Rostock mini - маленький дельта принтер

     Привет всем!

     Возникла тут необходимость напечатать элементы интерьера, высота которых превышает 200 мм. А для всех моих прототипов - это потолок. Да и, честно говоря, не хотелось бы нарушать основной принцип, который называется "не мешай машине работать". Когда все настроено, идеально откалибровано и отлажено - меньше всего хочется разрушать отлаженный механизм. А желание освоения чего-то нового, неизвестного подсказывает, что, гораздо интереснее (хоть и затратнее) - сделать новый принтер с нуля специально для высоких принтов.
     Тем более, что я давно мечтал дополнить свой фаб-лаб недостающей кинематической моделью дельта-принтера. Самый известный опенсорсный принтер с параллельной кинематикой называется Rostock. Его мы и попробуем освоить. Вернее, не сам росток, а его уменьшенную копию, которая называется Rostock mini.

     Отличается он от своего старшего брата прежде всего размерами. Здесь применяется стол с подогревом от Printrbot'а. Его размеры 150х150 мм (против стандартных 200х200). Высота здесь тоже меньше, чем у Rostock и составляет около 200 мм (против 400 мм), но никто не мешает ее увеличить просто изменив длину направляющих. Для моих целей высоты печати в 300 мм будет достаточно, а габариты моделей впишутся в 150х150 мм, поэтому будем собирать.

     Исходники для печати лежат на Thingiverse.com. Подетальная спецификация и процесс сборки также описан на сайте Reprap. В архиве с исходниками, помимо файлов stl для печати, лежат также файлы dxf для лазерной резки. Разработчики рекомендуют рамы вырезать из акрила толщиной 6 мм. Я решил сделать их металлическими и покрасить порошковой краской. Ищем знакомых на производстве, где есть лазерная резка и покрасочные камеры и заказываем детальку, которая называется frame.dxf из архива:

     Это основа будущего принтера. Я решил сделать их из стали толщиной 2 мм и покрасить в черный цвет. Получилось неплохо, но лучше красить все-таки матовой краской, а не глянцевой, как сделали мне, иначе на черном цвете видны все прикосновения:

     Дальше самая нудная и долгая часть мероприятия - печать всех необходимых для сборки деталей. К счастью, их не так много как в других принтерах - печать не займет очень много времени. К тому же дизайн позволяет сделать распечатку большим соплом (я печатаю 0,4 мм) и с максимально возможной скоростью. Единственное, без чего не обойтись при печати ABS пластиком - это стол с подогревом. Детали относительно большие и на холодном столе края обязательно отлипнут. Если есть возможность печати PLA пластиком, то можно попробовать и на холодном столе.
   
     Первым делом я напечатал крепление моторов (их надо 3 штуки). Файл называется motor_end.stl и после печати выглядит вот так:

     Вид с другой стороны:

     Сразу после печати в детальку вставляем 6 гаек М3. Это очень легко сделать при помощи паяльника. Особенно, если посадочное место слегка "поплыло". После этого прикидываем все это дело на платформу:

     Важно, чтобы посадочные отверстия идеально совпадали) К слову, перед тем как печатать такие большие детали, неплохо было бы проверить соответствие реальных размеров заданным на более простых деталях. Бывает, что калибровочные кубики вроде и неплохо получаются, а при более высоких принтах размер уходит. Вот.

     Далее напечатаем каретки (их тоже 3 штуки), в которые вставляются линейные подшипники LM8UU. Файл называется carriage.stl.

     Оно же с другой стороны:

     Подшипники закрепляются при помощи пластиковых хомутов. Гайки М3 также паяльником сажаем на места. А вот винты М3 на картинке у меня вставлены неправильно. Должно быть как на этом фото:

     Красная деталь в архиве называется jointx12.stl и служит для подвижной связи двух осей вращения. Так как эта штука будет вращаться и тереться обо все поверхности, то ее необходимо печатать из PLA. Если PLA нет - его надо будет чем-то заменить. Идеальным вариантом будет найти стержень из фторопласта подходящего диаметра и вручную просверлить отверстия (одно вдоль всей оси, второе по центру сбоку). Если неохота заморачиваться на этой детали - печатаем, чем есть, потом без труда можно будет заменить ее на более подходящий вариант. Главное - обильно смазать трущие поверхности силиконовой смазкой. Что-то мне подсказывает, что свой росток мини я буду собирать именно таким образом.

