Как сделать принтер своими руками

Как собрать самодельный принтер/плоттер

Есть один весьма примечательный вид ЧПУ-устройств, который не оставит равнодушным никого — самодельный принтер.

Мало того, что он является хорошим демонстратором принципов числового программного управления, задействуя все основные его элементы, но может также применяться для конкретных практических задач.

И именно об интересных путях создания подобного устройства мы и поговорим в этой статье.

Любой принтер состоит из ряда компонентов, которые имеет смысл рассмотреть отдельно.

Двигатель

▍ Шаговый двигатель

В качестве силового привода для любительских конструкций (и не только) используются в основном шаговые двигатели.

Шаговый двигатель существенно отличается от обычного двигателя постоянного вращения, так как позволяет обеспечить поворот вала на строго определённый угол и удерживать его в этом положении.

Шаговые двигатели могут быть биполярными или униполярными.

Биполярный двигатель устроен так, что содержит только одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления движения должна переполюсовываться драйвером двигателя.

Подобными двигателями управляют с применением мостового или полумостового драйвера.

В общей сложности подобные двигатели имеет две обмотки и четыре выходных контакта для управления (вариант «а» на рисунке ниже):

Существует также вариант униполярного двигателя, который отличается от приведённого выше тем, что у него помимо наличия двух фаз от середины каждой фазы отведён отвод. Это даёт возможность управлять направлением движения двигателя простым переключением половинок обмотки, что существенно упрощает конструкцию драйвера двигателя, который в этом случае должен содержать только четыре ключа.

Для упрощения конструкции иногда в подобных двигателях она выполняется таким образом, что серединные обмотки объединяются внутри двигателя (вариант «б» на рисунке ниже):

В таком случае двигатель содержит пять выводов. Если средние выводы не объединены внутри двигателя и выведены отдельно, то в таком случае двигатель содержит шесть выводов.

Также подобного типа двигатель иногда может быть изготовлен таким образом, что все четыре обмотки выполняются отдельными — в таком случае двигатель будет содержать восемь выводов (вариант «в» на рисунке ниже):

В зависимости от типа соединения подобный двигатель может быть использован как в качестве униполярного, так и биполярного. Униполярный двигатель с двумя обмотками и серединными отводами также может быть использован и в качестве биполярного — в таком случае серединные отводы у него остаются неподключёнными.

Момент шагового двигателя зависит от величины магнитного поля, которое создают обмотки статора. Для увеличения магнитного поля существуют два пути: повышение силы тока или увеличение количества обмоток. В теории ограничителем при увеличении силы тока является достижение насыщения сердечника, однако это только в теории, так как в реальности обычно ограничителем выступает нагрев двигателя.

И здесь как раз наиболее полно и проявляются преимущества биполярных двигателей, так как благодаря своему устройству в них задействованы обе обмотки. В униполярном же двигателе в каждый момент времени используется только одна половина обмоток, а другая половина только занимает место.

Другими словами, при прочих равных условиях биполярный двигатель даёт возможность увеличить силу тока в два раза, так как его обмотки обладают в два раза меньшим сопротивлением, и в два раза лучше рассеивают тепло благодаря своей площади, что даёт выигрыш в моменте приблизительно на 40%, если сравнивать его с униполярным двигателем.

На практике обычно применяют униполярные двигатели, так как они требуют гораздо более простых систем управления.

▍ Сервопривод

Тем не менее, шаговые двигатели не являются панацеей и применяются в основном в бюджетных решениях. Так как существует иной способ механического привода, дороже и существенно производительнее: сервоприводы.

Сервопривод представляет комбинированное устройство, сочетающее в себе отрицательную обратную связь и электродвигатель. Благодаря наличию обратной связи возможно отслеживание угловых положений вала двигателя.

Таким образом, можно сказать, что сервопривод:

• обеспечивает точное позиционирование вала двигателя;
• оптимизирует работу электродвигателя, давая ему столько питания, сколько ему необходимо для выполнения конкретной работы. Благодаря чему увеличивается ресурс механических частей конструкции и экономится затрачиваемая энергия. Из-за этого КПД современных сервоприводов весьма высок (более 90%).

• большая мощность: может достигать даже 15 кВт, в то время как у шаговых двигателей редко превышает 1 кВт;
• большая скорость работы: скорость вращения сервоприводов может превышать и 10 000 оборотов в минуту, тогда как у пошаговых двигателей обычно находится в пределах до 1 000 оборотов, так как дальше может происходить падение момента и увеличивается вероятность ошибок;
• бесшумность работы: благодаря своему алгоритму;
• энергоэффективность: потребляемая мощность сервопривода зависит от нагрузки на валу, в то время как у шагового двигателя она постоянна, вне зависимости от нагрузки;
• наличие постоянной точной информации о положении вала двигателя, в то время как у шаговых двигателей возможно проскальзывание и накопление ошибок;
• высокая плавность хода: в шаговых же двигателях подобное достигается только применением особых методов контроля.

• гораздо меньшая цена, так как сам двигатель устроен существенно проще и ему требуется более простой драйвер;
• может работать на очень низких оборотах без уменьшения момента и не требует для этого применения редуктора;
• точность позиционирования превосходит сервоприводы благодаря своей конструкции;
• для остановки вала достаточно всего лишь убрать с него питающее напряжение, в то время как для сервопривода требуется тратить мощность на удержание вала либо использовать некий электромеханический способ торможения.

Так как в любительских конструкциях в подавляющем большинстве используются именно шаговые двигатели, дальше мы будем вести речь только о них.

▍ Драйвер двигателя

Для управления двигателем требуется специальная электронная плата, именуемая «драйвером».

Некоторые любители используют в своих конструкциях самодельные драйверы двигателя, однако для уменьшения трудозатрат автор статьи видит наиболее удобным использование покупного драйвера, подобрав его по поддерживаемому рабочему напряжению и максимальному току (взяв драйвер не впритык, а с некоторым запасом, например, в 30% по максимальному току).

