Эксперимент по сборке самодельного 3D принтера с нуля

Материал из robbo
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения

Захаров Леонид Сергеевич

Эксперимент по сборке самодельного 3D принтера с нуля

После сборки 3D принтера из КИТ-набора появляется стойкое ощущение, что конструкция принтера, спроектированная и построенная собственными руками, будет гораздо лучше. В прошлой статье рассказано о проблемах, возникающих при сборке принтера МС5 D.R.O.V.A., которые портят настроение. Но эти же проблемы побуждают к эксперименту, поиску технических решений, которые хочется реализовать в собственной улучшенной конструкции.

Коллега, Евгений Дульцев, помогавший мне собирать принтер МС5, попросил помочь ему с постройкой собственного принтера. Сначала он решил собрать принтер Mendel. Для этого нужно скачать полный набор 3D моделей в формате stl для печати, распечатать их на МС5, вырезать на станке ЧПУ файлы фанерных деталей и просто собрать принтер.

Принтер № 1

Посмотрев на модели деталей, мы сошлись во мнении, что можно сделать всё по-другому, взяв за основу лишь принцип конструкции. Я рисовал на листке эскизы деталей, а Евгений прорисовывал в 3D редакторе модели узлов. Узлы принтера №1 рисовались отдельно, по очереди, а потом уже на основании того, что получилось, создавались следующие. Получались такие рисунки:

Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения

Из-за того, что узлы и некоторые детали рисовались отдельно, случались ошибки. Пару деталей пришлось перепечатывать. Но в конце концов, принтер начал потихоньку собираться. Для станины нашлась полка от стола, для каркаса, две доски ламината. Поскольку не все детали по размеру входили в станок ЧПУ, то их пришлось выпиливать электролобзиком. При попытке нарезать на станке детали, выявились люфты, из-за которых не совпали отверстия. Отверстия тоже пришлось сверлить вручную. Файлы из чертежа просто распечатывались, наклеивались тонким двухсторонним скотчем на деталь, потом прямо по чертежу и сверлили. Все бы ничего, но оказалось, что коллега, обладая внушительными знаниями по настройке всевозможного оборудования, ни сверлить, ни пилить... Пришлось самому. Но все же постепенно, одновременно устраняя люфты в станке ЧПУ и распиливая ламинат, приступили к сборке.

Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения

Принтер № 1 вышел неплохой. Печатал качественно. Рабочее поле 230х230х180 мм. Была, правда, одна конструктивная, но вполне устранимая особенность, из-за которой плавал ноль по Z. Кроме того, работал принтер достаточно шумно.

Видео работающего принтера № 1 [1]

Из недостатков конструкции принтера № 1 хотелось бы отметить использование двух моторов (вместо одного) на оси Z и подачу прутка через боуден.

Принтер № 2

Не захотел коллега доводить принтер №1 до ума, не понравилась почему-то конструкция, а решил, что всё надо полностью переделать. В итоге сошлись на том, что принтер № 2 будет нарисован целиком в 3D редакторе, а уже из готовой 3D модели будут вычленены все детали, напечатаны и распилены. Недостатки предыдущей модели в новой версии были устранены. В итоге проект вышел примерно таким:

Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения

Как видно из рисунка, теперь у модели прямая подача прутка и один мотор на оси Z. Стол движется по Х и Y. Гусак неподвижен, мотор подачи опускается вместе с экструдером, подшипники неподвижны, опускается рамка с направляющими. Таким образом, мы попытались обойти недостаток принтера МС5, у которого печатающая головка висит консолью, создавая большую нагрузку на подшипники.

Принтер № 2 получился лучше принтера № 1, но и при его изготовлении не обошлось без ошибок. Стол был изготовлен из алюминия 3 мм толщиной. Из-за мягкости металла, его ровность оставляла желать лучшего. Мы вышли из положения, положив на него оконное стекло 4 мм. А во время печати выявилась ошибка. Из-за длинной консоли оси Z, вибрации от движущегося стола стали передаваться на экструдер, причем, когда он входил в резонанс, его колебания из стороны в сторону составляли более миллиметра! Мы попробовали усилить конструкцию диагональными штангами, но это мало помогло. Тогда я предложил снять стол и взвесить его. При размерах 240х240 мм его масса оказалась 1,7 кг! Тут удачно нашелся равный кусок гетинакса, толщиной 4 мм. После замены материала, масса стола стала 300 г и вибрации исчезли. На этом было решено остановиться и признать конструкцию принтера № 2 удачной.

Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения
Ошибка создания миниатюры: Не удаётся сохранить эскиз по месту назначения

Видео работающего принтера № 2 [2]

Итоги эксперимента

1. Стоимость самостоятельной постройки такого принтера составляет 13-15 тыс. рублей. Многовато, но приемлемо. Стоимость электроники примерно 1,5-1,7 тыс. рублей. Основные затраты составляют моторы и направляющие с подшипниками. Из-за большой массы увеличивается стоимость доставки из Китая.

2. Овладев достаточно средними навыками в 3D моделировании при помощи SketchUp – бесплатного редактора, можно создавать 3D модели вполне сложных устройств. Создавая готовую модель из узлов, можно впоследствии вычленять детали простым удалением лишних объектов, экспортировать их в stl и распечатывать на 3D принтере. Можно экспортировать плоские детали в файлы dxf, а затем на выбор: просто распечатывать их на листах, наклеивать на заготовки и пилить-сверлить вручную, или вырезать на станке ЧПУ.

3. Наличие 3D принтера и станка ЧПУ позволяет достаточно легко создавать идентичные этим аппаратам устройства: роботы изготавливают роботов! Без этих устройств создавать модели роботов очень сложно, долго, а в условиях кружка робототехники почти невозможно.

Школьный технопарк

Исходя из всего вышесказанного, я считаю, что любой детский коллектив, занимающийся робототехникой, должен иметь доступ к станку ЧПУ и 3D принтеру. Это позволит создавать качественные модели, позволяющие выполнять поставленные перед ними задачи. Время от идеи до изделия резко сокращается, что позволяет быстро переключаться на другие разработки, поддерживая и развивая интерес детей. Важным направлением работы робототехнического кружка является умение моделировать в 3D редакторе. Изучение 3D редактора может быть увлекательным, если начинать с изучения простых приёмов, которые позволят быстро построить и распечатать 3D модель. Если каждый урок (занятие) заканчивается изготовлением готовой детали, то интерес не угаснет. Чтобы раскрыть тему 3D моделирования, которая позволит создавать устройства «от идеи до модели», постараюсь разработать пошаговую инструкцию по созданию деталей для «китайского робота», работающего под ScratchDuino 2.0 с применением FreeCad и SketchUp.

Но это в следующих статьях…