Собираем 3d принтер своими руками

Несколько десятков лет назад люди мечтали заиметь обычный принтер, ведь завораживала лишь одна мысль, что текст из компьютера можно вывести на реальную бумагу! Время прошло, и теперь этим, мягко говоря, никого не удивишь 🙂 Другое дело – печать реальных предметов!

Самостоятельно создать 3D принтер сможет только человек, хорошо разбирающийся в электротехнике, который умеет работать руками и головой, и знает, как правильно применить свои таланты на практике. Не помешает также понимание, хотя бы, базовых основ работы и сборки/разборки ЧПУ станков.

Какие бывают 3D принтеры

В начале стоит понять, что же такое 3D-принтер, какие виды сейчас существуют. В этой статье речь пойдет о принтере, который создает предметы из ABS пластика. Но существуют 3D-принтеры, которые «печатают» предметы из гипса, или с помощью лазера, или работающие на особом полимере. Однако, у подобных систем есть ряд недостатков – это их дороговизна, сложность в обслуживании и эксплуатации. Кроме того, все вещи, создаваемые при помощи подобных принтеров, очень хрупкие. Возможность их применения зачастую ограничивается только демонстрацией.

Самодельный 3D принтер

Устройства, о которых пойдет речь в этой статье, могут создавать очень надежные, прочные предметы, которые можно использовать по любому назначению. Не так давно в США разгорелся скандал из-за пистолета, напечатанного на подобном 3D-принтере. Также, широко применение их в механике, можно создавать детали, которые будут использоваться в производстве. ABS-пластик очень надежный материал, он удобен в использовании и, что не менее важно, прочен. Именно рынок таких принтеров в настоящее время переживает период бурного развития.

Каковы основные части ABS 3D-принтера?

Основные части это:

  1. непосредственно корпус
  2. шаговые двигатели
  3. направляющие части
  4. печатающая головка
  5. элементы питания
  6. различные контроллеры

Как мы видим, составные элементы похожи с устройством обычного ЧПУ станка, но обладают рядом отличительных особенностей.

Сколько будет стоить 3Д принтер собранный своими руками?

На рынке электротехники стоимость 3D-принтеров колеблется от 500 до 3000 долларов США и выше. Цена относительно невысокая для такого полезного и технологически сложного устройства. Вам нужно уяснить, что все составные части придется покупать в розницу, а это однозначно дороже, чем оптовые цены, по которым их покупают производители.

Цена корпуса колеблется от 100 до 250 долларов США. На самом деле, корпус можно собрать практически из любого подручного материала: пластика, металла или даже из фанеры! В стоимость входит непосредственно стоимость материала плюс стоимость работы по изготовлению корпуса. Стоит учесть, что каркас лучше изготовить при помощи лазерной резки, ведь у него очень большие требования по ровности и точности.

Гораздо проще дело обстоит с шаговыми двигателями. Их цента составляет около 30 долларов. В стандартном 3Д-принтере стоит 4 двигателя. Получается, нам нужно 120$ долларов. Цена направляющих частей колеблется в районе 100-300 долларов. Всё зависит от типа и качества. Но экономить на них очень опасно, ведь именно они влияют на то, будут ли производимые предметы точные. Самые лучшие направляющие это линейные, но их цена выше в несколько раз!

Готовый предмет из пластика

Печатающая головка служит для того, чтобы создать тонкую нитку из пластика. В его комплект входит шаговый мотор, устройство нагревания, термометр, вентилятор и сопло. Стоит всё это в районе 60-150 долларов. Плюс стоимость элементов питания составит около ста долларов.

А вот с контроллерами дело обстоит намного интереснее. Ведь это технически сложные составляющие, изготовить которые самому, практически невозможно! Придется их купить и довести до ума, чтобы они могли самостоятельно управлять нашим принтером.

Задачи, которые выполняет контроллер, самые сложные – это управление всеми частями принтера, будь то направление шаговых двигателей или регулировка температуры. К тому же, необходимо взаимодействие с компьютером и программой. Общая стоимость надежного контроллера составит от 200 до 500$ (скорее 500:)) Закупка остальных элементов, будь то контакты, различные шестеренки или вспомогательные ремни, обойдется еще в сто долларов.

В итоге, стоимость готового принтера составит от 700 до 1500$. Плюс потраченные усилия и время (а это в эквиваленте ещё столько же или даже больше в 2-3 раза). Кого это всё не пугает, я отправлю на сайт конкретных реализаций принтеров http://www.3dindustry.ru/how-to-build-3d-printer/

Какие ещё есть варианты?

К сожалению, своими руками изготовить работающий и надежный ABS-принтер практически невозможно 🙁 На создание подобных устройств уходит несколько лет работы слаженной команды инженеров. Существует много сложностей, хоть и кажется, что самому собрать все нужные части не так уж и тяжело.

В настоящее время на рынке представлено множество китов (от английского kit – комплект). Это специальный набор для самостоятельной сборки. Бывают полные комплекты или наборы только основных составляющих. Цена колеблется от 500 до 900 долларов, все зависит от комплектации и качества комплектующих.

Набор (Kit) для сборки принтера

При использовании Kit`а все немного проще, лишь бы в него входили контроллер и печатающая головка. Но и тут могут возникнуть сложности.

Какие проблемы нас поджидают в процессе самостоятельной сборки?

Можно выделить целый ряд сложностей:

  • первое и самое очевидное – собрать устройство без зазоров. Даже с небольшими шатаниями каркаса принтер будет работать некорректно;
  • недорогие самодельные устройства может заклинить. Это вытекает из первой проблемы. К сожалению, дешево и надежно бывает очень редко;
  • третья проблема – это возня с контроллерами. Их работа может быть ненадежна, со множеством сбоев;
  • не стоит ожидать от самодельной печатающей головки превосходных результатов в точности. Изготавливаемые детали будут хуже, чем у принтеров от производителя.

Итог:

Смысл моих рассуждений не в том, чтобы убедить Вас, что создать работающий 3D-принтер невозможно. Важно понять, как на самом деле обстоят дела в процессе изготовления, и какие проблемы Вам предстоит решить. Даже если представить, что вы найдете все нужные части, у вас будет надежная схема и чертеж, у Вас будет очень много работы, предстоит изучить большой объем специальной информации.

Я хочу сказать, что заниматься этим имеет смысл только ради собственного удовольствия, т.е. когда Вам важен сам процесс! К тому же, учитывая разницу между самодельным принтером и изготовленным на заводе, всё-таки легче купить готовый агрегат, который создавали настоящие профессионалы своего дела.

Желание иметь в своем хозяйстве 3D принтер встречается у многих, но возможность приобрести такой аппарат есть не у всех. Эта статья рассказывает о том, как сделать своими руками очень низкобюджетный принтер, что построенный в основном из переработанных электронных компонентов. В результате работы был построен мелко форматный принтер стоимостью меньше 100$.

