3D принтер RepRap Prusa Mendel

Домашні 3D принтери - це дійсно щось. Буквально в 2006 році таких принтерів взагалі не існувало, а до 2011 року їх вже налічувалося близько десятків тисяч. Впевнені, на сьогоднішній день тисячі людей хочуть почати розробку свого власного 3D принтера.

У цій статті ми розглянемо 3D принтер RepRap. Основна принадність цього проекту - open-source. Тобто вся необхідна інформація, включаючи конструктивні особливості доступні для всіх. Повірте, розробка 3D принтера - це дійсно гідний виклик. Можуть пройти місяці від початку цього проекту і до того моменту, поки ви надрукуєте вашу першу деталь.

Розробка 3d принтера зажадає величезних зусиль. Але! Не забувайте, що ви не перший. І інтернет сповнений чудових форумів і статей, в яких ви знайдете відповіді на більшість ваших питань.

Ця стаття не претендує на те, щоб замінити інструкцію по збірці. Швидше це матеріал, який допоможе вам перед початком збирання або (можливо) розробки власного 3D принтера.

На малюнку нижче показаний повністю зібраний в домашніх умовах, робочий 3D принтер. Модель насіт назву RepRap Prusa Mendel і розробку саме подібного ми розглянемо в цій статті. В принципі, ви можете купити цей принтер у вигляді набору готових вузлів. Але зібрати подібне диво можна і самому. В результаті його вартість зменшиться рази в 2 мінімум.

Як працює 3D принтер?

3D принтери працюють таким чином: деталь формується за допомогою поступового, шар за шаром, додавання пластичного матеріалу. 3D принтер має підстав (раму) і три осі: Х (переміщення вліво-вправо), Y (переміщення вперед-назад) і вісь Z (переміщення вгору-вниз). Екструдер, через який подається розплавлений пластик, розташовується на осі X. Сама нижня частина екструдера називається сопло. Її діаметр менше 1 мм. Для друку в 3D принтері передбачені три лінійні координати, упраління якими реалізується за допомогою плати Arduino.

Як прищепило 3D принтери управляються від персонального комп'ютера за допомогою спеціального програмного забезпечення. У це програмне забезпечення завантажується твердотільна модель майбутнього виробу (так звані STL файли), які перетворюються в G-код. Сформований G-код подається на плату управлін через USB-кабель і формує майбутню траєкторію робочого органу з соплом. Після відпрацювання цього G-коду ваша твердотільна модель з персонального комп'ютера повинна втілитися в реальність і надрукуватися. В якості альтернативи той же софт може конвертувати свій телевізор в G-код і зберегти його на SD-карті. Якщо ваша електорнні начинка 3D принтера має можливість зчитування з D-карти, ви зможете друкувати навіть без підключення до персонального комп'ютера.

Нижче наведено вигляді працюючого 3D Принтери, який ми з вами і будемо розглядати. Гарне вступне відео, правда, англійською мовою.

Основні вузли 3D принтера

Підстава (рама) 3D принтера

Рама обеспечіавет жорсткість 3D принтера. На раму додадуться три осі. Рама складається з труб, які з'єднані між собою за допомогою додаткових надрукованих деталей.

Основаня особливість RepRap моделі: це принтер, який може друкувати власні вузли.

Принтери RepRap розроблені таким чином, що вони можуть надрукувати вузли власної конструкції. Як тільки у вас з'явиться робочий 3D принтер, ви зможете надрукувати деталі для нового принтера або додаткові вузли для модернізації вашої конструкції. До речі, деталі від принтера RepRap регулярно продаються на ebay.

Збоку від рами (праворуч зверху і зліва зверху, а також на малюнку ближче до нас), ви побачите надруковані деталі. Вони використовуються для управління осями координат Y і Z.

Ось Y і опори

Рама RepRap Prusa Mendel із зібраною віссю Y показані на малюнку нижче.

Ось Y має одну ступінь свободи: переміщення від передньої до задньої частини рами і навпаки. Координата Y управляється за допомогою ременя, який сідає на шків крокової двигуна, який ви також можете побачити на малюнку. На рухомому столі чотири опори, які по дві на кожну напрямну.

Як і в більшості ЧПУ-машин, в 3D принтері переміщення уздовж направляючих осей відбувається з використанням опор ковзання або, що зустрічається рідше, з використанням лінійних підшипників.

Опори ковзання по суті є підшипниками ковзання і вдають із себе звичайні втулки потрібного діаметру. Основна ох відмінна риса - вони повинні легко ковзати по направляючої. Подібні опори часто використовують для повороту навколо осі, але в нашому випадку їх завдання - ковзати уздовж осі направляючої.

Лінійні підшипники мають всередині невеликі кульки і забезпечують вільне переміщення в одному напрямку. Загалом то і підшипники кочення, і підшипники ковзання (втулки) можна надрукувати на 3D принтері або виготовити з металу. Як правило металеві підшипники ковзання виготовляють з мідних сплавів, так як ці сплави мають низький коефіцієнт тертя і є самозмащувальних. У 3D пррінтере RepRap зазвичай використовують металеві підшипники LM8UU.