     Следующая деталь у меня на очереди - это платформа, на которой будет находится печатающая головка (файл называется platform.stl). Выглядит она так:

     После печати планирую собрать нижнюю часть принтера с моторами, направляющими и этой самой платформой. Тем временем запущу на печать деталь idler_end_1deg.stl (их тоже надо 3 штуки), при помощи которой можно будет собрать все остальное:

     Пока платформа печатается - нарезаем направляющие в нужный размер. У меня это китайский каленый пруток диаметром 8 мм. Длина направляющих оригинального Rostock mini составляет 492 мм, что позволяет печатать детали высотой 192 мм. Разработчик предупреждает нас о том, что не стоит сильно увеличивать высоту печати, т.к. это значительно снизит жесткость конструкции. Нельзя не согласиться, поэтому после сборки всей конструкции надо будет подумать о том, как нам эту самую жесткость обеспечить. В оригинальном принтере Rostock автор решил эту проблему при помощи куска фанеры:

     Честно говоря, мне этот вариант совершенно не нравится из-за эстетических соображений. В качестве альтернативы будем использовать вот такое решение:

     Акрил в данном случае смотрится гораздо лучше.

     Еще надо будет определиться с тем, где будет располагаться мотор экструдера. Да и вообще, какой экструдер использовать. У автора шаговый двигатель с редуктором, который крепится на нижней раме:

     Моторчик очень достойный, в редукторе применяются металлические шестерни:

     Беда в том, что этот моторчик стоит почти 3000 рублей с доставкой (из-за бугра, естественно). На всякий случай оставлю здесь ссылку на этот моторчик на ebay.

   
     Видел в сети решения, где экструдер наподобие MK7 крепят прямо на летающей платформе. Очень интересно будет попробовать аналогичный вариант. У меня как раз есть двигатель, который почти ничего не весит, но обладает при этом очень приличным крутящим моментом. Про него я пораньше писал:

     Придется провести немало тестов, чтобы убедиться в жизнеспособности выбранного решения.
   
Продолжение следует...

Кинематика принтера. Что лучше?

     Доброго времени суток!

     Сегодня я решил поделиться своими мыслями насчет выбора кинематики для принтера. Честно говоря, в интернете нет однозначного мнения о том, какая все-таки схема движения экструдера по осям является наиболее удачной. Попробуем разобраться.

     Итак.

     Самая распространенная в интернете система принадлежит классическому Prusa Mendel:

     В классификации самих репраповцев такая схема движения называется XZ Head Y Bed. Это означает, что экструдер движется по оси X (влево-вправо) и Z (вверх-вниз), а стол бегает по оси Y (вперед-назад). И все тут вроде бы хорошо и достаточно просто, но! Несмотря на видимую простоту конструкции, ее практически нереально настроить на идеальную геометрию. Здесь слишком много гаек, которые надо одновременно крутить, чтобы выставить перпендикулярность / диагональность. Даже, если получается настроить правильную печать в основании детали, то ближе к вершине все равно модель "уплывает" куда-то не туда. Калибровка такого принтера подобна шаманству. Кроме всего прочего, точность принтера напрямую зависит от жесткости резьбовых шпилек, из которых он состоит процентов на 70. Я применял обычные шпильки М8 из строительного магазина - а они гнутся практически без усилий. Так что ждать от такого принтера печати запредельного качества не стоит.

     Но! Если заменить все эти хлипкие шпильки на цельные элементы, то результат будет гораздо лучше.

     Такой вариант реализации называется Prusa Air. Есть еще Prusa i3 (наверное, по-аналогии с компом автора, в котором трудится Intel Core i3) и еще целая куча вариантов. В том числе и комбинированные, в которых используются и цельные элементы и все те же резьбовые шпильки. Например такой:

     Собрать (а самое главное - настроить) такой принтер гораздо проще. Да и качество печати будет уже на уровне промышленных образцов. Необязательно делать боковины и прочие элементы из акрила при помощи лазерной резки, либо фрезерования. Можно обойтись фанерой (или МДФ):

     Самое главное - добиться параллельности / перпендикулярности осей.

     Советую все-таки воспользоваться услугами лазерной / фрезерной резки - сейчас практически в любом городе есть фирмы (производства), которые предоставляют такие услуги. Денег это будет стоить немного, зато сэкономите кучу времени и нервов.

     Если есть желание максимально упростить (ускорить) сборку принтера с такой кинематикой, можно, например, остановиться на варианте под названием Printrbot LC:

     Здесь практически все детали выполнены из фанеры, а точность печати в итоге практически никак не зависит от кривизны рук и определяется только качеством исходного материала.

     Поехали дальше.

     Бывают модели, в которых стол катается не только по одной оси (в менделе по Y).

     У этой ранней модели под названием Makerbot Cupcake стол двигается по осям XY, а экструдер только по оси Z. Такая кинематика распространена среди моделистов в различных микрофрезерных станках, где гораздо легче двигать маленькую обрабатываемую заготовку, чем тяжелый инструмент.

     Но в нашем случае экструдер тонну не весит, поэтому не стоит заморачиваться на такой схеме движения.