Прежде всего, мы узнаем, как работает универсальная систему ЧПУ (сборка и калибровка подшипника, направляющих и пластикового волокна), а затем научимся управлять принтером с помощью инструкций g-кода . После этого добавим небольшой пластиковый экструдер , вставив параметры калибровки, регулятор мощности двигателя и несколько других операций, что приведут принтер к жизни. Следуя данной инструкции, вы получите небольшой «карманный принтер», что на 80% будет состоять из компонентов перерабатываемой электроники, которые придадут ему большой потенциал и помогут значительно снизить стоимость.
Эта статья поможет вам разобраться в более сложных проблемах связанных с утилизацией электронных устройств.

Шаг 1: Координатные оси X, Y и Z

Необходимые компоненты:

  • 2 стандартных CD/DVD привода от старого компьютера.
  • 1 Floppy дисковод.

Все эти компоненты можно приобрести на местных барахолках. Убедитесь в том, что моторы, которые получены от дисковода – шаговые , а не двигатели постоянного тока.

Шаг 2: Подготовка моторов

Компоненты:
3 шаговых двигателя от CD/DVD приводов;
1 NEMA 17 шаговый двигатель, что необходимо приобрести для проекта. Этот тип двигателя будет использован для пластикового экструдера, где необходимо больше мощности для перемещения пластикового волокна;
ЧПУ электроника: RAMPS или RepRap Gen6/7 . Это важно, чем будете пользоваться Sprinter/Marlin открытой прошивкой. В данном примере будем пользоваться электроникой RepRap Gen6, но вы можете выбрать другой вариант в зависимости от цены и доступности;
Блок питания;
Кабели, разъемы, термоусадочные трубки.
Первое что необходимо сделать, когда у вас появятся шаговые двигатели, это припаять к ним провода. В этом случае 4 провода должны быть на своих местах, в соответствии с последовательностью цветов (описание в паспорте двигателя).
Паспортные данные для CD/DVD шаговых моторов: http://robocup.idi.ntnu.no/wiki/images/c/c6/PL15S020.pdf
Паспортные данные для NEMA 17 шагового двигателя: http://www.pbclinear.com/Download/DataSheet/Stepper-Motor-Support-Document.pdf

Шаг 3: Подготовка блока питания

Следующий шаг заключается в подготовке блока питания, чтобы использовать его в проекте. Прежде всего, соединим два кабеля друг с другом (как показано на рисунке), это позволит включать блок. После этого выбираем один желтый (12 В) и один черный кабель (землю) для питания контроллера.

Шаг 4: Arduino IDE

Теперь необходимо проверить двигатели. Для этого скачиваем Arduino IDE (физическая вычислительная среда), что можно найти по адресу: http://arduino.cc/en/Main/Software.
Нужно загрузить и установить версию Arduino 23 .
После этого скачаем прошивку. В проекте выбор пал на Marlin , что уже настроен и может быть загружен по ссылке.
Marlin:
После того, как была установлена Arduino, подключим компьютер к ЧПУ контроллеру Ramps/Sanguino/Gen6-7 с помощью USB кабеля, выбираем соответствующий последующий порт под Arduino IDE => инструменты/ последовательной порт и находим тип контроллера под => инструментами/плата Ramps(Arduino Mega 2560) , Sanguinololu/Gen6(Sanguino W/ ATmega644P – Sanguino должен быть установлен внутри).
Основные параметры, параметры конфигураций находятся в файле «configuration.h »:
В среде Arduino открываем прошивку, загруженный файл и видим параметры конфигурации, прежде чем загрузить прошивку на наш контроллер.
1) #define MOTHERBOARD 3 значение, в соответствии с реальным оборудованием, мы используем (Ramps 1.3 or 1.4 = 33, Gen6 = 5, …);
2) Термистор 7 значение, RepRappro использует «горячее сопло» Honeywell 100k ;
3) PID это значение делает «горячее сопло» более стабильным с точки зрения температуры;
4) Шаги на единицу (Steps per unit ), это важный момент для настройки любого контроллера (шаг 9).

Шаг 5: Управление принтером с помощью программного обеспечения

Управление принтером осуществляется по средствам программного обеспечения: существуют различные программы, что находятся в свободном доступе, позволяют взаимодействовать и управлять принтером (Pronterface, Repetier, …), в проекте использовался Repetier Host , который вы можете скачать http://www.repetier.com/ . Простая установка и интеграция slicer. Slicer — это часть программного обеспечения, что генерирует последовательные секции объекта, что мы хотим напечатать. После генерации происходит соединение секций в слои и генерация g-кода для принтера. Slicer можно настроить с помощью таких параметров как:
высота секции;
скорость печати;
заполнение и т.д., что важны для качества печати.
Обычную конфигурацию slicer можно найти по следующим ссылкам:
Skeinforge конфигурация http://fabmetheus.crsndoo.com/wiki/index.php/Skeinforge
Slic3r конфигурация http://manual.slic3r.org/

Как оказалось модификаций корпусов огромное количество. В этом легко убедиться на страницах RepRap WiKi . Перед окончательным выбором пришлось поставить следующие задачи — минимизировать количество печатанных на 3D принтере деталей и выполнить корпус из недорогих и доступных в нашей стране материалов. Выбор пал на Reprap Prusa i3 . Этот вариант как мне показалось обладает достаточно высокой прочность конструкции корпуса будущего станка. Но на сайте автора предлагается комплект из МДФ. Я решил попробовать исполнить идею из дибонда толщиной 6мм. Покопавшись в сети, я таки раздобыл чертежи. Перед заказом построил модели всех деталей в 3D и попытался выполнить сборку. К своему недоумению обнаружил, что не все детали нормально стыкуются.

ДОРАБОТКА КОРПУСА

Раз уж так вышло, то всю следующую неделю я потратил на переработку чертежей деталей. Детали выполнялись с учетом резки на «лазере». Для изготовления опытного образца я решил выполнить отверстия для стыковки панелей большего размера на всякий «пожарный» случай. Также мне показался достаточно хлипким держатель стола. По этой причине пришлось сделать его немного массивней. Так как возможности напечатать пластиковые детали самостоятельно у меня нет, то перед отправкой на изготовление деталей каркаса все-таки было решено проверить их совместимость с печатанными деталями, выбор которых шел .

С тем, что получилось можно ознакомиться на рисунке выше. Сборка нарисована — можно приступать к покупке материала.

ПОИСКИ МАТЕРИАЛА

На этом этапе работы меня ждало первое разочарование! Дня три потратил на обзвон поставщиков. Но так и не смог отыскать запланированный дибонд толщиной 6мм — либо «не сезон» либо такой толщины не возят. Пришлось задуматься о переходе на другой материал. Выбор пал на полистирол и монолитный поликарбонат. Обе позиции также оказались трудноступными… При этом поликабонат оказался более подходящим по прочности. Но и более дорогим. В итоге, с огромным трудом, мне удалось купить лист белого полистирола 6мм. И снова пришлось вернуться за компьютер для правки чертежей. Поскольку листовой полистирол обладает глянцевой поверхностью лишь с одной стороны, расширил перечень деталей — вместо некоторых двух одинаковых деталей пришлось сделать две зеркально отображенные. Для того, чтобы глянцевая поверхность оказалась снаружи.