На замітку! Саморобні 3D принтери можуть відрізнятися від представленої в цій статті моделі.

Наприклад, якщо ви хочете надрукувати підшипникові втулки на своєму принтері - вперед! Все буде працювати!

Підшипники (бронзові втулки) встановлені в надруковані на принтері корпусні частини:

Надрукований на 3D принтері підшипник ковзання:

Вісь Z і вісь Y

3D принтер RepRap з встановленими осями X, Y і Z:

На малюнку вище представлено підставу 3D принтера з зібраними осями Y, Z і X. Осі Z і Y по суті є частиною конструкції. Вісь Z переміщує вісь X вгору і вниз щодо рами підстави. Ось Х забезпечує переміщення екструдера вліво-вправо щодо рами підстави.

Кріпильні вузли для лінійних осей 3D принтера:

Вісь Z і вісь Х збираються з використанням з двох надрукованих деталей для кріплення гвинта (зліва на малюнку вище) і мотора (праворуч на малюнку вище). Кронштейн для гвинта складається з двох вертикальних секцій: прямокутний паз і шестигранний. У прямокутний профіль встановлюються два підшипника. Цей паз по суті служить направляє для вертикальної осі. У шестигранник встановлюються два болта М8 і spring. Вал з різьбленням встановлюється там же. Крім того, різьбовій вал з'єднується з кроковим двигуном на верхній частині рами. В результаті кроковий двигун буде передавати обертання нарізному валу, забезпечуючи його обертання навколо власної осі, завдяки чому каретка буде переміщатися вгору і вниз. Зібраний вузол представлений на малюнку нижче:

Зібраний вузол для переміщення робочого органу 3D принтера уздовж вертикальної осі координат Z:

Кронштейн для мотора складається з аналогічних профілів і встановлюється практично так само. Ви, напевно, звернули увагу, що вісь Z управляється двома кроковими двигунами. Цей варіант набагато краще ніж використання ременя і одного приводу. По-перше, ми отримуємо більш високу точність. По-друге, ремінь коштує недешево, а сама конструкція з його використанням обросте додатковими вузлами і деталями. При цьому осі Y і Х управляються одним двигуном і ременем. Тут використання двох двигунів не має особливого сенсу.

екструдер

Зазвичай на 3D принтерах RepRap встановлюють екструдер з окремим приводом і зубчастої передачею. Екструдер складається з двох частин: верхня частина, в якій температура невелика. З неї подається пластик. І нижня частина з високою температурою. У цій частині пластик плавиться і подається для безпосереднього друку деталі. Англійською ці частини мають відповідні назви: Wade extruder (холодна частина) і the hot-end (гарячий наконечник).

Екструдер з окремим приводом і зубчастої передачею:

Екструдер складається з великого зубчастого колеса, рух якого передається від маленького колеса з крокової двигуна. Завдяки обертанню великий шестерні, здійснюється подача пластика до наконечника, де він плавиться і подається далі для друку.

Наконечник зазвичай виготовляється з мідних сплавів. Усередині уздовж його вертикальної осі просвердлений отвір. Матеріал для друку виготовляється в двох типорозмірах: пруток 3 мм і 1.75 мм в діаметрі. Так що отвір у вашому наконечнику не повинен перевищувати типорозмір матеріалу, який ви використовуєте для друку! Зазвичай отвір роблять діаметром менше 1 мм (найчастіше - 0.5 мм).

Для нагріву наконечника використовують два методи: з використанням резистора або нікель-хром дроту. Варіант з нікель-хромової дротом конструктивно простіше - вимагає менше додаткових деталей в конструкції.

Блок для нагріву з встановленим резистором:

Механізм нагрівання з використанням нікель-хромової дроту:

Механізм подачі матеріалу повинен включати ще три важливих вузла: термістор для вимірювання температури, додаткову перешкоду для поділу нагрітої і холодної частин і сопло, через яке подається матеріал для друку вироби.

Термістор підключається до вашої платі управління ( Arduino в даному випадку) - так само як і резистор або нікель-хром дріт - і дає можливість контролювати температуру нагрівання. Температуру треба налаштовувати, без термистора досягти потрібної температури і підтримувати її не вийде.

Додаткова перешкода не повинна дозволяти нагрітися охолодженої частини екструдера. Охолоджена частина виготовляється на 3D принтері і, відповідно, теж пожет спокійно розтанути, якщо не контролювати температуру.для цього вузла зазвичай використовують PEEK. PEEK стійкий до високих температур і має дуже низький коефіцієнт теплопровідності. Є у нього і деякі недоліки: складно знайти шматок, відповідний до нашого екструдеру, він дорогий. Крім того, всередині треба буде встановити PFTE трубу для передачі тепла. PFTE трубу знайти теж не просто.

