Самодельный 3д принтер v3.0

Представляю вашему вниманию самодельный 3д принтер. Собран из фанеры, алюминия, пластика и Ардуино. Этот принтер уникален тем, что его кинематика подсмотрена у Ultimaker, но сделана с качественными доработками.

Это уже третий мой 3д принтер, сделанный своими руками. Первый был H-bot, второй D-bot.
С тех пор, когда узнал о 3д печати, я хотел сделать свой принтер, но не особо понимал зачем он мне нужен. Первую деталь я купил ещё в 2015 году, с мыслями о том, что может когда-нибудь я сделаю принтер. За три года незаметно накопилось деталей на cборку и в декабре 2017 я начал процесс. Первая печать произошла только в конце февраля 2018 года. С тех пор я заболел 3д-печатью.

Первый принтер был первым блином, т.е. комом. Это был хороший старт, я приобрёл бесценный опыт и напечатал детали для второго принтера. Второй принтер получился лучше, но всё равно не устраивал меня своими недостатками кинематики.

С самого начала я не ставил себе задачу сделать 3д принтер для ежедневной печати или печати на заказ. Цель: печатать изделия из пластика для собственных нужд. Хочется, конечно, чтобы качество печати было максимальным и при этом цена принтера не должна зашкаливать. Рельсовые направляющие сразу были исключены из сметы из-за цены и сложностей покупки, к тому же они шумные. Круглые линейные подшипники типа LM8UU со временем сгрызают направляющие, поэтому после долгих поисков& выбор пал на 10-ти миллиметровые стальные валы и напечатанные втулки из ABS-пластика.

Я очень давно хотел научиться моделировать свои самоделки в 3D, всё стимула не хватало. Первый принтер я пытался строить в AutoCAD. Уже после нескольких первых распечатанных деталек из пластика, я понял что надо что-то другое. Так я получил пинок изучить SolidWorks. В нём и разрабатывал все последующие модели. Меня очень вдохновила эта программа, потому как чертить очень люблю!

Принтер сначала моделировал на компьютере в 3D с учётом всех деталей. Создание виртуальной модели здорово помогает разработке, многие узлы оптимизируются ещё до их реального воплощения.

Учитывая первый опыт постройки корпуса принтера из ЛДСП, в данной версии я использовал фанеру 10 мм. Все детали были вырезаны на самодельном ЧПУ станке и покрашены белой автомобильной краской.

Пожалуй, самое интересное в этом принтере - кинематика. Я долго присматривался к Ультимейкеру. Подкупало то, что у него оси двигаются жёстко, без перекосов. Позже я узнал и о недостатках. Заключаются они в радиальном вращении направляющих, по которым также двигаются втулки. Залогом качественной печати с таким исполнением кинематики являются дорогие и качественные комплектующие. Меня это не устраивало. Мой принтер должен быть из дешевых и легкодоступных материалов. Вообще самому строить 3д принтер сложно, когда практически все детали приходится заказывать издалека.

При разработке 3д модели нового принтера я разделил вращающиеся и направляющие валы. Так линейное перемещение по осям осуществляется по неподвижным валам 10 мм. Ременная передача организована на отдельных валах диаметром 8 мм. Узлы крепления ремней на подвижных частях сделаны в одной плоскости перемещения осей, чтобы не создавать лишних рычагов, которые, кстати, способствуют износу втулок.

Я поставил задачу иметь возможность быстрой замены любых частей кинематики без необходимости разбирать половину принтера. Также все 4 мотора и электроника принтера вынесены в заднюю часть принтера, чтобы иметь возможность сделать термокамеру для 3д печати и не греть при этом то, что должно быть холодным.

Ось Z сделал из мебельных труб 16 мм и распечатанных из пластика пластин для скольжения. Двигается стол по оси с помощью обычной резьбовой шпильки М8 и муфты. Вращение от мотора передаётся на шпильку через ременную передачу.

Подогреваемый стол состоит из двух частей. Основание из фанеры, оно движется по оси Z. На основание крепится на четырёх винтах М4 и пружинах алюминиевая рамка. В рамку уложен силиконовый коврик, нагреватель и боросиликатное стекло.

Много времени и сил заняла разработка движущейся/печатающей головки, её охлаждение и обдув детали. Пришлось долго вымерять детали, чтобы нигде ничего не задевало во время движения. Для охлаждения я использовал кулеры 40*10 мм. Они работают тихо на низких оборотах и дают хороший поток воздуха. Электроника прикручена на задней стенке. Там же стоит кулер для охлаждения драйверов моторов. Кулер для охлаждения экструдера и кулер для электроники запитаны последовательно и работают в половину мощности, поэтому шум от них очень низкий. Вся электроника запитана от блока питания 12 вольт 25 ампер. Концевики все механические, работают на размыкание.

