Для печати различных документов необходимо специальное оборудование. Выведение информации из электронного формата в печатный вид обеспечивает принтер. В наше время существует огромный выбор моделей — от бюджетных версий до премиум класса. Развитие технологий позволило улучшить качество и скорость печати документов. Помимо этого, появились специальные принтеры, печатающие объёмные элементы. 3D принтеры в отличие от обычных обладают более сложным принципом работы и конструкцией. Однако, даже это не помешает создать своими руками подобную версию техники. В нашей статье мы рассмотрим принцип работы и опишем подробную инструкцию, позволяющую собрать технику в домашних условиях.
Детали и чертежи
Данила Елисеев, учащийся 9 класса гимназии № 6 г. Минска.
Для изготовления корпуса из фанеры я использовал чертежи с сайта RepRap.org/wiki/. Детали собирал по инструкции для принтера Graber I3. На торговой платформе Aliexpress приобрёл совместимые друг с другом элементы: термисторы, концевые переключатели, платы управления, шаговые двигатели и контроллеры для них, валы, подшипники, дисплей. Использовал схему подключения электроники, которая есть в свободном доступе в Интернете.
Самыми сложными и трудоёмкими этапами работы оказались настройка электроники и калибровка шаговых двигателей. Также потребовался обдув сопла — он предотвращает растекание расплавленного пластика, позволяя повысить качество и скорость печати.
Для автономной работы 3D-принтера, вывода и настройки печати служит специальный экран, в котором есть вход для SD-карты. Это позволяет следить за процессом, настраивать подачу материала, скорость печати, мощность обдува и т. д.
Что необходимо для самостоятельного изготовления 3d принтера
Если вы решили самостоятельно создать данное оборудование, для начала рекомендуем ознакомиться с принципом работы и узнать конструкцию принтера. Так вы сможете получить представление о важных параметры и подобрать наиболее качественные материалы для изготовления.
ВАЖНО! Самодельные варианты могут обеспечить среднее качество печати, для профессиональной работы необходимо приобрести качественную аппаратуру.
Перед началом работы приобретите все необходимые инструменты и материалы. Для удобства воспользуйтесь списком, в котором перечислены основные компоненты:
- Основная часть принтера — это рама, на которой всё крепится. Лучше заказать цельный корпус из прочного и крепкого металла.
- Материалы для стола, на котором будет производиться печать деталей. Предпочтение отдаётся металлическим деталям, но можно использовать дерево и фанеру.
- Направляющие валы для соединения всех элементов и деталей.
- Специальные платы и драйверы, обеспечивающие работу всей системы. На всякий случай нужно купить запасные детали, чтобы в случае поломки их можно было быстро заменить.
- Устройство для регулирования мощности и напряжения в электрической цепи.
- Несколько моторов, ремней передач, подшипников для взаимосвязанной работы.
- Источник питания, обеспечивающий энергией все элементы конструкции.
- Кнопки с клеммой, экструдер, и охладитель для продувания получаемой детали на принтере.
- Набор пружин, сопел, свёрл и регулировщиков уровня стола.
При покупке всех элементов и самостоятельной сборке, принтер обойдётся гораздо дешевле покупного оборудования. Заказать все детали можно на рынке или в специальном интернет-магазине. Например, на AliExpress можно найти полный комплект для сборки. Если вы хотите собрать хороший 3D принтер и при этом сэкономить семейный бюджет, это отличный вариант.
ВАЖНО! Для представления схемы сборки можно найти разборный комплект деталей любой модели 3D принтера.
Корпус и электроника
Сначала я сделал прошивку для принтера, а затем в соответствии с чертежом установил электронные узлы в корпус. Для изготовления экструдера также воспользовался готовыми чертежами. Потом занялся настройкой прошивки, термисторами и микропереключателями («концевиками»).
Конструкция корпуса
Теперь предстояло настроить электронную систему. Что в неё вошло?
В основе — плата Arduino mega 2560, имеющая самое большое количество контактов ввода-вывода. Ramps 1.4 — плата, часто называемая «шилд», создана для удобного подключения всех элементов (поверх платы Arduino). Также понадобились: 4-5 драйверов шаговых двигателей; печатающая голова E3D V6 для пластика диаметром 1,75 мм и диаметром сопла 0,4 мм; шаговые двигатели Nema17 17HS4401; стандартный жидкокристаллический экран LCD 2004. Кроме того, использованы термисторы, концевые переключатели, нагревательный стол.
Как правильно удалить поддержки для 3D-печати
Поскольку поддержки 3D-печати зачастую сложно удалить и они могут повредить модель, рассмотрим несколько проверенных приемов, чтобы правильно их удалить.
- Во-первых, определите несущие конструкции 3D-печати, которые полностью открыты и легко удаляются пальцами рук. Если вы все сделаете правильно, большая часть структуры поддержек должна легко оторваться.
- Используйте инструмент для удаления структур поддержек 3D-печати, в трудно доступных местах. Есть много мнений о том, какие инструменты работают лучше всего. Вы можете использовать плоскогубцы, шпатель,кусачки или канцелярский нож.
- При использовании ножа или шпателя рекомендуется слегка нагреть лезвие. Это облегчает нарезку структур поддержки 3D-печати. Бутановая горелка может помочь, не переусердствуйте, убедитесь, что вы не повредите модель.
- Многие люди не одобряют использование ножей, потому что это довольно острый и опасный инструмент. Один промах и вы можете получить отрезанный палец, вместо отрезанной опоры.
- Наждачная бумага также отличный инструмент для удаления. Шлифование наждачной бумагой с высокой зернистостью (от 220 до 1200) удалит структуры, а также отполирует модель. Для достижения наилучших результатов нанесите на деталь воду и шлифуйте ровными легкими движениями до тех пор, пока не получите желаемое качество поверхности.