ПРОИЗВОДСТВО

Поисковик выдал огромную кучу фирм, занимающихся лазерной резкой. Но только единицы готовы были взяться за резку полистирола. И эти единицы не захотели связываться с моим маленьким заказом! Замкнутый круг — для того, чтобы заказать большую партию, требуется выполнить опытный образец. А опытный образец содержит слишком маленькое количество резки… Пробежавшись по своим старым поставщикам, мне все-таки удалось уговорить лазерщиков попробовать вырезать мои детали. Радости было целое море… И как оказалось зря! После недели попыток так и не удалось подобрать режим резки — либо кромка плавилась, либо получалась буквально волнистая линия реза. В итоге, потеряв всякую надежду сделать свой комплект лазером, обратился к фрезерному станку с ЧПУ. При этом я отчетливо понимал, что фреза на внутренних углах обязательно оставит радиуса, которые затем придется «уничтожать» руками. Отправил заказ и погрузился в длительное ожидание…

СБОРКА КАРКАСА

Настал радостный день — забрал свои детали.

Резали фрезой диаметром 2мм. Как видно на фото ниже на внутрених углах остались скругления.

Взялся за концелярский нож, надфиля и приступил к обработке. Как только все доработал, сразу начал собирать каркас. Все детали состыковались без затруднений. Правда и на данном этапе не обошлось без косяков — пока прикручивал правую стойку, левую поленился подтянуть винтом. И по нелепой случайности она выпала из пазов рамки, упала на стол, затем на пол. И, конечно же, откололся небольшой кусок.


Не приятно, но как говорится — «к лучшему». Если сломалось, значит тонкое место. В следующей редакции внесу изменение в чертеж. А пока посадил обломок на клей и продолжил. На фото ниже вид собранного каркаса.

В целом все сложилось… После сборки каркаса приступаем к основанию. Здесь более кропотливая и аккуратная работа.
Сперва прикручиваем с обратной стороны держателя стола три направляющие стола. Для более надежной фиксации я использовал самоконтрящиеся гайки. На данном этапе главное не фиксировать основательно направляющие — необходимо оставить возможность небольшого смещения для того, чтобы установить без перекоса подшипники на валы. Крепим фиксатор ремня оси Y.
Далее одеваем держатель стола на валы, фиксируем валы в «УГОЛКАХ ОСНОВАНИЯ», устанавливаем и фиксируем шпильки М8.

После того, как собраны левая и правая направляющие, одеваем поперечные шпильки, обозначаем их фиксацию на уголках гайками — зажимать до упора не стоит!

Фиксировать необходимо по-месту. Поочередно устанавливаем основание в пазы рамы обеими сторонами, фиксируем гайки. Это позволит проконтролировать отсутствие перекосов основания и симметрично установить шпильку, крепящуюся к боковым панелям (хорошо видно на рисунках ниже).

Вставляем по два подшипника в каждый «КОРПУС ХВОСТОВИКА ПОД 625ZZ». Всего их два. Одну из получившихся деталей крепим в «ДЕРЖАТЕЛЬ ХВОСТОВИКА ОСИ Y», вторую — в «КОРПУС ХВОСТОВИКА ОСИ X». При этом мне показались лишними упоры для подшипников. Они слишком большого диаметра и мешают свободному вращению подшипников. По этой причине я их срезал.

После того, как собрано основание, предварительно крепим его к корпусу. Сильно затягивать гайки на данном этапе не стоит. После установки нагревателя стола и экструдера потребуется проконтролировать положение стола…
На установке направляющих осей X и Z, думаю, подробно останавливаться не стоит. Здесь все предельно просто! Единственное — для стыковки моторов со шпилькой М5 я использовал силиконовый шланг подходящего диаметра и стяжки (немного сэкономил на специализированных переходниках).
Как только закончил с осями и направляющими X и Z, сразу установил каретку и решил проверить как будет двигаться узел экструдера. Оказалось, что держатель экструдера цепляет каркас принтера.


Придется делать проставку между кареткой и держателем экструдера. Вырезал из того же полистирола 6мм. С ней перемещению узла ничего не мешает…
Теперь можно приступать к сборке экструдера. Первым делом устанавливаем подшипник 608ZZ на ось, отрезанную из остатков направляющих валов. Затем полученную сборку — в «ФИКСАТОР ПРОВОЛОКИ».

После этого по плану шла сборка всего экструдера. Но вмешался очередной косяк поставщика. Я поленился делать самостоятельно осевой болт конструкции и решил его заказать на ebay. Продавец обещал, что расстояние от головки болта до засечек будет 25мм. На самом деле оказалось почти на два мм меньше и засечки никак не совпадали с отверстием для проволоки! Но это даже лучше… Потому, как мне казалось, весьма затруднительным регулировать положение засечек в экструдере в случае «жесткого» их размещения относительно головки болта. Было принято решение срезать головку и нарезать резьбу М8.


Теперь на более длинную резьбу я накрутил гайку с нейлоновой вставкой, установил ось в «БОЛЬШОЕ КОЛЕСО» экструдера. Собрал экструдер, заметил на сколько необходимо «подвинуть» засечки. Разобрал конструкцию, подтянул гайку с нейлоновой вставкой — тем самым отрегулировал положение засечек. Собрал экструдер.

На рисунке ниже хорошо видно как совместились положения отверстия для проволоки и засечек. При этом мне не пришлось городить «бусы» с шайбами. Такая конструкция оси показалась более подходящей и простой для регулировки.


Настало время натягивать ремни осей X и Y… Конструкция начинает приобретать законченный вид.

Их я решил добавить для исключения «лишних» перемещения осей Z! Также мне не понравилось, что шпилька M5 в базовой конструкции не фиксируется сверху. Я использую миниатюрный подшипник для свободного вращения оси и одновременно ее фиксации.


Корпус собран! Приступаем к размещению .

РАБОТА НАД НЕДОСТАТКАМИ

При достаточно продолжительной работе с принтером выявились недостатки в строении его каркаса.
1) Из-за отсутствия механической связи между двумя направляющими осями Z рамка, выполненная из полистирола, не обладает достаточной жесткостью. Это заметно при сильном касании одной из Z осей принтера.
2) При высоких температурах подогреваемого стола было хорошо заметно как существенно провисали углы держателя стола со стороны одного подшипника. Там, где располагаются два подшипника прогибы были незначительными.
Приняв во внимание перечисленные выше моменты, я доработал детали каркаса:

Как видно из рисунков внесены следующие дополнения:
— держатель осей стал единой деталью;
— добавились связывающие держатель осей и раму уголки;
— добавлено дополнительное место крепления боковой стойки к раме;
— боковые стойки стали массивней, что позволило конструкции стать более устойчивой (раньше каркас постоянно заваливался до момента установки осей);
— держатель подогреваемого стола оснастил дополнительным подшипником.