Є цікавий варіант: використовувати замість PEEK і PFTE бамбука. Бамбук має ті ж властивості, що й PEEK: стійкий до високих температур і проводить мало тепла. Він дешевше, знайти його простіше.

Сопло - найважливіша частина екструдера. Це кінець нагрітої частини екструдера, через який подається розплавлений пластик безпосередньо для виготовлення деталі. На соплі повинна бути точна різьблення і центральний отвір діаметром менше 1 мм (зазвичай - 0.5 мм).

Нагрівається частина екструдера. Підходить для використання з нікель-хромової дротом або з резисторами для підігріву:

ось X

Зібраний екструдер - включаючи всі перераховані вище вузли - встановлюється на каретці Х-осі.

На малюнку нижче показана зібрана вісь Х з двома направляючими валами, надрукованими кріпленнями і надрукованій кареткою:

Каретка по осі Х може встановлюватися на втулках (підшипники ковзання) або на лінійних підшипниках. Рух каретці передається від одного крокової двигуна зі шківом через зубчастий ремінь.

Зібраний екструдер, встановлений на каретці осі Х (зверніть увагу на ремінь на тлі):

Стіл для друку

Деталі друкуються на столі. Три осі координат забезпечують переміщення екструдера над столом діапазоні 200 мм по Х, 200 мм Y, 100 мм уздовж вертикальної осі координат Z.

Стіл складається з двох частин: нижня частина, яка встановлена ​​на напрямних осі Х і другій частині, яка встановлюється над першою. На поверхні другої частини безпосередньо друкується деталь.

Верхню, другу частину столу треба виставляти по рівню. Для цього бажано передбачити регулювання за допомогою болтів.

На фото нижче представлений стіл, що складається з двох частин. На малюнку добре видно втулки. Нижня частина стола встановлена ​​на опорах ковзання і може переміщатися уздовж осі Х.

Популярна модифікація 3D принтера - використання підігріву столу. Завдяки цьому значно зменшується "згортання" (деформація) надрукованих виробів, особливо на нижніх шарах. Подібна деформація виникає через нерівномірний охолодження внутрішньої і зовнішньої частин надрукованого вироби. Матеріал з зовнішньої сторони буде остигати і "сідати" швидше, ніж матеріал усередині. Через це охолоджений матеріал буде рватися або загинатися, в той час як гарячий - немає. Це нерівномірне зміна характеристик матеріалу викликає згортання прямих кутів і може викликати різність внутрішньої структури надрукованого вироби. Особливо велика небезпека розриваючи шару матеріалу, який подається для друку на нижніх шарах, так як стіл буде охолоджувати ці шари набагато швидше ніж верхні шари.

На прикладі деталі зліва на малюнку нижче яскраво видно розриви і згортання, в той час як на деталі справа цього вже немає.

Вирішення цієї проблеми - використання столу з підігрівом. В результаті внутрішня частина деталі матиме температуру, близьку до зовнішньої. Як правило стіл для друку нагрівають до 100 градусів за Цельсієм.

Наприклад, такий ось столик з підігрівом, встановлений на рухомому столі 3D принтера:

Стіл підігрівається протягом усього процесу друку. Зазвичай поверх столу з підігрівом встановлюють скляну плиту. Плиту з підігрівом можна виготовити самому, а можна купити вже готову. Купити, звичайно ж легше, але виготовити самому - набагато дешевше. Коли ви встановлюєте стіл з підігрівом, перевірте температуру транзистора на вашій платі Arduino. Якщо вона занадто велика, то варто подумати про доплнітнльном охолодженні (наприклад, кулер).

Важливо!

Якщо ви встановлюєте радіатор для охолодження ваших електронних компонентів, завжди використовуйте термопасту. З термопастой охолодження відбуватиметься рівномірно. Без термопасти компоненти не зможуть передавати більшу частину тепла радіатора (так як повітря проводить тепло дуже погано).

Не здумайте використовувати клей замість термопасти!

електроніка

Процесом друку управляє електроніка. Для принтерів RepRap (вони є open-source проектом) найчастіше використовують:

• RAMPS, DIY- Шилд для Arduino MEGA
• Sanguinololu, DIY-плата за типом "все в одному", з мікропроцесором на борту

Плати RepRap виконують кілька функцій:

• Обробка інструкцій G-коду.

   

• Управління контролерами чотирьох крокових двигунів (в 3D принтері RepRap Prusa Mendel обидва крокових двигуна для осі Z підключаються до одного драйверу двигуна).

   

• Контролює температуру на екструдері і відстежує стан термистора на ньому.
• Контролює кінцеві вимикачі (кінцеві вимикачі використовуються для "виходу в нуль" робочого органу з екструдером).
• Контролює температуру столу з підігрівом і стежить за станом термистора на ньому.

Контролер підключається до персонального комп'ютера з використанням USB-to-serial конвертера. Arduino з встановленою платою RAMPS має вбудований конвертер. Конвертер є і на платі Sanguinololu.