     Особняком стоят Delta-роботы с совершенно внеземной кинематикой, где стол стоит неподвижно, а голова летает по всем трем осям:

     Родоначальником всех подобных принтеров является Rostock (он на фото). Штука просто великолепная, а процесс печати доставляет гораздо сильнее, чем от простых принтеров. В инете очень много роликов процесса печати - советую всем посмотреть (если кто еще не видел) - тут например. Самый главный плюс этого принтера в том, что печатная головка может летать по всем осям на сверхзвуковых скоростях. Конечно, это в том случае, если мощности движков хватит, в головка будет обладать небольшой инерционностью. А самый главный минус - что для движения по любой из осей необходимо в любом случае задействовать все три двигателя одновременно. Тут возможен вариант с накоплением суммарной ошибки в точности позиционирования, которая, кроме всего прочего, сильно зависит от наличия люфтов в шарнирах плечей.

     Чтобы избавиться от люфтов, можно использовать шаровые наконечники, например такие:

     Мой безлюфтовый вариант (пока только прототип):

     ...

     Едем дальше.

     Самая распространенная кинематика 99% современных принтеров - это XY Head Z Bed. Т.е., движение печатающей головки по осям XY, а стол - по Z. И самая известная реализация этого варианта - это конечно Makerbot Replicator (со всеми своими версиями, кроме последней 5-го поколения):

     Двигатель оси Y при помощи двух зубчатых ремней двигает каретку оси X с размещенным на ней двигателем, который, в свою очередь, двигает печатающую головку.

     Лично мне нравится такой вариант, за исключением того, что приходится постоянно "катать" двигатель оси Х, а это, в свою очередь, лишняя масса. В первой моей статье фото принтера именно с такой механикой:

     К недостаткам этого варианта я бы отнес необходимость использования трех отдельных зубчатых ремней, которые должны быть натянуты струной. Если они будут висеть, то качественной печати не получится.

     

     В принтере Ultimaker двигатели осей XY стоят неподвижно:

     При помощи целой кучи зубчатых ремней (4 больших и 2 маленьких) и валов они двигают печатающую головку с очень неплохой скоростью. Качество печати у такого принтера одно из самых лучших. Чуть подробнее кинематическая часть:

     В этой конструкции лично мне не нравится использование вращающихся валов, которые обязывают использовать бронзовые (или фторопластовые) втулки вместо подшипников качения. Да и валы должны быть идеально ровными, иначе весь механизм будет штормить при движении. Обилие зубчатых ремней я бы тоже не отнес к плюсам конструкции, поэтому ищем дальше.

     Медленно, но верно мы пришли к простой, но гениальной механике:

    Эта кинематика называется H-Bot. Вот ее схема:

     Еще один H-Bot:

     В интернете многие путают данную кинематику с CoreXY, которая выглядит немного иначе:

     А вот реализация CoreXY "в железе":

     И CoreXY и H-Bot работают совершенно одинаково. Когда мы вращаем оба двигателя в одну и ту же сторону, происходит движение экструдера по оси X, если вращать двигатели в противоположные стороны - движется каретка по оси Y. Если только один из двигателей будет вращаться - получим одновременное движение по двум осям (каретка поедем по диагонали). Здесь самый наглядный пример такого движения. Тут  еще один отличный пример.

     Анимация движения по осям:

     Сразу отмечу, что прошивка Marlin (про нее я уже писал) поддерживает такую кинематику - достаточно раскомментировать в конфигурации всего одну строчку.

// Uncomment the following line to enable CoreXY kinematics

// #define COREXY

     Очевидные плюсы этой кинематики - двигатели находятся статично, им не надо никуда ездить, соответственно, они могут быть любыми (т.е. мощными). Ремень здесь всего один - не надо заморачиваться с кучей натяжных механизмов.

     Но есть и минусы - данная конструкция должна быть абсолютно жесткой! Иначе вместо кругов будут получаться овалы. 

     Подобная механика применяется в принтере компании Stratasys под названием Mojo. Вот он:

     Инженеры компании Makerbot в пятом поколении своих репликаторов, похоже, тоже решили использовать H-bot:

     Для себя я выбрал именно такой вариант кинематики. Здесь, само собой, не обойтись без точных ЧПУ инструментов, зато результат будет на уровне дорогих профессиональных принтеров. 

     ...

Стальной RepRap.

     Привет!