НАБОР ДЛЯ СБОРКИ КАРКАСА

В феврале в моем интернет-магазине (я сейчас активно работаю над его созданием) будут доступны наборы для сборки каркаса из прозрачного акрила (2200 руб.), белого полистирола (2200 руб.) и МДФ (1500 руб.- бюджетный вариант). Пока я работаю над интернет-магазином присылайте заявки на адрес электронной почты [email protected]. Каркасы всех трех типов в наличии.
Набор состоит из следующих деталей:
01. FRAME v1.0 (РАМА) 1шт.
02. SIDE PANEL v1.0 (БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ) 2шт.
03. Z-MOTOR HOLDER v1.0 (ДЕРЖАТЕЛЬ Z-ДВИГАТЕЛЯ) 2шт.
04. FIXING CORNER OF Z-MOTOR HOLDER v1.0 (УГОЛОК ДЕРЖАТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ) 4шт.
05. AXIS HOLDER v1.0 (ДЕРЖАТЕЛЬ ОСЕЙ) 1шт.
06. HEATED BED MOUNT v1.0 (ДЕРЖАТЕЛЬ ПОДОГРЕВАЕМОГО СТОЛА) 1шт.
07. FIXING CORNER OF AXIS HOLDER v1.0 (УГОЛОК ДЕРЖАТЕЛЯ Z ОСЕЙ) 2шт.
Сравнить на вид возможно по фотографиям ниже.



КАРКАС ИЗ МДФ ПАНЕЛИ

Изначально я как-то с сомнением относился к изготовлению каркаса из МДФ. Но решил попробовать. В итоге сомнения развеялись… Собранный каркас из этого материала оказался достаточно прочным и, на мой взгляд, при аккуратном использовании вполне может стать основанием для 3D принтера. Резались детали лазером. По этой причине кромка имеет эффектный темный вид. МДФ самый дешевый из представленных на Ваш суд материалов. Да и обрабатывается на достаточно высокой скорости. Что позволило получить самую низкую себестоимость и, соответственно, конечную цену.


Присутствуют, конечно же, и недостатки. Основным недостатком является низкая износостойкость МДФ. Другими словами многочисленная сборка-разборка каркаса нежелательна (можно повредить направляющие шипы) и требуется аккуратное использование.

Также при сборке каркаса из МДФ желательны шайбы (по-возможности усиленные) для увеличения площади прижима. Что немного удорожит конструкцию.

КАРКАС ИЗ ПРОЗРАЧНОГО АКРИЛА (ОРГСТЕКЛА)

Перед выбором материала для каркаса своего первого принтера я знал, что лазерная резка акрила выходит значительно легче, чем полистирола. В этом я убедился на деле. Главным достоинством, я считаю, практически идеальную кромку и то, что на момент резки с листа акрила нет необходимости удалять защитную пленку. Что позволяет сохранить детали более «свежими» к этапу сборки.


К недостаткам я могу отнести только то, что при сборке (закручивании винтов) возможно повредить детали. Но это в редком случае при чрезмерном усилии зажима. У меня сборка прошла гладко:)! Но вероятность, в отличии от полистирола, есть. И это необходимо помнить…

Мне показалось, что собранный из акриловых деталей каркас немного прочней каркаса из полистирола — меньше изгибается при приложенных в различных направлениях усилиях.

Мне периодически задают вопросы по «малинкам», «апельсинкам» и тому, куда это вообще и зачем. И тут я начинаю понимать, что перед тем, как писать «узкие» инструкции по настройке, неплохо было бы вкратце рассказать о том, как эта кухня вообще работает, снизу вверх и слева направо. Лучше поздно, чем никогда, поэтому вашему вниманию предлагается некое подобие ликбеза по ардуинам, рампсам и другим страшным словам.

Тому, что у нас сейчас есть возможность за разумные деньги купить или собрать собственный FDM 3D-принтер, мы обязаны движению RepRap. Не буду сейчас о его истории и идеологии — нам сейчас важно то, что именно в рамках RepRap сформировался определенный «джентльменский набор» железа и софта.

Чтобы не повторяться, скажу один раз: в рамках данного материала я рассматриваю только «обычные» FDM 3D принтеры, не уделяя внимания промышленным проприетарным монстрам, это совершенно отдельная вселенная со своими законами. Бытовые устройства с «собственными» железом и софтом тоже остануться за рамками этой статьи. Далее под «3D принтером» я понимаю полностью или частично открытое устройство, «уши» которого торчат из RepRap.

Часть первая — 8 бит хватит всем.

Поговорим про восьмибитные микроконтроллеры Atmel с архитектурой AVR, применительно к 3D-печати. Исторически сложилось так, что «мозг» большинства принтеров — это восьмибитный микроконтроллер от Atmel с архитектурой AVR, в частности, ATmega 2560. А в этом виноват другой монументальный проект^ его название — Arduino. Программная его составляющая в данном случае не интереса — Arduino-код более прост для понимания новичками (по сравнению с обычным C/С++), но работает медленно, а ресурсы жрет как бесплатные.

Поэтому, когда ардуинщики упираются в нехватку производительности, они или бросают затею, или потихоньку превращаются в эмбеддеров («классических» разработчиков микроконтроллерных устройств). При этом, кстати, «железо» Arduino бросать совершенно не обязательно — оно (в виде китайских клонов) дешевое и удобное, просто начинает рассматриваться не как Arduino, а как микроконтроллер с минимальной необходимой обвязкой.

По факту, Arduino IDE используется как удобный в установке набор из компилятора и программатора, «языком» Arduino в прошивках и не пахнет.

Но я немного отвлекся. Задача микроконтроллера — выдавать управляющие воздействия (осуществлять так называемый «ногодрыг») в соответствии с получаемыми инструкциями и показаниями датчиков. Очень важный момент: данные маломощные микроконтроллеры обладают всеми типичными чертами компьютера — в маленьком чипе есть процессор, оперативная память, постоянная память (FLASH и EEPROM). Но если ПК работает под управлением операционной системы (и она уже «разруливает» взаимодействие железа и многочисленных программ), то на «меге» у нас крутится ровно одна программа, работающая с железом напрямую. Это принципиально.

Часто можно услышать вопрос, почему не делают контроллеры 3D-принтеров на основе микрокомпьютера вроде того же Raspberry Pi. Казалось бы, вычислительной мощности вагон, можно сразу сделать и веб-интерфейс, и кучу удобных плюшек… Но! Тут мы вторгаемся в страшную область систем реального времени.

Википедия дает следующее определение: «Система, которая должна реагировать на события во внешней по отношению к системе среде или воздействовать на среду в рамках требуемых временных ограничений». Если совсем на пальцах: когда программа работает «на железе» непосредственно, программист полностью контролирует процесс и может быть уверен, что заложенные действия произойдут в нужной последовательности, и что на десятом повторении между ними не вклинится какое-то другое. А когда мы имеем дело с операционной системой, то она решает, когда исполнять пользовательскую программу, а когда отвлечься на работу с сетевым адаптером или экраном. Повлиять на работу ОС, конечно, можно. Но предсказуемую работу с требуемой точностью можно получить не в Windows, и не в Debian Linux (на вариациях которой в основном работают микро-пк), а в так называемой ОСРВ (операционная система реального времени, RTOS), изначально разработанной (или доработанной) для данных задач. Применение RTOS в RepRap на сегодняшний день — жуткая экзотика. А вот если заглянуть к разработчикам станков с ЧПУ, там уже нормальное явление.