Термоблок хотэнда я залил термостойким силиконом. Хорошо ли это работает сказать не могу, но что спасает пальцы от ожогов это точно. Никаких других доработок с хотэндом я пока не проводил, всё стандартное.

Подогрев стола осуществляется самодельным нагревателем из текстолита, дорожки просто процарапал резцом под линейку, замучился, лучше бы вытравил. По опыту на каждые 10*10 см стола должно тратиться 2.5 ампера, тогда стол нагревается до 100 градусов очень быстро. Включение нагревателя осуществляется через обычное электромагнитное реле.

На текущий момент 3д принтер не имеет законченного вида, всё на этапе сборки и тестирования. Уже много идей как можно улучшить то, что есть. В целом я очень доволен кинематикой, расположением элементов, корпусом, внешним видом и удобством.

О недостатках и недоработках.

В качестве направляющих должны быть использованы стальные валы. У меня их не было, поэтому попробовал поставить алюминиевые трубки. Первая печать показала, что длинные направляющие гнутся из-за трения втулок и недостаточной жесткости алюминиевых трубок. Замена двух длинных направляющих на сталь немного улучшила ситуацию, но осталась ещё центральная направляющая. Она пока не заменена.

В качестве 8-ми миллиметровых валов для ремней планировал использовать алюминиевые трубки. Они раньше были в продаже, потом пропали. Пришлось использовать шпильки с резьбой, а это дало биение на шкивах, которое передаётся на ремень и, соответственно, влияет на качество печати.

Втулки на движущейся головке я попробовал бронзовые самосмазывающиеся. Пока особо нечего сказать про эти втулки, на принтере всего пару моделек отпечатал. Покупал 10 штук втулок, 4 из них были с люфтом. Я так думаю, что эти втулки предназначены для радиального вращения, вряд ли они годятся для линейного перемещения.

Сейчас принтер печатает плохо, это на 100% зависит от втулок и направляющих, а также от шпильки с метрической резьбой на оси Z. Есть идеи как довести геометрию печати до идеала, но об этом я буду расскажу, когда всё попробую на практике.

Ещё не получилось сделать кинематику быстроразбираемой. В следующей модификации это учту. Поставить моторы на демпферы, чтобы уменьшить шум. Не очень красиво мне удалось сделать разводку с проводами. Не нравится мне длинная трубка от экструдера к хотэнду и не нравится, что она торчит из принтера, сверху планировалась крышка из стекла. Спереди принтер будет закрываться стеклянной дверцей, пока её тоже нет. Сзади электроника будет закрываться пластиковой крышкой с прорезями для движения воздуха.

На передней панели справа четыре выключателя: сеть, свет общий, свет возле хотэнда, отключение обдува детали. Под столом расположена панель с отверстиями для светодиодов и выключателей, это ноухау для отключения неиспользуемых во время печати участков подогрева. Планируется сделать подогрев из нескольких отключаемых нагревателей, это здорово экономит электроэнергию.

Рабочий стол я сделал размером 31*22 см и планировал положить зеркало. Решил попробовать боросиликатное стекло, размер стекла заказал меньший 200*213 мм, поэтому по бокам стола получились пустые места. Печатать на боросиликатном столе без клея не получилось. Пластик совсем не хотел прилипать к этому стеклу, поэтому скорее всего вернусь к использованию зеркала.

Изначально думал, что по бокам корпуса будут окна со стеклянными дверцами. У первого корпуса из ЛДСП были эти окна, но т.к. принтер стоит между стеной и столом, толку от окошек нет. Поэтому стенки остались целыми, внутри на этих стенках будет крепление для катушки с пластиком.

Кто-то заметил, тут нет экрана с элементами управления. Поставить экран можно. Я сознательно отказался от него, т.к. просто управляю с компьютера. Необходимости печатать с флешки у меня не было и вряд ли предвидится.

На этом пока всё. А чём умолчал, отвечу в комментариях. Принтер пока отпечатал всего пару котиков на скорости 100 мм/сек. Дочь котикам несказанно рада, значит работа проделана на пользу. Есть целый список из нескольких десятков моделей, которые очень хочется распечатать в хорошем качестве. Впереди много интересных доработок, будет интересно. Всем добра!