Оптимальное напряжение для питания шагового двигателя (если оно не указано производителем) зависит от его индуктивности, значение которой можно взять из документации на двигатель:

Наиболее широко распространёнными драйверами двигателей, которые используются в DIY-проектах, которые приходилось видеть автору, являются следующие:

L9110 L9110S / HG7881CP

• максимальное напряжение на канал — в диапазоне от 2.5 до 12 В,
• максимальный рабочий ток — 0.8 A.

• максимальное напряжение на канал — до 25 В,
• максимальный рабочий ток — 0.6 A.

• максимальное напряжение на канал — в диапазоне от 5 до 35 В,
• максимальный рабочий ток — 2 А.

Возможно использовать и любые иные, однако приходилось видеть эти наиболее часто в использовании (здесь специально не упомянуты драйверы «с ножками», которые, например, вставляются в платы FDM 3D-принтеров, а приведены исключительно драйверы с разъёмами, к которым можно что-то подключить).

Контроллер

Отдельно рассматривать контроллер, как представляется, смысла нет, так как это очень сильно зависит от того, какие возможности есть у самодельщика, а также какие требования на него возлагаются. Тем не менее, можно только упомянуть, что с типичными задачами справляется даже простой микроконтроллер вроде Arduino Nano.

Способы кодирования для печати

Наиболее часто встречающимся способом (среди самодельных конструкций) кодирования информации для передачи её на исполнение устройству является её преобразование в так называемый G-код (весьма известная процедура для владельцев 3D-принтеров, которую там производит программа-слайсер).

Сразу стоит оговориться, что выделение способа управления через G-код в отдельную категорию принтеров весьма условно, т. к. теоретически все нижеприведённые принтеры могут его использовать (хотя для «попиксельного» способа печати, рассмотренного ниже, это не очень рационально, а для Polarograph, также рассмотренного ниже, не удалось выяснить этот момент).

G-код представляет собой особый язык программирования, появившийся ещё в начале 1960-х годов. Это последовательность команд, в которых содержатся инструкции машине на перемещение инструмента(ов) по определённым координатам, а также осуществление определённых операций с ним(и):

Более подробно об этом способе кодирования вы можете прочитать вот здесь.

А вот тут вы можете для интереса посмотреть список кодов, которые использует для своей работы известная прошивка 3D-принтеров Marlin.

Поэтому наиболее типичным способом использования G-кода в любительских конструкциях принтеров является следующий алгоритм:

• выбор требуемого изображения/ надписи/узора;
• преобразование его в G-код с использованием специального программного обеспечения;
• загрузка G-кода в микроконтроллер;
• выполнение задания микроконтроллером.

Как можно видеть, аппарат представляет собой всего лишь два шаговых двигателя с винтовыми приводами, которые отклоняют печатную головку по XY, которая представляет собой комплекс из письменной ручки и отклоняющего её сервопривода (служит для подъёма ручки, когда печать на данном участке не требуется).

Вкратце алгоритм работы с собранным устройством выглядит следующим образом:

• скачать и установить open-source графический редактор Inkscape;
• скачать и установить модуль для генерации G-кода из среды Inkscape;
• загрузить какую-либо картинку в Inkscape;
• экспортировать её в G-код;
• загрузить и установить среду разработки Processing;
• скачать написанный автором простой GUI под среду разработки Processing и запустить его изнутри этой среды;
• загрузить с помощью GUI из предыдущего этапа G-код на микроконтроллер;
• исполнить код с помощью микроконтроллера.

«Попиксельное» кодирование

Так как не всегда требуется печатать нечто сложное, и часто достаточно всего лишь скромных пиксельных текстов или изображений, существует и альтернативный подход к печати изображений, ярким представителем которого является достаточно интересный проект (о котором, впрочем, уже было на Хабре):

Устройство построено на базе автомобильного бачка стеклоомывателя с насосом, к которому подключены восемь автомобильных инжекторных форсунок, разбрызгивающих воду:

Автор принтера не стал отрисовывать собственные шрифты, вместо этого он воспользовался онлайн-генератором, в котором можно выбрать один из нескольких пиксельных шрифтов, после чего скачать его в виде кода ассемблерного типа.

Кстати сказать, если вы захотите построить подобное устройство, вы можете на странице проекта, которая была приведена выше, посмотреть исходный код устройства и, в частности, как подобный код шрифта загружается в скетч Arduino (устройство было построено именно на базе этого микроконтроллера). Шрифт хранится на SD-карте, с которой эта версия платы Arduino и читает информацию в процессе работы (ЗЫ: русского языка вроде как нет).

С технической точки зрения устройство достаточно несовершенное и не содержит даже приведения в соответствие скоростей двух колёс с отдельными двигателями в них (что, естественно, приводит к необходимости постоянного подруливания оператором, так как аппарат постоянно заносит «то туда, то сюда»). Кроме того, никаким образом не учитывается скорость движения аппарата (прямо просится доработка).

Тем не менее, работа аппарата выглядит достаточно впечатляюще. Сам автор описывает интересный эксперимент, который он проводил с этим устройством: заливал в него не просто воду, а воду с моющим средством, что приводило к повышенному очищению дороги на этих местах и надписи читались несколько месяцев!

В дальнейшем идея этого аппарата была развита ещё дальше установкой подобного устройства на велосипед:

Ближайшим известным промышленным аналогом подобного устройства являются ручные маркираторы:

Хотя если иметь в виду попиксельный способ нанесения (если его так можно назвать, хотя автор и понимает, что, наверное, это не совсем корректное название), то сюда же можно отнести и термотрансферные принтеры и прочее, прочее, прочее.

Печать каждого пикселя с учётом его яркости

Ещё более интересным проектом, который сочетает преимущества предыдущих двух подходов и позволяет печатать уже полноценные изображения, является проект с открытым программным обеспечением, так называемый Polargraph.