Для примера — плата не на AVR, а на 32-битном NXP LPC1768. Smoothieboard называется. Мощи — уйма, функций — тоже.

А дело все в том, что на данном этапе развития RepRap, «8 бит хватит всем». Да, 8 бит, 16 МГц, 256 килобайт флеш-памяти и 8 килобайт оперативной. Если не всем, то очень многим. А тем, кому недостаточно (это бывает, например, при работе с микрошагом 1/32 и с графическим дисплеем, а также с дельта-принтерами, у которых относительно сложная математика расчета перемещений), в качестве решения предлагаются более продвинутые микроконтроллеры. Другая архитектура, больше памяти, больше вычислительной мощности. И софт все равно в основном работает «на железе», хотя, некоторые заигрывания с RTOS маячат на горизонте.

Marlin и Mega: частота сигнала STEP

Прежде чем переходить ко второй части и начинать разговор об электронике RepRap. Я хочу попытаться разобраться с одним спорным моментом — потенциальных проблемах с микрошагом 1/32. Если теоретически прикинуть, то исходя из технических возможностей платформу её производительности не должно хватать для перемещения со скоростью выше 125 мм/с.

Для проверки этого продположения я построил «тестовый стенд», подключил логический анализатор, и стал экспериментировать. «Стенд» представляет собой классический бутерброд «Mega+RAMPS» с переделанным пятивольтовым питанием, установлен один драйвер DRV8825 (1/32). Двигатель и ток упоминать смысла нет — результаты полностью идентичны при «полном» подключении, при наличии драйвера и отсутствии двигателя, при отсутствии и драйвера и двигателя.

То есть, отталкиваясь от частоты прерываний в 10 КГц, мы получаем эффективную частоту до 40 КГц. Применив к этому немножко арифметики, получаем вот что:

до 62.5 мм/с — один шаг на прерывание;
до 125 мм/с — два шага на прерывание;
до 250 мм/с — четыре шага на прерывание.

Это теория. А что на практике? А если задать больше 250 мм/с? Ну, хорошо, даю G1 X1000 F20000 (333.3(3) мм/с) и анализирую полученное. Измеренная частота импульсов при этом составляет почти 40 КГц (250 мм/с). Логично.

На скорости выше 10000 мм/мин (166,6(6) мм/с) я стабильно получаю провалы в тактировании. На обоих движках синхронно (напомню, CoreXY). Длятся они 33 мс, находятся примерно за 0.1 с до начала снижения скорости. Иногда такой же провал есть в начале движения — через 0.1 после завершения набора скорости. Вообще, есть подозрение, что он устойчиво пропадает на скорости до 125 мм/с — то есть, когда не применяются 4 шага на прерывание, но это только подозрение.

Как интерпретировать этот результат — я не знаю. С какими-то внешними воздействиями она не коррелирует — с общением по последовательному порту не совпадает, прошивка собрана без поддержки всяких дисплеев и SD-карт.

Мысли

1. Если не пытаться что-то нашаманить с Marlin, потолок скорости (1.8″, 1/32, 20 зубов, GT2) — 250 мм/с.
2. На скоростях выше 125 мм/с (гипотетически) есть глюк с провалом тактирования. Где и как он будет проявляться в реальной работе — я предсказать не могу.
3. В более сложных условиях (когда процессор что-то усиленно считает) точно будет не лучше, а скорее — хуже. Насколько — вопрос для куда более монументального исследования, ведь придется сопоставлять запланированные программой перемещения с реально выданными (и захваченными) импульсами — на это у меня пороху не хватит.

Часть 2. Шаговый квартет.

Во второй части речь пойдет о том, как описанный ранее микроконтроллер управляет шаговыми двигателями.

Move it!

В «прямоугольных» принтерах нужно обеспечить перемещение по трем осям. Допустим, двигать печатающую головку по X и Z, а стол с моделью — по Y. Это, например, привычный, любимый китайскими продавцами и нашими покупателями Prusa i3. Или Mendel. Можно двигать голову только по X, а стол — по Y и Z. Это, например, Felix. Я практически сразу как вляпался в 3D-печать (с МС5, у которого XY-стол и Z-голова), так стал поклонником перемещения головы по X и Y, а стола — по Z. Это кинематика Ultimaker, H-Bot, CoreXY.

Короче, вариантов много. Давайте для простоты считать, что у нас три мотора, каждый из которых отвечает за движение чего-нибудь по одной из осей в пространстве, согласно декартовой системе координат. У «прюши» за вертикальное перемещение отвечают два двигателя, суть явления это не меняет. Итак, три мотора. Почему в заголовке квартет? Потому что надо еще пластик подавать.

В ногу

Традиционно используются шаговые двигатели. Их фишка — хитрая конструкция обмоток статора, в роторе используется постоянный магнит (то есть, контактов, касающихся ротора нет — ничего не стирается и не искрит). Шаговый двигатель, согласно своему названию, двигается дискретно. Наиболее распространенный в рамках RepRap образчик имеет типоразмер NEMA17 (по сути, регламентируется посадочное место — четыре крепежных отверстия и выступ с валом, плюс два габарита, длина может варьироваться), оснащен двумя обмотками (4 провода), а полный оборот его состоит из 200 шагов (1.8 градуса на шаг).

В простейшем случае, вращение шагового двигателя осуществляется путем последовательной активации обмоток. Под активацией понимается приложение к обмотке напряжения питания прямой или обратной полярности. При этом схема управления (драйвер) должна не только уметь коммутировать «плюс» и «минус», но и ограничивать потребляемый обмотками ток. Режим с коммутацией полного тока называется полношаговым, и у него есть весомый недостаток — на низких скоростях двигатель жутко дергается, на чуть более высоких — начинает греметь. В общем, ничего хорошего. Для увеличения плавности движения (точность не увеличивается, дискретность полных шагов никуда не пропадает!) применяется микрошаговый режим управления. Он заключается в том, что ограничение тока, подаваемого на обмотки, изменяется по синусоиде. То есть, на один реальный шаг приходится некоторое количество промежуточных состояний — микрошагов.

Для реализации микрошагового управления двигателями применяются специализированные микросхемы. В рамках RepRap их две — A4988 и DRV8825 (модули на основе этих микросхем обычно называются так же). Плюс, осторожно сюда начинают проникать хитроумные TMC2100. Драйверы шаговых двигателей традиционно выполняются в виде модулей с ножками, но бывают и напаяны на плату. Второй вариант с первого взгляда менее удобен (нет возможности изменить тип драйвера, да и при выходе оного из строя возникает внезапный геморрой), но плюсы тоже имеются — на продвинутых платах обычно реализуется программное управление током двигателей, а на многослойных платах с нормальной разводкой запаянные драйверы охлаждаются через «пузо» чипа на теплоотводный слой платы.

