Содержание статьи
Содержание

Главная / Проекты с Arduino / 3D принтер RepRap Prusa Mendel

3D принтер RepRap Prusa Mendel

Домашние 3D принтеры - это действительно нечто. Буквально в 2006 году таких принтеров вообще не существовало, а к 2011 году их уже насчитывалось около десятков тысяч. Уверены, на сегодняшний день тысячи людей хотят начать разработку своего собственного 3D принтера.

В этой статье мы рассмотрим 3D принтер RepRap. Основная прелесть этого проекта - open-source. То есть вся необходимая информация, включая конструктивные особенности доступны для всех. Поверьте, разработка 3D принтера - это действительно достойный вызов. Могут пройти месяцы от начала этого проекта и до того момента, пока вы напечатаете вашу первую деталь.

Разработка 3d принтера потребует огромных усилий. Но! Не забывайте, что вы не первый. И интернет полон замечательных форумов и статей, в которых вы найдете ответы на многие ваши вопросы.

Эта статья не претендует на то, чтобы заменить инструкцию по сборке. Скорее это материал, который поможет вам перед началом сборки или (возможно) разработки собственного 3D принтера.

На рисунке ниже показан полностью собранный в домашних условиях, рабочий 3D принтер. Модель насит название RepRap Prusa Mendel и разработку именно подобного мы рассмотрим в этой статье. В принципе, вы можете купить этот принтер в виде набора готовых узлов. Но собрать подобное чудо можно и самому. В результате его стоимость уменьшится раза в 2 минимум.

Собранный 3D принтер

Как работает 3D принтер?

3D принтеры работают следующим образом: деталь формируется с помощью постепенного, слой за слоем, добавления пластичного материала. 3D принтер имеет основане (раму) и три оси: Х (перемещение влево-вправо), Y (перемещение вперед-назад) и ось Z (перемещение вверх-вниз). Экструдер, через который подается расплавленный пластик, располагается на оси X. Самая нижняя часть экструдера называется сопло. Ее диаметр меньше 1 мм. Для печати в 3D принтере предусмотрены три линейные координаты, упраление которыми реализуется с помощью платы Arduino.

Как привило 3D принтеры управляются от персонального компьютера с помощью специального программного обеспечения. В это программное обеспечение загружается твердотельная модель будущего изделия (так называемые STL файлы), которые преобразовываются в G-код. Сформированный G-код подается на плату управлени через USB-кабель и формирует будущую траекторию рабочего органа с соплом. После отработки этого G-кода ваша твердотельная модель с персонального компьютера должна воплотиться в реальность и напечататься. В качестве альтернативы тот же софт может конвертировать вашу модель в G-код и сохранить его на SD-карте. Если ваша электорнная начинка 3D принтера имеет возможность считывания с D-карты, вы сможете печатать даже без подключения к персональному компьютеру.

Ниже приведено виде работающего 3D Принтера, который мы с вами и будем рассматривать. Хорошее вступительное видео, правда, на английском языке.

Основные узлы 3D принтера

Основание (рама) 3D принтера

Рама 3D принтера

Рама обеспечиавет жесткость 3D принтера. На раму добавятся три оси. Рама состоит из труб, которые соединены между собой с помощью дополнительных напечатанных деталей.

Основаня особенность RepRap модели: это принтер, который может печатать собственные узлы.

Принтеры RepRap разработаны таким образом, что они могут напечатать узлы собственной конструкции. Как только у вас появится рабочий 3D принтер, вы сможете напечатать детали для нового принтера или дополнительные узлы для модернизации вашей конструкции. Кстати, детали от принтера RepRap регулярно продаются на ebay.

Сбоку от рамы (справа сверху и слева сверху, а также на рисунке ближе к нам), вы увидите напечатанные детали. Они используются для управления осями координат Y и Z.

Рама 3D принтера2

Ось Y и опоры

Рама RepRap Prusa Mendel с собранной осью Y показаны на рисунке ниже.

Ось Y и опоры

Ось Y имеет одну степень свободы: перемещение от передней к задней части рамы и наоборот. Координата Y управляется с помощью ремня, который садится на шкив шагового двигателя, который вы также можете увидеть на рисунке. На подвижном столе четыре опоры, которые по две на каждую направляющую.

Как и в большинстве ЧПУ-машин, в 3D принтере перемещение вдоль направляющих осей происходит с использованием опор скольжения или, что встречается реже, с использованием линейных подшипников.