Когда автор статьи его только увидел, он сразу неуловимо стал напоминать ему что-то… И автор вспомнил, что аналогичный проект ему уже доводилось видеть в начале двухтысячных годов, и назывался он Hektor. Как позже выяснилось, разработчик Polargraph тоже вдохновлялся именно этим устройством 🙂

Hektor представлял собой в систему из двух шаговых двигателей, которые управляли «печатающей головкой», изменяя длину двух верёвок, на которых был подвешен аэрозольный баллон для граффити с сервоприводом для нажатия на кнопку пуска:

В отличие от первых попыток, которые делал Hektor, Polargraph уже является более совершенным устройством:

Что позволяет ему создавать достаточно сложные изображения, которые можно найти в его онлайн-альбоме на Flickr:

Хотя некоторые используют это программное обеспечение для создания аналогичных изображений, которые описывались выше, в разделе про G-код:

А также выкладывают подробное описание по сборке аналогичного устройства.

Кстати сказать, если кому интересно, приведённый в «шапке» статьи коллаж составлен из работ, выполненных на аналогичного типа принтере. Сам автор не раскрывает точное устройство, отделываясь фразами «в интернете много аналогичных мануалов». Но делится способом подготовки файла, который даёт такой же результат, как в начале статьи. Рекомендует гуглить по ключевым словам «TSP art» и «алгоритм voronoi-stippling» 😉

Внимательный читатель, прочитавший весь рассказ, наверняка отметил, что среди рассмотренных самодельных проектов как будто чего-то не хватает 😉 А именно: нет полноценного цветного принтера (например, струйного), печатающего по цветовой модели CMYK! Хотя учитывая наличие в продаже высокоскоростных форсунок (например, легко можно взять инжекторные от автомобиля), подобное устройство не является чем-то заоблачным, но, тем не менее, автору его не удалось найти…

Учитывая, что подобные устройства продаются на известном китайском сайте и стоят достаточно приличных денег (сейчас речь исключительно о широкоформатных настенных принтерах), то сборка самодельного устройства подобного типа является весьма интересной. Как с точки зрения хобби, которое может помочь в оформлении как собственного помещения, так и в оформлении помещений на заказ и для создания на продажу подобного аппарата. Кроме того, сборка подобного устройства является интересным инженерным вызовом, требующим от создателя сочетания множества навыков: от программирования до обработки материалов и сборки.

Кроме того, нужно отметить, что рассказ о сервоприводах выше был не просто так. Автору в своё время пришлось иметь дело с японскими режущими плоттерами, приводимыми в движение скоростными сервоприводами. Несмотря на то, что в них не использовались шаговые двигатели, система работала очень точно, быстро, с минимальным уровнем шума (если сравнивать с шаговыми приводами).

Как показал анализ большинства самодельных проектов, подавляющее большинство из них используют для приведения в движение именно шаговые двигатели, хотя использование сервоприводов дало бы новые преимущества в производительности. Так что здесь видится интересный вариант для кардинального улучшения подобных самодельных систем в целом.

Завершая рассказ, хочется сказать, что сборка любого принтера достаточно увлекательное занятие и, наверняка, осмелившегося ждёт множество интересных минут.

Как сделать трехмерный 3D принтер своими руками – чертежи для сборки самодельного устройства в домашних условиях

Итак, самодельный 3D-принтер, который мы с вами будем собирать, достаточно прост в изготовлении, портативен и дешев. Создание 3D-принтера по чертежам само по себе может оказаться для некоторых тяжелой задачей. Но, на самом деле, собрать его не так уж и сложно, правда работа занимает много времени. Желательно, чтобы у вас были базовые понимания принципов работы 3D-принтера.

В данном руководстве представлено полное описание (с фото- и видеоматериалами высокой четкости) того, как построить 3D принтер своими руками с нуля, а также описание программной части устройства. В общем, если вы сможете разобраться во всех шагах инструкции, то легко создадите этот принтер и сможете самостоятельно печатать свои собственные модели.

Домашний 3D принтер будет работать по технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM). Эта технология подразумевает создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. В качестве материалов для печати выступают термопластики.

Прежде, чем приступать к изготовлению принтера, ознакомьтесь со статьей до конца. Последний шаг этой статьи – очень важен, не пропустите его.

Данную статью можно разделить на четыре основные части:

1. Сборка устройства.
2. Загрузка и установка программного обеспечения.
3. Тестирование и настройка трехмерного принтера.
4. Печать.

Шаг 1: Собираем устройство

Детали для изготовления устройства легко доступны на Ebey и других веб-сайтах. Ниже приводится список необходимых деталей и рекомендуемых инструментов.

• Экструдер в сборе с соплом 0,4 мм – 1 шт.
• Шаговый двигатель – 4 шт.
• Шкив для ремня – 2 шт.
• Ремень для шкива – 4 шт.
• Направляющая для мебельного ящика – 6 шт.
• Удлиненная гайка – 2 шт.
• Длинная шпилька – 2 шт.
• Контроллер Arduino Mega – 1 шт.
• Шилд-надстройка RAMPS 1.4 – 1 шт.
• Драйвер двигателя A4988 – 5 шт.
• Термистор 100 кОм – 2 шт.
• Тумблер – 1 шт.
• Блок питания от старого компьютера – 1 шт.
• Светодиод – 2 шт.
• Лист МДФ – 1 шт.
• Маленькие гвозди, гайки и болты
• Концевой выключатель – 3 шт.
• Платформа с подогревом – 1 шт.
• Полиимидная лента (термоскотч)
• Экран и переключатель, совместимые с RAMPS 1.4 (опционально).

• Ножовка по металлу.
• Пила по дереву.
• Дрель и сверла.
• Молоток.
• Клей.
• Плоскогубцы.
• Отвертки.
• Уровень.
• Длинная стальная линейка.
• Рулетка.
• Маркер.
• Наждачная бумага.
• Угольники.

Шаг 2: Изготовление оси Y (монтаж платформы с подогревом)

Платформа с подогревом является осью Y для принтера. Она монтируется на основании. Полный процесс резки и сборки приведен на фотографиях.