Плати RAMPS з'явилися на ринку раніше ніж Sanguinololu, постійно оновлювалися і продовжують оновлюватися. RAMPS виготовляється в форматі Шілд для Arduino MEGA 1280 або 2560 (або їх клону). На платі RAMPS передбачені наступні додаткові фічі:

• Один додатковий канал для термистора (в цілому їх три);
• Опціонально встановлюється SD card рідер .

Плата RAMPS з чотирма контролерами крокових двигунів Pololu, встановлена ​​на Arduino MEGA:

Плата Sanguinololu - це відносно нове рішення для управління 3D принтерами. На ній не передбачений додатковий канал для термистора. Підключити SD карту можна, але це складніше ніж на RAMPS. Основна перевага - для роботи Sanguinololu не потрібна плата Arduino Mega, так як вся необхідна начинка вже на ній передбачена. В результаті ця плата коштує дешевше, ніж комплект Arduino Mega - RAMPS. Повний комплект з клоном Arduino Mega, чотирма драйверами Pololu, RAMPS обійдеться вам близько 100 доларів. Повний DIY комплект Sanguinololu коштує близько 80 доларів. (Врахуйте, ціни не є до кінця реальними. Наприклад, на даний момент Китай пропонує RAMPS DIY KIT за ціною близько 25 доларів. Хотілося б звернути вашу увагу виключно на різницю в ціні).

Врахуйте, що при зборі Sanguinololu вам треба встановити дуже маленький чіп (USB-to-serial конвертер). Перед покупкою бажано переконатися, що мікропроцесор ATMega прошитий Sanguinololu бутлоадер. В іншому випадку вам доведеться прошивати мікропроцесор самостійно, а це не так то просто.

Якщо ви хочете піти по шляху найменшого опору, рекомендуємо використовувати плату RAMPS. Хоча плати Sanguinololu значно менше за розміром і дешевше. Загалом, вирішувати вам.

Плата Sanguinololu в зборі з чотирма встановленими контролерами крокових двигунів Pololy:

крокові двигуни

У 3D принтері RepRap Prusa Mendel використовується п'ять крокових двигунів :

• Один для управління віссю Y
• Один для управління віссю X
• Два для управління віссю Z
• Один для управління екструдером

Зазвичай все крокові двигуни однакові. Але це не обов'язково. Однаковими обов'язково повинні бути двигуни для управління переміщенням уздовж осі Z. У 3D принтері RepRap Prusa Mendel використовуються біполярні крокові двигуни NEMA17 .

"Нутрощі" крокової двигуна показані на фото нижче.

ВАЖЛИВО!

Не всі двигуни NEMA17 однакові за своїми технічними характеристиками!

Найважливіший для нас параметр двигуна - крутний момент. При цьому крутний момент двигуна часто обмежується його драйвером.

Крокові двигуни дуже часто використовуються в робототехніці і мехатроніки. Мотор складається з двох наборів котушок, які розташовані по колу навколо центрального валу з нарізаними зубами. Вал по суті є постійним магнітом. Кожна пара котушок є частиною фази. Котушки, які відносяться до однієї фазі генерують магнітне поле з наявністю північного і південного полюсів. У моторах, які використовуються в 3D принтері RepRap Prusa Mendel передбачені дві фази. Електорніка на RepRap управляє кроковими двигунами за допомогою так званих мікрошагов. В цьому режимі змінюється сила струму, яка подається на фазу і в результаті вал крокового двигуна провертається на невеликий кут (робить маленький крок).

Контролери крокових двигунів

Управляти біполярним кроковим двигуном складно, особливо в режимі мікро-кроку. Уніполярні кроковиках простіше в управлінні, але при однакових масово-габаритних характеристиках, вони видають на виході менший крутний момент. Для реалізації управління кроковими двигунами були розроблені спеціальні контролери (драйвера крокових двигунів). З використанням цих драйверів достатньо надіслати один керуючий сигнал для одного мікро-кроку. Це значно спрощує управління кроковим двигуном.

У RepRap найчастіше використовують драйвера крокових двигунів Pololu. Вони виробляються на маленькій платі з мінімально необхідної обв'язкою. Драйвер складається з дуже маленьких компонентів, так що його збірка відбувається на виробництві. У 2010 році у Pololu виникли проблеми з обсягами виробництва - драйвера купувалися настільки часто, що компанія просто не встигала їх виробляти. Так що в зв'язку з цим виникла open-source версія цього драйвера під назвою StepStick.

Попередження! З приводу плати StepStick!

Часом у користувачів драйверів StepStick виникало замикання! Це може привести до поломки не тільки самого драйвера, але і до виходу з ладу самої плати RAMPS і Arduino. Так що перед установкою і використанням StepStick перевірте чи немає короткого замикання в схемі за допомогою мультиметра.

Крокові двигуни тягнуть електричний струм при обертанні ротора і при навіть при його зупинці в процесі роботи. Саме з цієї причини на кожному контролера двигуна є потенціометр, який регулює струм, що подається на мотор.