Но, опять же, говоря о самом распространенном варианте — микросхема драйвера на собственной печатной плате с ножками. На входе у нее три сигнала — STEP, DIR, ENABLE. Еще три вывода отвечают за конфигурацию микрошага. На них мы подаем или не подаем логическую единицу, устанавливая или снимая джамперы (перемычки). Логика микрошага прячется внутри чипа, нам туда влезать не надо. Можно запомнить только одно — ENABLE разрешает работу драйвера, DIR определяет направление вращения, а импульс, поданный на STEP, говорит драйверу о том, что необходимо сделать один микрошаг (в соответствии с заданной джамперами конфигурацией).

Основное отличие DRV8825 от A4988 — поддержка дробления шага 1/32. Есть другие тонкости, но для начала достаточно этого. Да, модули с этими чипами вставляются в колодки управляющей платы по-разному. Ну, так получилось с точки зрения оптимальной разводки плат модулей. А неопытные пользователи жгут.

В общем случае, чем выше значение дробления, тем плавнее и тише работают двигатели. Но при этом увеличивается нагрузка на «ногодрыг» — ведь выдавать STEP приходится чаще. О проблемах при работе на 1/16 лично мне не известно, а вот когда возникает желание полностью перейти на 1/32, уже может возникнуть нехватка производительности «меги». Особняком тут стоят TMC2100. Это драйверы, которые принимают сигнал STEP с частотой как для 1/16, а сами «додумывают» до 1/256. В результате имеем плавную бесшумную работу, но не без недостатков. Во-первых, модули на TMC2100 стоят дорого. Во-вторых, лично у меня (на самодельном CoreXY под названием Kubocore) с этими драйверами наблюдаются проблемы в виде пропуска шагов (соответственно, сбой позиционирования) при ускорениях выше 2000 — с DRV8825 такого нет.

Резюмируя в трех словах: на каждый драйвер нужно две ноги микроконтроллера, чтобы задать направление и выдавать импульс микрошага. Вход разрешения работы драйвера обычно общий на все оси — кнопка отключения двигателей в Repetier-Host как раз одна. Микрошаг — это хорошо с точки зрения плавности движений и борьбы с резонансами и вибрацией. Ограничение максимального тока двигателей надо настраивать с помощью подстроечных резисторов на модулях драйверов. При превышении тока мы получим чрезмерный нагрев драйверов и двигателей, при недостаточном токе будет пропуск шагов.

Спотыкач

В RepRap не предусмотрено обратной связи по положению. То есть, программа управляющего контроллера не знает, где в данный момент находятся подвижные части принтера. Странно, конечно. Но при прямой механике и нормальных настройках это работает. Принтер перед началом печати перемещает все, что можно, в начальную позицию, и от нее уже отталкивается во всех передвижениях. Так вот, противное явление пропуска шагов. Контроллер выдает драйверу импульсы, драйвер пытается провернуть ротор. Но при чрезмерной нагрузке (или недостаточном токе) происходит «отскок» — ротор начинает поворачиваться, а потом возвращается в исходное положение. Если это происходит на оси X или Y, мы получаем сдвиг слоя. На оси Z — принтер начинает «вмазывать» следующий слой в предыдущий, тоже ничего хорошего. Нередко пропуск происходит на экструдере (из-за забива сопла, чрезмерной подачи, недостаточной температуры, слишком малого расстояния до стола при начале печати), тогда мы имеем частично или полностью непропечатанные слои.

С тем, как проявляется пропуск шагов, все относительно понятно. Почему это происходит? Вот основные причины:

1. Слишком большая нагрузка. Например, перетянутый ремень. Или перекошенные направляющие. Или «убитые» подшипники.

2. Инерция. Чтобы быстро разогнать или затормозить тяжелый объект, нужно затратить больше усилий, чем при плавном изменении скорости. Поэтому сочетание больших ускорений с тяжелой кареткой (или столом) вполне может вызвать пропуск шагов при резком старте.

3. Неправильная настройка тока драйвера.

Последний пункт — вообще тема для отдельной статьи. Если вкратце — у каждого шагового двигателя есть такой параметр, как номинальный ток. Он для распространенных моторов находится в диапазоне 1.2 — 1.8 А. Так вот, при таком ограничении тока у вас должно все хорошо работать. Если нет — значит, двигатели перегружены. Если нет пропуска шагов с более низким ограничением — вообще прекрасно. При снижении тока относительно номинала уменьшается нагрев драйверов (а они могут перегреваться) и двигателей (больше 80 градусов не рекомендуется), плюс, снижается громкость «песни» шаговиков.

Часть 3. Горячка.

В первой части цикла я рассказывал о маленьких слабеньких 8-битных микроконтроллерах Atmel архитектуры AVR, конкретно — о Mega 2560, которая «рулит» большинством любительских 3D-принтеров. Вторая часть посвящена управлению шаговыми двигателями. Теперь — о нагревательных приборах.

Суть FDM (fused deposition modeling, торговая марка Stratasys, всем обычно до лампочки, но острожные люди придумали FFF — fused filament fabrication) в послойном наплавлении филамента. Наплавление происходит следующим образом: филамент должен расплавиться в определенной зоне хотэнда, и расплав, подталкиваемый твердой частью прутка, выдавливается через сопло. При движении печатающей головки происходит одновременное выдавливание филамента и приглаживание его к предыдущему слою концом сопла.

Казалось бы, все просто. Охлаждаем верхнюю часть трубки термобарьера, а нижнюю — нагреваем, и все хорошо. Но есть нюанс. Нужно с приличной точностью поддерживать температуру хотэнда, чтобы она гуляла лишь в небольших пределах. Иначе получим неприятный эффект — часть слоев печатается при более низкой температуре (филамент более вязкий), часть — при более высокой (более жидкий), а результат выглядит похожим на Z-вобблинг. И вот, у нас в полный рост встает вопрос стабилизации температуры нагревателя, обладающего очень маленькой инерцией — из-за малой теплоемкости любой внешний «чих» (сквозняк, вентилятор обдува, мало ли что еще) или ошибка регулирования моментально приводит к заметному изменению температур.

Здесь мы вторгаемся в чертоги дисциплины под названием ТАУ (теория автоматического управления). Не совсем моя специальность (айтишник, но выпускающая кафедра АСУ), но курс такой у нас был, с преподавателем, который показывал слайды на проекторе и периодически над ними угорал с комментариями: «Ой, доверил этим студентам лекции в электронный вид переводить, они тут таких косяков налепили, ну, ничего, вы разберетесь». Ладно, лирические воспоминания в сторону, поприветствуем ПИД-регулятор.

Очень рекомендую ознакомиться со статьей , там довольно доступно написано про ПИД-регулирование. Если же совсем упростить, то выглядит картина так: у нас есть некоторое целевое значение температуры. И с определенной частотой мы получаем текущее значение температуры, и нам необходимо выдать управляющее воздействие, чтобы уменьшить ошибку — разницу между текущим и целевым значением. Управляющее воздействие в данном случае — ШИМ-сигнал на затвор полевого транзистора (мосфета) нагревателя. От 0 до 255 «попугаев», где 255 — максимальная мощность. Для тех, кто не знает, что такое ШИМ — простейшее описание явления.