Шаг 3: Монтаж механизма перемещения оси Y

Механизм оси Y состоит из двигателя в сборе. Сборку производите в соответствии с фотографиями.

Шаг 4: Изготовление крепежа двигателя оси Z

Крепежное устройство двигателя служит для фиксации двигателя оси Z. Изготовить крепеж не так уж и сложно. Весь процесс изготовления показан на фото.

Шаг 5: Изготовление оси Z

Рама оси Z используется в качестве базовой и добавляет прочности принтеру. Размеры рамы не критичны и выбираются с учетом необходимого пространства для перемещения экструдера.

Шаг 6: Изготовление оси X

Ось X удерживает экструдер, а узел оси X скользит по узлу оси Z. Узел оси X ввинчивается в направляющую оси Z и перемещает ее вверх и вниз. Конструкция собирается по фото-инструкции.

Узел оси X скользит в направлении оси Z за счет винтовых шпилек. Эти шпильки ввинчены в неподвижные гайки, которые зафиксированы в узле оси X. Таким образом, когда шпилька при помощи двигателя вращается, ось X смещается вверх или вниз.

Монтаж гайки также показан на фотографиях.

Механизм экструдера устанавливается на ось X. Монтаж экструдера представлен на фотографиях.

Шаг 7: Установка электроники и проводки

Подключение и монтаж электронной начинки принтера является важной частью сборки, она должна быть скрытой (недоступной), аккуратной и иметь доступ для подключения.

Места расположений шилда RAMPS, контроллера Arduino, драйвера двигателя и разъема питания показаны на фотографиях.

Для обеспечения мобильности принтера, в верхней части предусматривается ручка для переноски.

Блок питания располагается в нижней части принтера. Красный провод блока является питанием +5В, желтый +12В, черный провод – земля. Чтобы включить блок питания, нужно замкнуть между собой зеленый и черный провода. Поэтому устанавливаем тумблер между этими двумя проводами для включения и выключения блока питания.

Руководство по электромонтажу представлено на фотографиях.

Шаг 8: Проводим предварительное испытание устройства

Предварительное испытание заключается в проверке работоспособности узлов и выполнении движений. Скетч для Arduino прилагается в конце этого шага. Загрузите его в контроллер Arduino и протестируйте через последовательный монитор. Код в скетче не сложен, и его можно менять на ваше усмотрение.

Шаг 9: Загрузка и установка программного обеспечения

Для правильной работы принтера, в части программного обеспечения, потребуются 3 вещи:

1. Прошивка для Arduino.
2. Интерфейс для принтера.
3. Инструмент для преобразования трехмерных объектов в G-code.

Вам потребуется модель объекта (файл с расширением .stl). Можете, либо спроектировать деталь сами, либо использовать уже готовый файл. Сервис «Thingiverse» предоставляет для скачивания множество 3D-моделей в виде файлов *.stl и является очень полезным сервисом для обладателей 3D-принтеров.

Следующим шагом будет преобразование файла *.stl в G-код, который представляет из себя инструкции для 3D-принтера. Для этого вам потребуется специальное программное обеспечение. Существует множество различных программ для преобразования, такие как: «Slicer», «Cura» и др. Программа «Cura» предпочтительнее, т. к. она проста в обращении.

После генерации G-кода, нужно отправить его на принтер. Хотя «Cura» поддерживает плагины для этого, лучше использовать другую программу управления 3D-принтером, например, «Repetier-Host», «Pronterface» и др. Следующее, что вам потребуется, это прошивка для Arduino, которая интерпретирует G-код и выполняет его. Для этого используем прошивку «Marlin».

Итак, что вам потребуется:

1. Программа «Cura» (для нарезки).
2. Программа «Pronterface» (для интерфейса).
3. Прошивка «Marlin» (для Arduino).

Шаг 10: Настройка прошивки «Marlin»

Прошивка «Marlin» – это код для Arduino. На самом деле этот код состоит из набора текстовых файлов. Не стоит сейчас глубоко вдаваться во все тонкости программирования, просто измените код, как описано ниже. Более точная подгонка кода будет описана позже.

Замена материнской платы

Откройте файл «Configuration.h» и измените код следующим образом:

#ifndef MOTHERBOARD
#define MOTHERBOARD BOARD_RAMPS_13_EFB
#endif

Изменение настроек температуры

В файле «Configuration.h» измените код:

#define TEMP_SENSOR_0 5
#define TEMP_SENSOR_1 0
#define TEMP_SENSOR_2 0
#define TEMP_SENSOR_BED 5

«Изменение DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT сделаем позже».

Теперь загрузите «marlin.ino» в Arduino через Arduino IDE.

Шаг 11: Настройка программы «Pronterface»

Настроить программу «Pronterface» достаточно просто.

Подключите принтер и запустите программу. Установите в программе скорость передачи данных, указанную в коде прошивки (#define BAUDRATE 250000). Если все сделаете правильно, то увидите, что принтер подключился к программе «Prontrface».

Для того, чтобы проверить, все ли работает проведем следующее:

1. Испытание экструдера. Установите «тепло» (heat) на 250 градусов. Если график начнет расти, то ошибки нет.
2. Испытание платформы с подогревом. Установите «платформа» (bed) на 70 градусов. Если график растет, то ошибки нет.
3. Проверку осей X, Y и Z. Понажимайте стрелки с соответствующими осями, чтобы каждая из них подвигалась.

Если все работает, переходите к регулировке.

Шаг 12: Тестирование и настройка

Тестирование и настройка – не самый сложный, но достаточно важный шаг, т.к. он будет определять качество будущей печати.