Для того, щоб не подавати надмірні струми на ваші крокові двигуни, рекомендується вивести кожен потенціометр в "нульове" положення, провернув кожен з них проти годинникової стрілки і потім трохи його "відкрити", провернув ппрімерно на 1/4 допустимого ходу за годинниковою стрілкою. Якщо ви зіткнетеся з тим, ваші двигуни не забезпечують достатній крутний момент, "відкрийте" потенціометр трохи сильніше і т.д.

кінцеві вимикачі

Перед початком друку робочий орган 3D принтера повинен бути виведений в початкове, "нульове" положення. Це положення по суті є "нулем" прийнятої нами системи координат, в якій працює 3D принтер.

Для цього встановлюють три кінцевих вимикача. Концевики встановлюються на кожну вісь координат, в місця, за межі яких наш робочий орган не буде переміщатися. Тобто, негативних координат у нас не може бути.

• Для осі X це положення, яке відповідає крайньому лівому положенню столу для друку;
• Для ост Y - це крайнє заднє положення;
• Для осі Z - це положення, в якому кінець екструдера стосується столу для друку. Перед початком друку екструдер трохи підніметься над столом.

Можна використовувати механічні або оптичні кінцеві вимикачі . Зазвичай ставлять механічні кінцеві вимикачі, так як вони дешевше, простіше в установці і працюють так само як оптичні безконтактні.

Кінцеві вимикачі мають обмежену кількість циклів відпрацювання вкл / викл. У більшості випадків вони забезпечують роботу протягом 10000 циклів, тобто вам цього вистачить на кілька років. Теоретично вважається, що оптичні безконтактні вимикачі більш надійні, ніж механічні. З точки зору практики це предмет безлічі дискусій.

Датчики положення особливо необхідні для осі Z. Початкове положення екструдера щодо столу для друку дуже важливо. Наприклад, можна використовувати датчики Холла, які фіксують наявність магнітного поля. Магніт встановлюється знизу на X-end idler або X-end мотора. Невеликий потенціометр дасть вам можливість зробити точну настройку відстані між кінцем екструдера і столом для друку. Ці варіанти набагато більш практичні, ніж перемщеть ваш механічний або оптичний кінцевик вгору і вниз.

Немає необхідності встановлювати кінцеві вимикачі з двох сторін осі. Максимальна відстань переміщення по осях координат налаштовується на рівні програмування вашого мікроконтролера Arduino.

На малюнку нижче показаний зібраний модуль оптичного кінцевого вимикача.

На малюнку нижче показаний механічний кінцевий вимикач, встановлений на осі Z. Зверніть увагу, що кінець екструдера знаходиться в декількох сантиметрах над столом для друку. Це означає, що кінцевий вимикач встановлений занадто високо. Аналогічні кінцеві вимикачі встановлюються на осях X, Y. На малюнку також видно Arduino з RepRap Шілд.

Пластики для друку на 3-D принтері

Для друку на 3D принтері RepRap зазвичай використовуються два види пластиків: ABS ( АБС ) або PLA ( ПЛА ). На малюнку нижче показаний пластик для друку, встановлений на спеціальній підставці.

ABS і PLA пластики відрізняються за своїми характеристиками і вимагають окремих налаштувань принтера.

Існують різні види ABS і PLA пластиків. Якщо ваш 3D принтер ідеально налаштований на друк пластиком певного виробника, при переході на матеріал від іншого виробника, доведеться зробити переналагодження установки. У PLA пластиків температура плавлення нижче ніж у ABS. При налагодженні 3D принтера не варто також забувати про те, що термістор на нікель-хром провіднику зазвичай видає свідчення температуру, які нижче ніж фактична температура. А термистор на блоці розігріву показує велику температуру

На якісного друку треба витримати максимально ідеальний баланс між температурою на кінці друкованої головки, швидкістю екструдера і швидкістю переміщення друкованої головки по осях координат. Для початку спробуйте надрукувати якісну деталь на малих швидкостях (100 мм / сек). Потім можете пробувати збільшувати швидкість. Але в будь-якому випадку, практика показує, що зі збільшенням швидкості, якість друку на 3D принтері падає.

Інструменти і конструктивні особливості якісного складання 3-D принтера

Для того, щоб зробити 3D принтер, вам не треба бути інженером-механіком або досконально орієнтуватися в електротехніці. Скажімо так, якщо ви можете накрутити гайку на болт, ви в змозі створити цей 3D принтер.

Вам не доведеться витрачати величезні суми на покупку необхідних деталей, вузлів і інструментів. 3D принтер RepRap розроблений на базі недорогих вузлів і доступних інструментів.

Для розробки механічної складової вам знадобляться наступні інструменти і необхідність витримати деякі особеннолсті окремих деталей і вузлів конструкції.

механіка

1. Ключі.

Як правило використовують болти-гайки M8, M4 і M3, так що знадобляться ключі під відповідні шестигранні головки або викрутки, якщо капелюшок буде з пазами під викрутку.

2. штангель-циркуль.