     Недавно наводил порядок в своих файлах и случайно наткнулся на фотки своего самого первого цельнометаллического RepRap'оподобного принтера. Ничего особенного он из себя не представляет, за исключением того, что практически все его детали сделаны при помощи лазерной резки. Металл толщиной 2мм.
     Для начало видео процесса печати (желающим послушать работу шаговиков во время печати рекомендую смотреть со звуком):

     Для печати использовался черный PLA пластик китайского производства, купленный на ebay. В качестве хотэнда - сборное фторопластовое чудо по мотивам Arcol.hu (я про него писал в предыдущих статьях):

     Вот на этой фотографии его достаточно неплохо видно (на столе только что распечатанная серия подшипников скольжения):

     Основная трудность использования фторопласта состоит в том, что он при нагреве размягчяется и горячий воздух под давлением старается надуть его как воздушный шарик. Либо  пластик вытекает в малейшую образовавшуюся щель, что тоже неприятно, т.к. приходится постоянно убирать эти подтеки (на фотке они заметны невооруженным взглядом). В данном случае лучше конечно было бы использовать PEEK в качестве термобарьера, но у меня его не было под рукой.
     Нагревательный блок - алюминиевый, в него вставлены мощные резисторы в качестве нагревательных элементов. Причем, резистора там два - они греют сразу с двух сторон, что значительно повышает производительность нагревателя, правда, выглядит немного громоздко.

     Еще одно фото, где видно привод филамента:

     В качестве привода филамента я применил шаговый двигатель марки FL42STH47-1684A:

     На валу посажена зубчатая шестерня от какой-то старой печатной машинки (вроде это был принтер для печати на перфокартах японской фирмы Mitsubishi). К шестерне филамент прижимается обычным подшипником. Качество филамента было довольно высоким (диаметр не плавал по длине), поэтому я не испытывал трудностей с застреванием. Это меня также избавило от необходимости делать подпружиненный механизм прижатия.

     Блоки управления шаговыми двигателями я брал готовые SMD-4.2. Их мощность для таких целей конечно избыточна, но и приобретались они совершенно для других целей (сейчас они у меня трудятся в фрезерном станке ЧПУ, о котором я как-нибудь тоже напишу здесь). 

     Естественно, для 3Д принтера можно (и нужно!) использовать более дешевые StepStick на основе микросхемы A4982. 

     Все это управляется описанной ранее Arduino Mega 2560 с залитой прошивкой Marlin. Я не стал заморачиваться с дополнительными платами и собрал все "на весу". Тем более, что там ничего сложного нет - управляющие провода к блокам шаговиков и малюсенькая платка с полевиком нагревателя и развязкой термистора.

     В качестве концевиков - какие-то валявшиеся под рукой микрики (также от старых принтеров), закрепленные стяжками на направляющих.

     По механике сказать особо нечего - использовались китайские направляющие 8 мм и шпильки из строительного магазина. Подшипники корпусные марки INAFAG 608. Зубчатые ремни вместе с шестернями выдернуты из старых матричных принтеров (разных моделей).

     Стол - кусок оргстекла, утилизированный из дохлого TFT-монитора, на который наклеен Kapton. Подогрев мне был ни к чему, т.к. PLA прекрасно липнет и к холодному столу с каптоновым скотчем. К оргстеклу без покрытия тоже нормально приклеивается, правда при этом его сильно портит, поэтому лучше сделать как у меня.

     Первое, что было напечатано, наверное, как и у многих - детали для самого же принтера. Хотелось сделать более легкий по весу вариант. Появилось желание сделать более универсальный экструдер, способный изменять усилие прижатия филамента. Да и вообще как-то улучшить конструкцию. 

     Получилась следующая модификация:

     Полностью избавиться от металла получилось далеко не сразу, т.к. доступных материалов было в количестве ровно на один принтер. Процесс имел плавный (и практически необратимый) характер. Только HotEnd еще долго пробыл в неизменном виде (пока я окончательно не перешел на ABS). 

Еще фотки:

     Жесткостки конструкции все эти переделки конечно не прибавили, качество печати значительно ухудшилось, но зато обслуживать принтер стало гораздо проще. 

     Вентилятор, дующий прямо на деталь, позволил печатать достаточно сложные конструкции:

     Небольшое видео процесса печати этой штуковины:

     Видео не особо четкое, сказывается недостаток освещения, но, в принципе, что-то рассмотреть можно.

     Управляется принтер по USB от нетбука при помощи бесплатной программы Pronterface, являющейся по сути своей оболочкой для слайсера Slic3r.

     В итоге.

     Было сделано огромное количество выводов, получен громадный опыт в печати, да и вообще в проектировании подобных конструкций. Выбрана оптимальная прошивка, программное и аппаратное обеспечение. Опробованы различные поверхности стола на сцепление с пластиком. Практически испробованы различные режимы печати и влияние на них внешних факторов.
     Естественно, данная конструкция обладает рядом недостатков, которые я постарался учесть в дальнейшем. Но, в принципе, вполне рабочее решение, которое можно посоветовать начинающим для повторения.
   

     На этом пока все, до следующего.