Регулировка оси Х

Чтобы настроить правильный масштаб, сделайте следующее. С помощью программы «Pronterface» запаркуйте ось X в начальную позицию. Сделайте метку на оси X в том месте, где находится экструдер. Теперь нажмите кнопку, чтобы переместить ось X на 100 мм. Измерьте расстояние, на которое переместился экструдер. Если оно равно 100 мм, то все в порядке. В противном случае откройте файл «Configuration.h» и найдите значения параметра DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT. Они могут быть примерно такими:

Здесь в фигурных скобках указываются значения (через запятую) для осей X, Y, Z и экструдера соответственно. Разделите значение из кода на фактическое расстояние, на которое переместился экструдер в мм, затем умножьте на 100. Замените старое значение в коде на полученное новое.

Формула

Нов.знач. = (Стар.знач. / Расстоян.перемещ.в мм) * 100

Есть и другие способы калибровки движения осей, но описанный выше наименее трудоемкий, достаточно быстрый и точный.

Проделайте все те же операции для других осей и экструдера, и тогда вы сможете перейти к печати своей первой модели.

Шаг 13: Печать вашей мечты

В качестве пробной детали напечатаем калибровочный блок (файл прилагается). Откройте файл *.stl в программе «Cura». Перетащите объект в нужное место.

1. Установите диаметр нити 1,75 мм.
2. Установите размер сопла 0,4 мм. Все остальные настройки оставьте по умолчанию. В случае необходимости, можете изменить и их.
3. Теперь сгенерируйте код командой File  Save G code (Файл  Сохранить G-код).
4. Подключите принтер и запустите программу «Pronterface».
5. Откройте файл G-кода в «Pronterface».
6. Перед печатью проверьте, чтобы все оси были запаркованы в начальные позиции.
7. Нажмите Print (Печать) и наслаждайтесь лицезрением процесса.

Не расстраивайтесь, если первая модель будет распечатана не так как надо. Как говорится, первый блин – комом. Прежде, чем детали начнут правильно получаться, нужно выполнить множество настроек.

Шаг 14: Важные советы

Прежде чем приступить к печати, запомните несколько важных советов и следуйте им.

• Убедитесь, что платформа установлена достаточно ровно.
• Убедитесь, что когда ось Z находится в начальной позиции, зазор между платформой и соплом соответствует толщине стандартного листа бумаги.
• Для лучшей адгезии подложите полиимидную ленту на поверхность печати.
• Установите конечные выключатели, которые отключат питание принтера, если что-то пойдет не так.
• Держите поверхность печати в чистоте.
• Сделайте качественную, достаточной длины электропроводку и электрические соединения, чтобы при движении экструдера не случилось замыкания или обрыва цепи.
• Не прикасайтесь к принтеру или его деталям во время печати.
• Избегайте возможности короткого замыкания.
• Пользуйтесь средствами индивидуальной защиты при работе с электроинструментом, молотком, ножовкой и др.
• Обеспечьте охлаждение блока питания и драйверов двигателя с помощью вентиляторов.
• Следите за возможными неисправностями или сбоями, которые могут возникнуть во время первой печати.
• Рекомендуется наблюдать за работой механизмов в процессе печати.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

3D принтер на рельсах своими руками: описания и кейсы

Выбор типа направляющих — один из принципиальных вопросов при самостоятельном изготовлении 3D принтера. Пары в кинематике принтера, такие как круглый линейный вал с подшипником и рельсовая направляющая с кареткой, имеют свои достоинства и недостатки. Так, схемы на круглых валах более распространены, из-за относительной простоты и дешевизны такого решения, но рельсовые направляющие обеспечивают заметно меньший прогиб, более точны, а значит способны обеспечивать заметно более высокую точность позиционирования, что особенно важно для 3D-печати.

В этом материале мы собрали несколько актуальных решений для использования рельсовых направляющих при строительстве 3d принтера своими руками.

3D-принтер с большой областью печати

Преимущества рельсовых направляющих наиболее заметны в по-настоящему больших принтерах, в которых перемещение по осям осуществляется на значительные расстояния. Возможность закрепить рельс по всей его длине (а не только в подвесах по крайним точкам) позволяет не потерять в точности позиционирования при больших областях печати.

Неплохой пример самодельного принтера на рельсах с большой областью печати — принтер BA3DP созданный Бобом Дарроу (Bob Darrow) и доступном на OpenBuild. Его работа не слишком хорошо документирована, но автор может предоставить свои чертежи 3d printer-а по запросу. Подробные чертежи 3d принтера для сборки своими руками выкладывает не так много самодельщиков. Тем не менее, его работа определенно заслуживает внимания, ведь благодаря использованию рельсовых направляющих и обеспечению дополнительной прочности рамы, ему удалось обеспечить высокую точность печати даже очень больших моделей.

Вот что пишет сам автор о своем 3D принтере:

Для точной 3D-печати главным требованием является жесткость рамы. Если она скручивается, изгибается или перемещается при изменении веса, приложенного к оси X с установленным экструдером, то вам никогда не удасться добиться должного уровня печати. Для укрепления рамы были разработаны специальные крепежные элементы (на фото — оранжевые), форма которых идеально совместима с используемым профилем.

В качестве рабочего стола использован лист закаленного стекла. Его конструкция первоначально включала дополнительный стальной лист, который использовался для точного позиционирования по вертикали с помощью датчика приближения и концевого выключателя, но оказалось, что проще проводить юстировку по девяти точкам с помощью только выключателей и вносить правки в настройки ПО. Также, в одном из первоначальных вариантов конструкции вместо стола была использована толстая плита из алюминия (1,4 дюйма), но ее вес оказался слишком большим для шагового двигателя и приводил к пропуску шагов.

Хотэнд этого 3d принтера на рельсах, построенного своими руками также заслуживает отдельного внимания. Он работает сразу с двумя филаментами, которые подаются двумя отдельными приводами, закрепленными на раме. Головка же перемещается по рельсовой направляющей, которая обеспечивает практически полное отсутствие прогибов.

Видео сборки аналогичного по размерам 3D принтера на рельсах с большой областью печати

И еще больше

В больших проектах, где используются большие экструдеры на длинных осях не обойтись без использования рельсовых направляющих. В следующем проекте автор строит 3D-принтер с рабочим пространством общим объемом в один кубический метр и планирует использовать гранулированный пластик и пеллетный экструдер) для печати.

