, они будут больше греться, а также усилятся вибрации при смене направления движения. Было решено заменить все остальные запчасти на алюминиевые. И я принялся за работу:

zmotor01 На двигатели оси Z нагрузка невелика, но я исходил из того, что со временем переделаю их на упорные подшипники, поэтому нужна большая жесткость, ну и заодно, алюминиевый корпус будет радиатором и защитой для шагового двигателя
zmotor02 Нижнее крепление объединяет обе шпильки в одну прочную конструкцию
zmotor03 Вот как это должно быть в сборе
motorx А вот крепление двигателя X как раз хорошо работает, как радиатор и, конечно, придает нужную жесткость. Я переделал его на шариковые подшипники
motorx02 Другой конец оси Х - тут видно что есть крепление под шариковый подшипник, и есть адаптер под подшипник скольжения. На самом деле я еще не определился, что лучше. В данный момент один принтер работает на шариковых подшипниках, другой - на подшипниках скольжения.
 motory01 Крепление двигателя Y тоже работает, как радиатор (это двигатель греется больше всех), ну и, конечно, придает прочность конструкции.

Вот, что у меня получилось:

  rama09 rama10 motory02

 7. Каретка

 Послее всех этих модернизаций остался только один пластмассовый основной узел - Каретка. Сложность была в том, что в ней 3 подшипника, а если есть хоть малейший перекос, подшипники начинают "заедать", делать борозды на оси. Сложность калибровки в таких случаях растет не линейно, а по гиперболе. Кроме того, она должна быть легкой:

head03 Я постарался максимально облегчить деталь, в то же время, сохранив прочность, оставил небольшой люфт для калибровки подшипников.
head02 Также нужно было придумать механизм крепления ремня, с возможностью замены не разбирая саму каретку.
head01 А вот и конечный результат с креплением сопел

  8. Корпус контроллера

Контроллер принтера все это время был без корпуса, и так как на работу принтера это не влияло, я все время откладывал это на потом. Но вот настало время эстетического апгрейда:

melzi04 Корпус получился довольно сложный, с нашим логотипом, защитной сеткой для радиатора, и возможностью установки вентилятора для принудительного обдува.
melzi01 Поэтому печатал его по частям.
melzi02

Затем клеил и полировал

melzi03 Вот, что получилось в итоге. Вентилятор пока стоит "для красоты", т.к. дополнительное охлаждение не требуется.

9. Провода

Волей случая в моем распоряженнии оказались моток МГТФ провода и оплётка для проводов. Это позволило мне систематизировать жгуты проводов и заодно защитить их от механических повреждений.

provod03 provod02 provod01 provod04

10. Новый контроллер

Последним, но не окончательным апгрейдом на данный момент, является замена контроллера. Изначально Mendel поставляли с контроллером Melzi, довольно хорошее, на мой взгляд, решение (на тот момент), на одной плате размещены все необходимые компоненты для управления принтером с одним экструдером. Но были и минусы -  например, для установки еще 2-х экструдеров нужно было установить  еще один контроллер и связать их шиной обмена данных. Т.к. принтеры использовались практически постоянно, были случаи выхода из строя micro-USB разъема. Но с марта 2015-го принтеры начали комплектовать контроллером Duet, он быстрее, спососбен сам управлять 3-мя экструдерами (если на него поставить плату расширения) и к тому же есть встроенный Ethernnet-порт, который позволяет подключаться по сети. В дополнение ко всему этому реализована автокомпенсация платформы с использованием ИК-датчика. Частота 84МГц (у Melzi 16Мгц) позволяет держать веб-сервер прямо на контроллере и при этом спокойно выполнять все функции 3D принтера.  Как только я прочитал о всех этих возможностях, я понял - это те контроллеры, котрые я хочу видеть в своих принтерах и принялся за дело:

Duet01 Корпус для нового контроллера, и сам контроллер.
duet02 Высота корпуса должна быть достаточной для размещения контроллера вместе с платой расширения.
ir01 Крепление ИК-датчика на каретке. Концевик на оси Х позволит избавиться от одного микропереключателя, т.к. теперь его функцию будет выполнять ИК-датчик.   

 Вот, что получилось в итоге:

duet04 duet05

11. Резюме

Конечно, это не всё, что я сделал с принтером. Я не рассказал о доработке экструдеров, замене шестернок на металические, опытах с подшипниками, конверторах питания для турбин, датчиках подачи материала, но все это еще в работе и может поменяться. В общем-то были и неудачные модификации, от которых потом пришлось отказаться. В планах еще корпус, воздушные фильтры, термокамера, универсальный экструдер под все диаметры и думаю появятся еще идеи. Но это уже будет часть 2. Надеюсь, вам было интересно, много информации, которая не вошла в эту статью вы можете найти на наших страничках в соцсетях (большие круглые кнопки в самом верху, справа), а также можете там задавать свои вопросы - я обычно не жмусь и с радостью делюсь опытом. Ну и пару фото напоследок:

printer01 printer02 printer05 printer03 printer04

© Volume - Частная 3D мастерская, 2016