Створити і змусити працювати власний RepRap 3D принтер без штангель-циркуля у вас не вийде. Штангель вам знадобиться для калібрування рами і лінійних осей. Звичайно ж, працювати з цифровим штангель легше (показаний на малюнку нижче), але і без цифрової індикації цілком підійде.

При роботі з цифровим штангель-циркулем важливо пам'ятати дві речі:

• Після роботи бажано витягувати батарейку. Ці пристрої до кінця не вимикаються.
• Перед проведенням вимірів, завжди обнуляє свідчення на штангель (кнопка zero на малюнку вище). Обнуляти треба навіть якщо на індикаторі вже показується значення 00.0. Без обнулення (калібрування) штангель, показання можуть бути не точними.

3. Рівень.

Рівень вам знадобиться при складанні рами, осей і загальної калібрування 3D принтера. Бажано використовувати невеликий за габаритами рівень (дивіться на малюнку нижче).

4. Вертикальний рівень.

Нехитре пристрій - вантаж на мотузці з загостреним наконечником. Знадобиться для калібрування встановлених напрямних осі Z. Як вантаж можна використовувати звичайну гайку, але з гострим наконечником, звичайно, працювати зручніше.

5. Корпуси для установки лінійних підшипників на осі Z.

Залежно від типу використовуваних підшипників, вам знадобляться різні інструменти. По суті є два варіанти:

• Окремі підшипники в корпусі типу PLA або надруковані корпусу для бронзових втулок.
• Корпуси для установки підшипників можуть бути частиною спочатку надрукованої деталі.

6. Плоский шліц на валах двигунів.

Якщо на валах ваших крокових двигунів вже передбачені шліци, значить все відмінно. Якщо ж шліців немає, точність вашого 3D принтера може значно впасти через ненадійного кріплення і прослизання.

електроніка

Вам знадобляться інструменти для пайки компонентів на плат (якщо ви купили нераспаянную плату) і для пайки кінцевих вимикачів, двигунів.

1. Пайка.

Для пайки Шілд на Arduino або, якщо ви купите вже розпаяний Шилд, то контактів кінцевих вимикачів і т.д. і т.п., вам знадобляться інструменти, які наведені нижче.

• Паяльник. По-перше, у нього має бути маленьке зручне жало, а по-друге, бажано придбати для нього підставку. Наприклад, подібну до тієї, що показана на малюнку нижче.
• Припій (олово для пайки).
• "Третя рука" - це не обов'язковий аксесуар, але повірте, він значно полегшить процес пайки.

2.Кусачкі для оголення контактів.

Дуже часто контакти на проводах зачищають ножем. Цей спосіб вимагає деякої вправності і часу. Так що рекомендуємо придбати універсальний інструмент для зачистки контактів на проводах. Ваші дроти будуть акуратні і ви їх сто відсотків не пошкодити.

3. DIY Sanguinololu - паяти своїми руками чи ні?

Плати Sanguinololu по суті складаються з одного SMD компонента. Цей компонент також називається чіпом FTDI від назви компанії, яка його виробляє. Цей чіп є мостом USB-to-Serial. Якщо ж ви використовуєте чіп ATMega, який встановлений на всіх Шілд RepRap для Arduino, ви зможете передавати дані на персональний комп'ютер тільки через серійний інтерфейс. Чіп FTDI дає можливість передавати дані між ATMega і комп'ютером через USB.

Чіп FTDI дуже маленький і припаяти його своїми руками дуже складно. Якщо у вас немає великого досвіду в пайку, настійно рекомендуємо звернутися до постачальника з метою придбати плату з уже встановленим FTDI чіпом.

Програмне забезпечення 3D принтера RepRap

Якість вашого 3D принтера RepRap можна оцінити за якістю надрукованих деталей і за швидкістю, з якою відбувається друк. Частково якість принтера залежить від збірки механічної частини. Друга важлива складова - програмне забезпечення, яке ви використовуєте і його налаштування. У цьому розділі ми обговоримо основні особливості програмного забезпечення, яке треба для запуску 3D принтера RepRap з Arduino Mega і відповідним Шілд.

Для того, щоб запустити ваш 3D принтер, вам знадобиться мінімум три програми на персональному комп'ютері:

• Програмне забезпечення Arduino: Arduino IDE дає вам можливість залити необхідну прошивку на мікропроцесор ATMega.
• Firmware ( прошивка ): для 3D притерся RepRap є кілька варіантів прошивки, яка заливається на ATMega і містить G-код інструкції, які передаються з персонального комп'ютера. Частина налаштувань для вашого 3D принтера реалізується саме на рівні цієї прошивки для Arduino.
• Skein: найпоширеніший софт для перетворення STL файлів в G-код називається Skeinforge. Цей софт вам знадобиться кожного разу, коли ви хочете надрукувати деталь.
• Host software: також є кілька програм для обслуговування принтерів RepRap. Цей софт відповідає за обмін даними між електронікою і принтером перед і під час його роботи. На рівні цього софта відбувається підготовка принтера перед початком друку.