- Модели на основе PLA могут образовывать напряжения, когда несущие конструкции 3D-печати отрываются от них, что приводит к появлению царапин и дефектов. Лак для ногтей является отличным инструментом для исправления или маскировки.
Механическая часть
Для неё я применил известную кинематику Mendel. Принтер построен так, что экструдер — механизм подачи материала — двигается по оси Х (вправо-влево) и по оси Z (вверх-вниз). Стол же двигается по оси Y (вперёд-назад). Всё просто, но у конструкции много крепежей, гаек, винтиков, которые крайне важно одновременно держать настроенными на правильную геометрию. Если не использовать различные фиксаторы резьбы, то качество печати будет «уплывать».
Я использовал шпильки для оси Z и ремни для осей X и Y, а также комплект валов разной длины. Хорошие шпильки обеспечивают до 70 % качества такого 3D-принтера.
Обзор
В нынешнее время бурно развивается такое направление, как 3D принтеры. Вы наверняка слышали о таких чудо устройствах, которые могут создать практически любую объемную модель. Нужна новая ваза под цветы? — Да, пожалуйста! Нужен подарок на 14 февраля? -Держите! Некуда положить Arduino Uno? — Вот для нее коробка. 3D принтер — это уникальное устройство, которое поможет Вам воплотить все ваши мечты в реальность. Теперь все ваши проекты, которые были на бумаге или на компьютере, смогут обрести жизнь с помощью 3D принтера. У Вас дома окажется небольшой завод по мелкосерийному производству. Если Вы или ваши дети увлекаетесь робототехникой, то вам просто необходим 3D принтер.
Итак, если Вы решили собрать собственный 3D принтер своими руками, то Вы пришли по адресу!
Принтер мы будем собирать на базе всеми известного проекта RepRap, а именно Prusa i3 Steel — это одна из самых успешных и популярных моделей. Забудьте про существования принтеров со шпильками, собирайте сразу Steel.
Технология НРМ (FFF)
Эта технология позволяет создавать не только модели, но и высококачественные детали из термопластиков — сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые трудно получить обычными методами. Она выгодно отличается чистотой, простотой в использовании и пригодна для применения в офисах.
Для печати используют два различных материала. Из основного будет состоять готовая деталь, а вспомогательный нужен для поддержки. Нити обоих подаются в печатающую головку. Она передвигается в зависимости от изменения координат X и Y и наплавляет материал, пока основание не переместится вниз и не начнётся следующий слой. Когда принтер завершит работу, остаётся отделить вспомогательный материал механически или растворить его моющим средством. После этого изделие готово к использованию.
FFF-технология
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 https://www.3dindustry.ru/how-to-build-3d-printer/
Программы
Для настройки и прошивки микроконтроллера применена стандартная среда Arduino IDE. Она позволяет программировать, в частности, на языке С++ и адаптирована для работы с микроконтроллерами.
Для калибровки использована среда Pronterface. Она даёт возможность преобразовать 3D-модель из формата .stl в формат .gcode, провести полное тестирование всех систем, настроить датчики и в режиме реального времени проконтролировать процесс печати.
Для более гибкой и точной настройки печати применена Cura Software. С помощью этой программы я смог настраивать степень заполнения объекта, а также способ печати и параметры: диаметр сопла, температуру плавления пластика, толщину начального и конечного его слоёв. Все они влияют на продолжительность печати и качество изделия.
В основу прошивки положен проект Marlin (находится в открытом доступе). Это наиболее распространённая прошивка, но для разных принтеров она настраивается по-разному. С учётом особенностей конструкции данного принтера были внесены коррективы.
Собираем принтер: советы
Для правильного выполнения всех этапов следует посоветоваться со специалистами, узнать нюансы изготовления. Среди основных моментов, на которые следует обратить внимание, выделяют:
- приобретение запасных элементов на случай поломки;
- примерное понимание внутреннего устройства и внешнего вида будущего изделия;
- перед включением системы, проверьте соответствие всех элементов и наличие предохранителей для пропускания тока;
- начинайте работу с простых конструкций, постепенно увеличивая сложность.
Не бойтесь первых неудачных попыток. Со временем у вас будет получаться делать аппаратуру быстрее и качественнее. Вносите изменения в устройство и улучшайте его параметры для усовершенствования процесса печати.
Подпишитесь на наши Социальные сети
На финише
Как измерить шаг винта? Необходимо длину участка в миллиметрах разделить на количество витков на нём (у меня 20/16 = 1,25 мм). Для более точного результата замеряют участок максимальной длины.
LCD-дисплей с SD-картой я нашёл на RepRap.org и идентифицировал как RepRapDiscount Smart Controller.
Чтобы залить прошивку в контроллер, надо в Arduino IDE правильно выставить тип платы и номер COM-порта. Внизу окна отобразятся и тип, и номер. Главное — не забывать сохранять изменения (Ctrl + S).
В целом на сборку принтера я потратил 2 месяца. Стекло, на котором можно вести печать, было заказано на стеклорезной фирме.
Работающий 3D-принтер
Каковы главные недостатки дельта принтера
Как и другие новинки технологического рынка, такие принтеры имеют ряд недостатков:
- При печати моделей с большим количеством точных деталей на высоких скоростях возникают сложности с расчетами;
- Калибровка delta 3D принтера сложнее, чем у «обычного» оборудования для объёмной печати;
- Принтер обладает сложной конструкцией, что особенно важно при самостоятельной сборке.
Конечно, важным недостатком является и дороговизна оборудования, но это не должно вас беспокоить, если всю работу вы собираетесь сделать сами.