Итак. Каждый «такт» работы с нагревателем нам необходимо принять решение о выдаче от 0 до 255. Да, мы можем просто включать или выключать нагреватель, не заморачиваясь ШИМ. Допустим, температура выше 210 градусов — не включаем. Ниже 200 — включаем. Только в случае с нагревателем хотэнда такой разброс нас не устроит, придется поднимать частоту «тактов» работы, а это дополнительные прерывания, работа АЦП тоже не бесплатная, а у нас крайне ограниченные вычислительные ресурсы. В общем, надо управлять точнее. Поэтому ПИД-регулирование. П — пропорциональное, И — интегральное, Д — дифференциальное. Пропорциональная составляющая отвечает за «прямую» реакцию на отклонение, интегральная — за на накопленную ошибку, дифференциальная в ответе за обработку скорости изменения ошибки.

Если еще проще — ПИД-регулятор выдает управляющее воздействие в зависимости от текущего отклонения, с учетом «истории» и скорости изменения отклонения. Нечасто я слышу о калибровке ПИД-регулятора «марлина», но функция такая имеется, в результате мы получаем три коэффициента (пропорциональный, интегральный, дифференциальный) позволяющие наиболее точно управлять именно нашим нагревателем, а не сферическим в вакууме. Желающие могут почитать про код M303 .

Чтобы проиллюстрировать крайне низкую инерцию хотэнда, я на него просто дунул.

Ладно, это про хотэнд. Он есть у всех, если речь идет о FDM/FFF. Но некоторые любят погорячее, так возникает великий и ужасный, жгущий мосфеты и рампсы, нагревательный стол. С электронной точки зрения с ним все сложнее, чем с хотэндом — мощность относительно большая. А вот с позиций автоматического регулирования проще — система более инертная, да и допустимая амплитуда отклонения выше. Поэтому стол с целью экономии вычислительных ресурсов обычно управляется по принципу bang-bang («пыщь-пыщь»), этот подход я выше описывал. Пока температура не достигла максимума, греем на 100%. Потом пусть остывает до допустимого минимума, и снова греем. Также отмечу, что при подключении горячего стола через электромеханическое реле (а так нередко делают, чтобы «разгрузить» мосфет) только bang-bang является допустимым вариантом, ШИМить реле не надо.

Датчики

Напоследок — про терморезисторы и термопары. Терморезистор изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры, характеризуется номинальным сопротивлением при 25 градусах и температурным коэффициентом. По факту, устройство нелинейное, и в том же «марлине» есть таблицы для пересчета полученных с терморезистора данных в температуру. Термопара — редкий гость в RepRap, но попадается. Принцип действия иной, термопара является источником ЭДС. Ну, то есть, выдает определенное напряжение, величина которого зависит от температуры. Напрямую к RAMPS и подобным платам не подключается, но активные адаптеры существуют. Что интересно, также в «марлине» предусмотрены таблицы для металлических (платиновых) термометров сопротивления. Не такая уж редкая вещь в промышленной автоматике, но встречается ли «живьем» в RepRap — мне не известно.

Часть 4. Единение.

3D-принтер, работающий по принципу FDM/FFF состоит, по сути, из трех частей: механики (передвижение чего-то в пространстве), нагревательных приборов и электроники, всем этим управляющей.

В общих чертах я уже рассказал, как каждая из этих частей работает, а теперь попробую порассуждать на тему «как это собирается в одно устройство». Важно: многое буду описывать с позиций кустаря-самодельщика, не оснащенного дерево- или металлообрабатывающими станками и оперирующего молотком, дрелью и ножовкой. И еще, чтобы не распыляться, в основном про «типовой» RepRap — один экструдер, область печати в районе 200х200 мм.

Наименее вариативное

Оригинальный E3D V6 и его очень недобрая цена.

Начну с нагревателей, тут популярных вариантов не очень много. Сегодня в среде самодельщиков наиболее распространен хотэнд E3D .

Точнее, его китайские клоны весьма плавающего качества. Про мучения с полировкой цельнометаллического барьера или использование трубки боудена «до сопла» не буду — это отдельная дисциплина. Из личного небольшого опыта — хороший металлический барьер прекрасно работает с ABS и PLA, без единого разрыва. Плохой металлический барьер нормально работает с ABS и отвратно (вплоть до «никак» — с PLA), и в таком случае бывает проще поставить столь же плохой термобарьер, но с тефлоновой вставкой.

В целом же, E3D очень удобны — можно поэкспериментировать как с термобарьерами, так и с нагревателями — доступны как «маленькие», так и Volcano (для толстых сопел и быстрой брутальной печати). Тоже условное деление, кстати. Сейчас использую Volcano с соплом 0.4. А некоторые изобретают втулку-проставку, и работают себе спокойно с короткими соплами от обычного E3D.

Программа минимум — покупаем типовой китайский комплект «E3D v6 + нагреватель + набор сопел + кулер». Ну и, рекомендую сразу пачку разных термобарьеров, чтобы когда дело дойдет до этого, не ждать очередной посылки.

Второй нагреватель — это не второй хотэнд (хотя тоже неплохо, но не будем погружаться), а стол. Можно причислить себя к рыцарям холодного стола, и вообще не поднимать вопрос нижнего подогрева — да, тогда сужается выбор филамента, придется немного подумать о надежной фиксации модели на столе, но зато вы никогда не узнаете про обугленные клеммы RAMPS, глубокие отношения с тонкими проводами и дефект печати типа «слоновья нога». Ладно, пусть нагреватель все-таки будет. Два популярных варианта — из фольгированного стеклотекстолита и алюминия.

Первый — простой, дешевый, но кривой и «жидкий», требует нормального крепления к жесткой конструкции и ровного стекла сверху. Второй

— по сути, та же печатная плата, только в качестве подложки — алюминий. Хорошая собственная жесткость, равномерный прогрев, но стоит дороже.

Неочевидный недостаток алюминиевого стола — это когда китаец плохо приляпывает к нему тонкие провода. На текстолитовом столе заменить провода просто, имея базовые навыки пайки. А вот припаять 2.5 квадрата к дорожкам алюминиевой платы — задача продвинутого уровня, с учетом отличной теплопроводности данного металла. Я использовал мощный паяльник (который с деревянной ручкой и жалом в палец), а в помощь ему пришлось призвать термовоздушную паяльную станцию.

Самое интересное

Самая вкусная часть — это выбор кинематики. Я в первом абзаце обтекаемо упомянул механику как средство «передвижения чего-то в пространстве». Вот, теперь как раз к тому, что и куда двигать. В общем и целом, нам надо получить три степени свободы. А двигать можно печатающую головку и стол с деталью, отсюда и все многообразие. Есть радикальные конструкции с неподвижным столом (дельта-принтеры), есть попытки воспользоваться схемами фрезерных станков (XY-стол и Z-головка), есть вообще извращения (полярные принтеры или позаимствованная из робототехники SCARA-механика). Про весь этот беспредел можно долго рассуждать. Так что, ограничусь двумя схемами.