Проект Питера Стонехема (Peter Stoneham) Double H-Bot на основе Openbuilds 2040 v-slot пока еще не завершен, но уже содержит ряд моделей, которые можно использовать для постройки своей версии 3d принтера своими руками.

По словам автора, целью проекта является создание простого, относительно доступного (ценой менее $1000) и относительно компактного 3D-принтера с рабочим объемом 1 м3. В качестве исходного сырья планируется использовать гранулированный пластик в смеси с измельченной пластмассой, пригодной для вторичной переработки.

Основная конфигурация H-belt? но в отличие от подобных конструкций, на каждой оси будет работать сразу два двигателя — это поможет снизить вероятность вибраций на основной балке, позволит уменьшить длину приводных ремней и уменьшить размер используемых двигателей ( до NEMA17). Кроме того, такое расположение позволяет снизить скручивающие нагрузки,, действующие на раму. используемое решение оптимально подходит для больших принтеров, ведь длина ремней составляет более 7,2 м.

Предполагается возможность использовать сопла разного диаметра от 0,8 до 2,5 мм. Что же касается профилей, то после долгих экспериментов и расчетов было решено остановиться на профиле 2040 для всех элементов конструкции.

Перемещения по оси Z также осуществляются через ременный привод двумя шаговыми двигателями с планетарными редукторами. Общие внешние размеры — X=1200мм Y=1300 Z=1380, а полезный внутренний объем; x=1000 мм y=1050 z=1100

Видео аналогичного по размерам принтера в процессе работы:

Delta на рельсах

Delta-компоновка имеет свои преимущества, позволяя печатать высокие модели, при этом сам принтер остается достаточно компактным. Использование рельсовых направляющих позволяет обеспечить необходимую плавность и равномерность движения по осям, к наличию которой особенно чувствительны устройства с подобной компоновкой.

Автор этого проекта Геральд Клейн (Gerald Klein) построил 3d принтер на рельсах своими руками высотой 1 метр и диаметром основания рабочей поверхности 30 см.

В основе конструкции три метровых отрезка линейных рельсовых направляющих C-Beam. Перемещение печатающей головки осуществляется через ременный привод от трех шаговых двигателей. Основа рабочего стола и верхней части принтера — алюминиевые пластины толщиной полдюйма. Автор особенно подчеркивает, что при такой компоновке особенно важна их идеальная плоскость. В предложенном им варианте пластина получена водной резкой.

Чтобы построить такой 3d принтер своими руками нужны чертежи, которые вы сможете найти по этой ссылке. Кроме того, там же размещена информация об использованных в проекте деталях.

Double D-Bot на рельсах

Рельсовые направляющие разумно использовать только там, где они обеспечат высокую точность. Иными словами перемещение стола вверх и вниз можно организовать с помощью винтовых направляющих, используя рельсы только на X и Y осях.

Проект именно такого 3D принтера (название автора — Double D-Bot 400mm x 400mm x 600mm) создан на openbuilds пользователем Troy Proffitt. На момент написания статьи он еще не завершен, но по имеющимся фотографиям уже можно получить представление о том, как будут использоваться рельсовые и винтовые направляющие.

Рельсы Vslot вместе с C-Beam

В этом проекте 3D-принтера использованы два типа рельсовых направляющих. Vslot обеспечивает перемещение только для оси X, а две других работают на C-Beam. Автор проекта — mytechno3d.

Помимо вариаций с использованием рельсовых направляющих, этот проект отличает наличие водяного охлаждения для хотэнда, а значит на нем можно печататть высокотемпературными пластиками, например — нейлоном.. В описании автор приводит только спецификацию проекта и несколько чертежей деталей, которые были разработаны чтобы сделать этот 3d принтер своими руками.

Вот краткие характеристики:

• Питание: 24V
• Плата управления: Smoothieboard
• Водоохлаждаемый экструдер : Duyzend
• Рабочая поверхность: Боросиликат 400×380 или алюминиевая пластина
• Подогрев: 24 V
• Оси Z и Y: C-BEAM
• Ось X : 2040 рельсовая направляющая Vslot
• Охлаждение: старая система охлаждения воды для ПК Thermaltake

Вот видео работы этого принтера:

D-Bot Core-XY на рельсах

Вариант постройки с 3D принтера своими руками, предложенный пользователем spauda01 сервиса Thingiverse, подразумевает использование рельсовых направляющих на всех осях, кроме подъема стола: для него используются винтовые. Но поскольку в вертикальном направлении колебания не столь велики, решение вполне имеет право на существование.

Для этого 3d принтера своими руками доступны чертежи, спецификации и даже видео с процессом сборки и настройки. Сам проект представляет собой значительно измененный Core-XY C-Bot с несколько увеличенным в высоту доступным объемом печати (300мм x 200мм x 325мм) и использованием более простых и доступных версий комплектующих. В результате итоговая стоимость проекта оценивается автором примерно в $200, что очень даже неплохо для 3D принтера на рельсовых направляющих.

Ниже вы можете увидеть процесс постройки принтера и печати на нем.

Полный плейлист видео постройки принтера можно смотреть здесь.

Плейлист процесса печати демо-моделей здесь.

Модификация принтера на круглых валах

Готовые принтеры на круглых валах заметно дешевле, чем их аналоги на рельсовых направляющих, но далеко не всегда покупатели более дешевых устройств оказываются удовлетворены результатом печати. Что же, практически всегда есть альтернатива: можно модернизировать свой принтер. Один из вариантов предлагает пользователь Thingiverse с ником Blv. В его распоряжении был принтер Anet A8 (решение актуально и для AM8, а также клонов Prusa I3).