Необхідні пояснення по кожному пункту наведені нижче.

1. Програмне забезпечення Arduino для підтримки RAMPS

Перш ніж приступати до роботи з Шілд RAMPS, вам треба встановити Arduino IDE. Скачть останню версію Arduino IDE ви можете на офіційне сайті Arduino .

2. Firmware (прошивки)

На сьогоднішній день найпопулярніші прошивки для 3D принтерів RepRap:

• Sprinter : відносно новий фреймворк, який підтримує роботу SD карт і легку настройку необхідних параметрів
• Teacup : вважається, що відпрацьовує швидше, ніж Sprinter, підтримує більше налаштувань.

Teacup - гідна альтернатива фреймворку Sprinter. Але рекомендуємо почати саме з Sprinter, так як його легше налаштувати.

3.1. Викачуємо фреймворк Sprinter

Завантажити фреймворк Sprinter можна:

- з офіційного сайту;

- з репозиторію на Github.

3.1.1. Викачуємо Sprinter з веб-сайту

Завантажити останню версію прошивки в Zip архіві можна тут . Після скачування не забудьте розпакувати збережений файл.

3.2. Налаштовуємо фреймворк Sprinter під вашу керуючу плату

Перед початком роботи з будь-прошивкою прошивкою треба вказати:

• Тип плати управління, яку ви використовуєте (Arduino + RAMPS, Sanguinolo, ...)
• Кількість кроків на милиметра: кількість кроків (steps), яке повинен зробити ваш кроковий мотор для переміщення уздовж однієї осі на один міліметр. Це значення налаштовується для трьох осей плюс екструдер.

На даному етапі налаштовуємо тип плати, яка використовується.

Прошивка Sprinter повинна знати, яка плата і яка версія плати використовується для управління. Для настройки відкрийте файл Sprinter.pde в Arduino IDE. Цей файл знаходиться в архіві Sprinter, який ви завантажили. Виправте файл Configuration.h file. На даному етапі змініть тільки настройки, які знаходяться в коді зверху: MOTHERBOARD. Змініть рядок, в якій зазначено #define MOTHERBOARD 3. Вкажіть одне зі значень, яке відповідає вашій електроніці:

• RAMPS версія 1.2 або старше: #define MOTHERBOARD 3
• RAMPS версія 1.3 і краще: #define MOTHERBOARD 4
• Sanguinololu аж до версії 1.1: #define MOTHERBOARD 6
• Sanguinololu версія 1.2 і краще: #define MOTHERBOARD 62

Переконайтеся, що ви зберегли зміни в файлі Configuration.h (CTRL + S.) Також переконайтеся, що ви вибрали правильну плату Arduino у вкладці Tools / Board menu:

• Для RAMPS це повинна бути плата Arduino Mega (ATMega1280) або Arduino Mega 2560. Вибір залежить від плати Arduino, яку ви використовуєте.
• Для плат Sanguinololu вибираємо пункт Sanguino.

3.3. Завантаження прошивки Sprinter на вашу плату управління.

Кожен раз, коли ви вносите зміни в прошивку Sprinter, вам треба завантажити його заново на плату. Без цього ваші зміни не набудуть чинності.

Переконайтеся, що ви відкрили файл Sprinter.pde у вашій Arduino IDE. Натисніть CTRL + R для компіляції вашого фреймворка Sprinter з вашими новими настройками на плату. Якщо все пройшло успішно, має відобразитися подібне повідомлення:

Binary sketch size: 29530 bytes (of a 63488 byte maximum)

Після завершення компіляції ви можете завантажувати прошивку на вашу плату. Переконайтеся, що USB кабель підключений і світлодіод горить. Затисніть кнопку reset на вашій платі і натисніть CTRL-U на клавіатурі. Коли в Arduino IDE з'явиться текст в чорному вікно, відпустіть кнопку reset на платі (чіп на Arduino МОЖД запрограмувати тільки через 10 секунд після перезавантаження). Після того як завершилася завантаження, перезавантажте вашу плату ще раз.

4. Програмне забезпечення Skein

Skeinforge - це найпопулярніше програмне забезпечення в співтоваристві RepRap, але його використання не таке просте. Нещодавно вийшло нове програмне забезпечення Pronterface. У цій програмі багато налаштувань з Skeinforge спрощені і при цьому збережена повна сумісність з 3D принтерами RepRap. Якщо ви встановлюєте Pronterface, немає необхідності окремо встановлювати Skeinforge.

5. Програмне забезпечення для host'а

Pronterface - найпростіший у використанні і пріхтом досить гнучкий софт для роботи з 3D принтерами RepRap. За допомогою Pronterface ви можете завантажити STL файл, конвертувати його в G-код і безпосередньо керувати вашим 3D принтером.

5.1. Особливості установки на Windows

Переїдемо використанням Pronterface вам треба встановити додатки, список яких наведено нижче. Перезавантажувати комп'ютер після установки не треба. Послідовність установки треба дотримати у відповідності з пунктами списку нижче.