«Прюша»

XZ-портал и Y-стол. Политкорректно назову эту схему «заслуженной». Все более-менее ясно, сто раз реализовано, допилено, модифицировано, на рельсы посажено, в габаритах смасштабировано.

Общая идея такова: есть буква «П», по ногам которой ездит перекладина, приводимая в движение двумя синхронизированными двигателями с помощью передачи «винт-гайка» (редкая модификация — с ремнями). На перекладине висит двигатель, который за ремень таскает влево-вправо каретку. Третья степень свободы — это движущийся вперед-назад стол. Плюсы конструкции есть, например, изученность вдоль и поперек или чрезвычайная простота в кустарной реализации из подручных материалов. Минусы тоже известны — проблема синхронизации двигателей Z, зависимость качества печати аж от двух шпилек, которые должны быть более-менее одинаковы, сложно разогнаться до высоких скоростей (поскольку двигается относительно тяжелый инертный стол).

Z-стол

При печати медленнее всего изменяется координата Z, да еще и только в одну сторону. Вот и будем двигать по вертикали стол. Теперь надо придумать, как перемещать в одной плоскости печатающую головку. Есть решение проблемы «в лоб» — по сути. берем портал «прюши», кладем его на бок, заменяем шпильки на ремень (и убираем лишний движок, заменяя его на передачу), поворачиваем на 90 градусов хотэнд, вуаля, получаем нечто вроде MakerBot Replicator (не последнего поколения).

Как еще улучшить эту схему? Надо добиться минимальной массы подвижных деталей. Если откажемся от директ-экструдера и будем подавать филамент по трубке, все равно остается двигатель X, который нужно зазря катать по направляющим. И вот тут включается настоящая инженерная смекалка. По-голландски она выглядит как куча валов и ремней в ящике под названием Ultimaker. Конструкция доведена до такого уровня, что многие считают Ultimaker лучшим настольным 3D-принтером.

Но есть более простые инженерные решения. Например, H-Bot. Два неподвижных мотора, один длинный ремень, горстка роликов. И это дело позволяет перемещать каретку в плоскости XY путем вращения двигателей в одну или в разные стороны. Красиво. На практике предъявляет повышенные требования к жесткости конструкции, что несколько усложняет изготовление из спичек и желудей, особенно при использовании деревянных подшипников.

Более сложная схема, с двумя ремнями и бОльшей кучкой роликов — CoreXY. Считаю лучшим вариантом для реализации, когда вы уже собрали свою или китайскую «прюшу», а творческий зуд не утих. Можно делать из фанеры, алюминиевого профиля, табуреток и других ненужных предметов мебели. По принципу действия результат похож на H-Bot, но меньше склонен к заклиниванию и скручиванию рамы в бараний рог.

Электроника

Если нужно сэкономить деньги — то Mega+RAMPS в китайском исполнении просто вне конкуренции. Если же нет особых познаний в электрике и электронике, а нервы не лишние, то лучше посмотреть в сторону более дорогих, но грамотно сделанных плат от Makerbase или Geeetech.

Основные болячки бутерброда в виде «не тех» выходных транзисторов и питания всего пятивольтового колхоза через стабилизатор на плате Arduino там вылечены. Если говорить о совсем альтернативных вариантах, то я жду, когда появится возможность приобрести плату на LPC1768, например, ту же MKS SBase, и поразвлекаться с 32-битным ARM и прошивкой Smoothieware. А параллельно — неторопливо изучаю прошивку Teacup применительно к Arduino Nano и Nanoheart.

Самодельщику

Ну, допустим, решили вы обязательно слепить свой велосипед. Не вижу в этом ничего плохого.

В общем-то, отталкиваться надо от финансовых возможностей и от того, что можно найти в гараже или подвале. А также от наличия или отсутствия доступа к станкам и радиуса кривизны рук. Грубо говоря, есть возможность потратить 5 тысяч рублей — хорошо, обходимся самым минимумом. За десятку уже можно немного разгуляться, а приближение бюджета к 20 тысячам изрядно развязывает руки . Конечно, сильно облегчает жизнь возможность купить китайский конструктор «прюши» — можно и разобраться в основах 3D-печати, и получить отличный инструмент для развития самопала.

Тем более, что большинство деталей (двигатели, электроника, часть механики) спокойно перекочует и в следующую конструкцию. Короче говоря, покупаем акриловое барахло, допиливаем до вменяемого состояния, печатаем детали для следующего принтера, пускаем предыдущий на запчасти, намылить, смыть, повторить.

На этом пожалуй всё. Возможно, получилось немного галопом. Но по-другому объять необъятное в рамках общего обзорного материала сложно. Хотя, полезных ссылок для размышления я накидал, ищущий по-любому обрящет. Вопросы и дополнения традиционно приветствуются. Ну и, да, в обозримом будущем будет продолжение — уже о конкретных решениях и граблях в рамках проектирования и постройки Kubocore 2.




Комплект для объемной печати отлично подойдет для новичков, которые решили заняться 3D-моделированием. Принтер работает с PLA-пластиком, и благодаря достаточно подробной инструкции может быть собран довольно быстро. Конструкция обладает акриловой рамой, подогреваемой поверхностью, оснащена разъемом USB и интерфейсом для SD-карт.

Стоимость стартового набора составляет около 10 000 рублей, а заказать его можно, например, на Aliexpress с доставкой из России . Скорость цветной печати составляет 100 мм/с. В комплекте с устройством поставляется 10 метров пластика, так что после сборки на принтере сразу же можно напечатать что-нибудь небольшое. А в дальнейшем на можно напечатать еще и дополнения для улучшения принтера: например, держатель для шестигранных ключей и отверток.

Tevo Tarantula: золотая середина

Если вы являетесь немного более продвинутым пользователем и уже имеете опыт работы с 3D-принтерами, можете попробовать использовать комплект . Этот принтер также оснащен интерфейсами для подключения USB-накопителей и SD-карт, но стоимость у него чуть выше — от 11 000 рублей и более.

Зато этот принтер оснащен алюминиевым профилем, нагреваемой платформой и обладает хорошей площадью печати (220х270х260 мм), что редко встречается в моделях данного ценового сегмента. Купить сборочный комплект можно на том же Aliexpress. Скорость печати цветным пластиком составляет 150 мм/с, что весьма неплохо.

Anycubic 3D DIY: потребует навыков 3D-печати

В качестве примера профессионального комплекта для самостоятельной сборки 3D-принтера можно привести набор . Но мы можем порекомендовать его только в том случае, если вы являетесь экспертом в вопросах, связанных с объемной печатью. Тем не менее, собирается комплект относительно просто, а жесткая металлическая рама добавляет устройству надежности.

Из разъемов устройство предлагает все те же интерфейсы USB и слот для чтения SD-карт. Стоимость набора на Aliexpress составляет около 15 000 рублей. Скорость цветной печати у данной модели в два раза ниже, чем у предыдущего образца (всего 60 мм/с), зато качество исполнения образцов выше. В финале придется стачивать меньше заусенцев с готового отпечатка.