В пояснении к проекту Blv говорит о преимуществах чуть более дорогих, но обеспечивают значительно более высокую точность линейных рельсовых направляющих. Кроме того, их использование позволяет несколько расширить область печати для принтера и получать заметно более высокие результаты на большой скорости печати. .Автор предлагает заменить на рельсы привод стола и ось Y, снабдив весь процесс подробнейшими инструкциями,спецификациями и CAD-моделями необходимых деталей, которые вполне можно распечатать на принтере до его модификации. Вам останется только следовать инструкции, чтобы получить более совершенную и качественную версию бюджетного 3D принтера.

Voron: Сборка 3D принтера по инструкции

Скажем сразу — этот 3d принтер относительно дорог, но представляет собой одно из лучших решений — максимально качественное и надежное. Проект Voron разрабатывался и оттачивался несколько лет. В результате, обзавелся огромным сообществом и массой реализаций, кроме того у этого принтера есть собственный сайт http://vorondesign.com/ . На сегодняшний день есть сразу две версии — начальный Voron1 и более продвинутый Voron2 (актуальная реализация — 2.1).

Но самое главное — пользователям доступен конфигуратор. Нужно просто выбрать тип профиля, линейные размеры и получить полностью актуальную спецификацию деталей — до последнего винтика. Также, на сайте представлена подробнейшая инструкция по сборке (каждый этап максимально визуализирован), поэтому собрать 3d принтер Voron не сложнее, чем кухонный шкаф. Если хотите больше подробностей, то подробную спецификацию с вариантами замен можно найти здесь.

Для тех, кто предпочитает идти до конца и сделать 3d принтер полностью своими руками, а не из покупных деталей, на сайте есть раздел, посвященный экструдеру. Там можно найти чертежи и подробную инструкцию по сборке собственной версии хотэнда.

Как собрать 3D-принтер. Пошаговая инструкция

Все мы любим создавать что-то своими руками. Будь то скульптура, картина или какой-то механизм — желание творить есть почти у каждого человека.

По этой причине вы решили собрать 3D-принтер своими руками или просто ради интереса читаете эту статью — неважно. Вы пришли куда надо, потому что здесь мы поэтапно разберемся, как создать 3D-принтер самостоятельно.

Крайне маловероятно, что вы читаете эту статью, не зная ничего о 3D-принтерах, однако если всё же вы не знаток в этой области, рекомендуем ознакомиться с другим нашим материалом. Вот в этой статье мы подробно рассказали, как работает 3D-принтер и рассмотрели его устройство:

Два пути сборки 3D-принтера своими руками. Плюсы и минусы самостоятельной сборки

Пожалуй, стоит начать с того, что самодельный принтер — это де-факто тот же самый 3D-принтер, что можно приобрести в готовом виде. Само по себе устройство и принцип работы абсолютно идентичны, поэтому единственное, что может их различать — индивидуальность сборки самодельного принтера и отличие конкретных комплектующих.

Есть два пути сборки 3D-принтера своими руками:

С использованием укомплектованного набора для сборки

Полностью самостоятельная сборка — усложненный вариант без инструкции и с большей ответственностью

Стоит понимать, что при одинаковом процессе сборки и полученном опыте в первом случае вы почти стопроцентно и без потери нервов на выходе получите работоспособный и приличный принтер.

В это же время при полностью самостоятельной сборке вся ответственность за возможные ошибки при выборе деталей , проектировке и не только, будет оставаться на вас. При этом само время создания увеличится в несколько раз за счет того, что в готовом наборе уже предусмотрено — например, диск с подготовленной электронной базой для принтера и полностью описанным процессом сборки. Впрочем, подробнее об этом поговорим чуть ниже.

Теперь перейдём ближе к теме и посмотрим, какие конкретно плюсы и минусы есть у самодельного принтера.

Плюсы

Более низкая стоимость в сравнении с готовыми вариантами

Цены на 3D-принтеры начинаются с 12 тыс. рублей, и в первых рядах наиболее выгодных позиций стоят именно наборы для сборки.

Кстати, ознакомиться с такими комплектами на нашем сайте можно здесь: Наборы для сборки

Производитель

Creality

Производитель

Anycubic

Производитель

Creality

Производитель

Creality

Стоит понимать, что речь идёт о полностью укомплектованных наборах. Конечно, при самостоятельном поиске комплектующих можно даже уложиться в бюджет до 10 тыс. рублей, однако насколько это будет оправдано — большой вопрос. Посудите сами: оптовые цены на детали для массового производства в любом случае ниже розничных экземпляров, поэтому основная накрутка денег происходит за сборку 3D-принтера. В готовых наборах эта накрутка будет минимальна по понятным причинам, а вот при экономии средств велик шанс покупки либо неподходящих компонентов, либо вовсе негодных для сборки.

Возможность кастомизации

При самостоятельной сборке 3D-принтера вы вправе выбирать, какие комплектующие и с какими характеристиками вам больше нравятся: стол для печати с подогревом или без, размер области печати, материалы каркаса и его конструкция, один экструдер или несколько и т.д. Естественно, заменить комплектующие можно и в готовом принтере, однако не всегда выйдет сделать это из-за конструкционных особенностей того или иного принтера.

Ценный опыт и знания

Не секрет, что информация, подкрепленная собственным опытом, самая ценная и запоминающаяся. Здесь это применимо: пожалуй, лучшего способа узнать устройство 3D-принтера, чем при его поэтапной сборке своими руками, не придумаешь.

Теперь перейдём к минусам.

Минусы

Процесс сборки

Да, никто и не говорит, что сборка 3D-принтера своими руками займет часик-другой. Вот только тут рассмотрение минуса кардинально разнится в зависимости от выбранного вами пути сборки: если вы выбрали набор, то особых трудностей возникнуть не может. Все детали заранее укомплектованы и подогнаны друг под друга, а сам комплект неизменно входит инструкция по сборке и прилагается электронный носитель для прошивки принтера. Прямо-таки прокаченный конструктор!

