Сборка 3D-принтера своими руками

Конструкторы для обучения детей робототехнике

Share Button

Публикуем статью о самостоятельной сборке 3D-принтера из журнала «Юный техник и изобретатель». Автор — Данила Елисеев, учащийся 9 класса гимназии № 6 г. Минска, абсолютный победитель V конкурса научно-технического творчества учащихся Союзного государства «Таланты XXI века». 

Будучи на минском Робофесте, мы познакомились с Константином Столярчуком — редактором издания «Юный техник и изобретатель». На страницах журнала вы найдете статьи о научно-техническом творчестве, интересных проектах и мероприятиях, чертежи и инструкции по сборке моделей. Журнал не имеет электронной версии, но на него можно подписаться (информация в конце статьи).

Сборка 3D-принтера своими руками

3D-печать — это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D-модели. В дальнейшем она сохраняется в формате Gcode-файла, после чего 3D-принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие. Такой принтер работает по принципу послойного создания твёрдого изделия — оно как бы выращивается из определённого материала.

Увлекаясь созданием самодельных электронных устройств, я решил собрать собственный 3D-принтер, по основным характеристикам не уступающий серийным. Чтобы он был удобным для начинки электроникой, выбрал конструкцию Graber I3 и уложился в бюджет $200.

 Детали и чертежи

Данила Елисеев, учащийся 9 класса гимназии № 6 г. Минска, призёр конкурса «ТехноИнтеллект-2017»

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.

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 3D-принтера

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.

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.

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

FFF-технология

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.

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

Работающий 3D-принтер

Как подписаться на журнал «Юный техник и изобретатель» (ISSN 1993-4432)

Вы можете подписаться на журнал «Юный техник и изобретатель» (ISSN 1993-4432). Подписные индексы (индивидуальная подписка): 93508 — в каталоге «Пресса России» и 00200 — в каталоге «Белпочта».

Анонсы выпусков публикуются на сайте издательства «Пачатковая школа».

by-ut-journal

Share Button

Один комментарий к статье “Сборка 3D-принтера своими руками”

  1. Александр Евгеньевич

    08.06.2017

    Ответить на этот комментарий

Оставить комментарий

© 2014-2017 Занимательная робототехника, Гагарина Д.А., Гагарин А.С., Гагарин А.А. All rights reserved / Все права защищены. Копирование и воспроизведение в любой форме запрещено. Политика кофиденциальности. Соглашение об обработке персональных данных.
Наверх