• Python 2.7 . Python - це мова, якою написаний Pronterface.
• pyserial - бібліотека, яка дає можливість передавати дані по серійному порту з використанням Python.
• wxPython - бібліотека, яка дає можливість створювати зовнішній інтерфейс програми для користувача на Python.

5.2. Вимоги для інших операційних систем

Необхідні вимоги для установки на інших ОС викладені англійською мовою тут .

5.3. Де можна скачати Pronterface?

Pronterface можна скачати з двох офіційних джерел. Перший - завантажити останню версію програми на офіційному сайті. Другий - Github.

5.3.1. Викачуємо Pronterface з веб-сайту

Завантажити останню Варса в Zip архіві можна тут . Після скачування не забудьте розпакувати Zip архів.

5.3.2. Клонуємо репозиторій Pronterface з використанням Github

Виконайте наступну команду:

git clone https://github.com/kliment/Printrun.git

Після цього змініть директорію на директорію Printrun а потім виконайте таку команду:

git clone https://github.com/ahmetcemturan/SFACT.git skeinforge

За допомогою цієї команди ви клонуєте SFact, яка необхідна для Pronterface (ви можете використовувати і іншу версію skeinforge).

5.4. запускаємо Pronterface

У розпакованої папці знайдіть і запустіть програму. Перед вами з'явиться наступне вікно:

Виберіть коректний COM порт. Переконайтеся, що ваша плата управління підключена по USB і на неї підключений до джерела живлення. Після цього натисніть кнопку "Connect". Після цього Pronterface повинна підключитися до вашої платі. Можете спробувати перемістити каретки уздовж осей координат. Почніть з найменших переміщень - наприклад, X + 1 - і переконайтеся, що вони відповідають необхідним переміщенням.

6. Slic3r: альтернатива для Skeinforge

Slic3r - новий додаток. Виглядає багатообіцяюче. Інтерфейс користувача максимально спрощений і адаптований. Ви можете конвертувати STL файли в G-код і імпортувати ці G-коди в Pronterface.

Завантажити Slic3r можна тут . Нижче наведено скріншот інтерфейсу користувача Slic3r:

Натисніть кнопку "Slice ...", щоб відкрити STL файл. Він буде тут же конвертований в файл з G-кодом. Файл буде мати таке ж ім'я як і початковий, але з іншим дозволом. Знаходиться він буде в тій же папці, що і STL файл. Після цього можете відкрити отриманий G-код файл в Pronterface (саме G-код файл, а не STL!).

Врахуйте, що Slic3r знаходиться в процесі розробки, це ПЗ не такий стабільний як Skeinforge. Хоча користуватися ним набагато простіше.

Післямова. Пояснення і корисні англомовні посилання для збірки вашого 3D принтера

Це не повна інструкція, але розглянуті основні нюанси. Даний розділ може і буде з часом доповнюватися. Особливо на підставі ваших практичних коментарів під статтею.

Після того як більшість ваших вузлів куплені, можете переходити до складання вашого 3D принтера. Дуже допоможуть при складанні дві інструкції (англійською мовою!):

• RepRap 3D принтер - інструкція по збірці з відеороликами .
• RepRap 3D принтер - графічна інструкція .

Для складання екструдера з передачею від зубчастого колеса:

• Загальна інформація .
• Візуальна інструкція .

Якщо у вас виникають проблеми при складанні або ви в чомусь не впевнені, зробіть фото або зніміть відео і задайте питання на #reprap IRC channel.

Після запуску 3D принтера, рекомендуємо надрукувати додатково набір деталей для вашого принтера, так як кожна з них може зламатися. Так що краще мати в запасі комплект вузли для заміни. Крім надрукованих деталей, рекомендуємо мати в запасі такі покупні вузли:

• Набір двох ременів для осей X і Y
• Екструдер.

З набору надрукованих деталей найчастіше виходять з ладу: вузол для кріплення екструдера і каретки X, Y осей.

У пластиків PLA температура плавлення менше ніж у ABS пластику. Через це механізм для кріплення екструдера і каретка для осі X можуть досить швидко пошкодитися через близькість до нагрітого наконечнику екструдера. При використанні PLA пластиків в цих вузлах, рекомендується забезпечувати додаткове охолодження за допомогою додаткових кольорів. Охолодження значно подовжує термін служби цих вузлів

Вибір напруги живлення для контактних вимикачів при використанні плати Sanguinololu

При використанні плат Sanguinololu вам треба подати напругу живлення для кінцевих вимикачів. Якщо ви не оберете напруга, на концевики не подаватиме струм. Це не проблема, якщо ви використовуєте механічні концевики. Але при використанні оптичних кінцевиків або датчиків Холла, не забудьте подати на них харчування 5 В.

Сподіваємося, що дана стаття Вам допоможе при створенні власного 3D Принтери. Залишайте Ваші коментарі, щодо вашого особистим досвідом нижче. У дискусії часто народжуються нові ідеї і проекти!