А вот при полностью самостоятельной сборке всё не так однозначно. Да, при ответственном подходе к делу можно свести все проблемы на минимум, однако сам процесс в любом случае будет длиться намного дольше в сравнении с первым вариантом за счет очевидных факторов: поиск и приобретение деталей, сбор информации, выбор схемы и прошивки принтера, подгонка деталей и т.д.. Ну а с возможными ошибками придется разбираться только вам. Естественно, в этом случае можно получить чуть больше информации и опыта в сравнении со сборкой готового набора, однако велик шанс вообще все испортить. Поэтому без опыта работы с 3D-принтерами и/или если вы не уверены в свои силах, полностью самостоятельную сборку выбирать вовсе не стоит.

Теперь вернемся к сути минуса. Возможно, придётся просидеть не один вечер за деталями, чтобы качественно и без косяков собрать рабочий 3D-принтер самому. С другой стороны, если человеку некогда этим заниматься, он бы изначально не рассматривал вариант со сборкой 3D-принтера своими руками. Поэтому если вы из тех, кто не боится этого дела — вам можно только позавидовать, ведь этот процесс уж точно подарит непередаваемые ощущения и опыт. А как потом будет приятно наблюдать за работой собственноручно собранного устройства!

Настройка принтера

Очевидная дополнительная работа, вытекающая из факта сборки принтера своими руками. Однако тут опять происходит расхождение: при сборке набора все детали заранее подогнаны друг под друга, что нельзя сказать про самодельный вариант. Поэтому и калибровка во втором случае будет сложнее.

Выбор прототипа 3D-принтера для сборки своими руками

Кинематика

Наиболее распространены в использовании филаментные и фотополимерные принтеры, однако в подавляющем большинстве случаев для сборки принтера своими руками выбираются FDM-принтеры, использующие в печати расплавленный пластик (филамент). Поэтому и рассматривать для сборки будем именно FDM-принтер.

Вкратце, суть данной технологии следующая: с помощью подвижных элементов конструкции происходит перемещение экструдера (и, возможно, стола для печати) по рабочей области в соответствии с заданным на электронном носителе образцом печати, при этом в экструдере происходит нагрев и выталкивание через сопло расплавленной пластиковой нити (филамента) на стол для печати, за счёт чего и происходит послойное создание модели.

Теперь по конструкции. По большему счету все принтеры различаются за счёт кинематики движения. Это может быть кинематика H-bot, CoreXY, Delta, конструкции с подвижным столом (Prusa, Felix, Cube) и др. Однако наиболее распространенной, в частности, для самостоятельной сборки, является кинематика 3D-принтера типа Mendel. Ее мы и рассмотрим.

Суть данной конструкции в следующем: по оси Y с помощью зубчатых ремней и шаговых моторов перемещается стол для печати. По оси Z с помощью винтовых направляющих перемещается рама, внутри которой находится механизм перемещения экструдера по оси X и, собственно, сам экструдер. Таким образом, слаженная работа всех вышеперечисленных узлов и приводит в действие процесс печати (изображение ниже для наглядности).

Принтер на фото: Anycubic Mega-S

Для самостоятельной сборки можно выбрать в качестве прототипа принтеры типа Mendel или Prusa, информации по которым вполне достаточно в различных источниках в Интернете.

Принтер типа Mendel

Электронная база принтера

На данный момент есть множество разнообразных способов снабдить принтер электронными “мозгами”, однако наиболее распространённый вариант это использовать плату Arduino (в частности, Arduino Mega 2560), установленную на специальный “шилд” (что-то вроде материнской платы, только для 3D-принтера) вкупе с драйверами мотором и др.

Arduino Mega 2560

Для прошивки понадобятся среды Arduino IDE и Marlin (последняя и является по сути конституцией принтера, задающей правила его работы). Для дальнейшей настройки удобно использовать программу Pronterface (о ней поговорим ближе к концу статьи).

При приобретении готового набора этапы прошивки также придется пройти, однако в этом случае все сопровождается инструкцией и все нужные файлы прилагаются к комплекту, так что ничего искать в сети не придётся.

Итак, предположим, вы выбрали мастер-модель и определились с прошивкой. Теперь перейдем к конструкции принтера.

Детали самодельного 3D-принтера. Приобретение запчастей для сборки принтера своими руками

Для знакомства с устройством 3D-принтера рассматриваются самые видные и понятные по функционалу узлы. В случае со сборкой принтера своими руками более правильно будет распределить элементы конструкции по группам схожести. В частности, такими комплектами эти составляющие зачастую и продаются, так что де-факто это список для покупок.

Однако даже при выборе готового комплекта не будет лишним прочесть этот пункт для общего развития в теме. Итак, приступим:

Корпус (рама, каркас)

При сборке самодельных принтеров в основном ограничиваются открытым корпусом. Поэтому основой для конструкции послужит рама. Ее можно собрать из металлических шпилек, металлопрофиля или просто вырезать из фанеры или листового металла на ЧПУ-станке или даже просто лобзиком (вспоминаем уроки труда в школе).

Пример самодельного корпуса для 3D-принтера

А вот и пример рамы из фанеры

Универсальный элемент конструкции 3D-принтера, шпильки — стальные прутья с нарезанной резьбой. Из шпилек может составляться основание принтера, на них крепятся ремни для перемещения печатного стола, а также шпильки используются как направляющие для перемещения экструдера по оси Z.

Вкупе с гайками они удобны для точной сборки конструкции 3D-принтера и легки в настройке, а их доступность и дешевизна не оставляют шансов остаться невостребованными для сборки 3D-принтера своими руками.

Приобрести шпильки можно практически в любом строительном магазине или рынке.

Рама принтера, собранная целиком из шпилек

Как видно на иллюстрации выше, шпильки скрепляются разнообразными по форме узлами крепления. Зачастую эти узлы и печатают на 3D-принтере, поэтому приобрести их на тематическом ресурсе также не проблема. Однако в зависимости от выбранных материалов и конструкции корпуса можно обойтись и более подручными средствами, например, металлическими уголками, той же фанерой и, в некоторых случаях, даже простыми пластиковыми стяжками.