Опоры скольжения по сути являются подшипниками скольжения и представляют из себя обычные втулки нужного диаметра. Основная ох отличительная особенность - они должны легко скользить по направляющей. Подобные опоры часто используют для поворота вокруг оси, но в нашем случае их задача - скользить вдоль оси направляющей.

Линейные подшипники имеют внутри небольшие шарики и обеспечивают свободное перемещение в одном направлении. В общем то и подшипники качения, и подшипники скольжения (втулки) можно напечатать на 3D принтере или изготовить из металла. Как правило металлические подшипники скольжения изготавливают из медных сплавов, так как эти сплавы имеют низкий коеффициент трения и является самосмазывающимся. В 3D прринтере RepRap обычно используют металлические подшипники LM8UU.

На заметку! Самодельные 3D принтеры могут отличаться от представленной в этой статье модели.

Например, если вы хотите напечатать подшипниковые втулки на своем принтере - вперед! Все будет работать!

Подшипники (бронзовые втулки) установленные в напечатанные на принтере корпусные части:

Ось Y и опоры2

Напечатанный на 3D принтере подшипник скольжения:

Ось Y и опоры3

Ось Z и ось Y

3D принтер RepRap с установленными осями X, Y и Z:

Ось Z и ось Y

На рисунке выше представлено основание 3D принтера с собранными осями Y, Z и X. Оси Z и Y по сути являются частью конструкции. Ось Z перемещает ось X вверх и вниз относительно рамы основания. Ось Х обеспечивает перемещение экструдера влево-вправо относительно рамы основания.

Крепежные узлы для линейных осей 3D принтера:

Ось Z и ось Y 2

Ось Z и ось Х собираются с использованием из двух напечатанных деталей для крепежа винта (слева на рисунке выше) и мотора (справа на рисунке выше). Кронштейн для винта состоит из двух вертикальных секций: прямоугольный паз и шестигранный. В прямоугольный профиль устанавливаются два подшипника. Этот паз по сути служит направляющей для вертикальной оси. В шестиграннике устанавливаются два болта М8 и spring. Вал с резьбой устанавливается там же. Кроме того, резьбовой вал соединяется с шаговым двигателем на верхней части рамы. В результате шаговый двигатель будет передавать вращение резьбовому валу, обеспечивая его вращение вокруг собственной оси, благодаря чему каретка будет перемещаться вверх и вниз. Собранный узел представлен на рисунке ниже:

Собранный узел для перемещения рабочего органа 3D принтера вдоль вертикальной оси координат Z:

Ось Z и ось Y 3

Кронштейн для мотора состоит из аналогичных профилей и устанавливается практически так же. Вы наверняка обратили внимание, что ось Z управляется двумя шаговыми двигателями. Этот вариант гораздо лучше чем использование ремня и одного привода. Во первых, мы получаем более высокую точность. Во-вторых, ремень стоит недешево, а сама конструкция с его использованием обрастет дополнительными узлами и деталями. При этом оси Y и Х управляются одним двигателем и ремнем. Здесь использование двух двигателей не имеет особого смысла.

Экструдер

Обычно на 3D принтерах RepRap устанавливают экструдер с отдельным приводом и зубчатой передачей. Экструдер состоит из двух частей: верхняя часть, в которой температура небольшая. Из нее подается пластик. И нижняя часть с высокой температурой. В этой части пластик плавится и подается для непосредственной печати детали. На английском эти части носят соответствующие названия: Wade extruder (холодная часть) и the hot-end (горячий наконечник).

Экструдер с отдельным приводом и зубчатой передачей:

Экструдер

Экструдер состоит из большого зубчатого колеса, движение которому передается от маленького колеса с шагового двигателя. Благодаря вращению большой шестерни, осуществляется подача пластика к наконечнику, где он плавится и подается дальше для печати.

Наконечник обычно изготавливается из медных сплавов. Внутри вдоль его вертикальной оси просверлено отверстие. Материал для печати изготавливается в двух типоразмерах: пруток 3 мм и 1.75 мм в диаметре. Так что отверстие в вашем наконечнике не должен превышать типоразмер материала, который вы используете для печати! Обычно отверстие делают диаметром меньше 1 мм (чаще всего - 0.5 мм).

Для нагрева наконечника используют два метода: с использованием резистора или никель-хром проволоки. Вариант с никель-хромовой проволокой конструктивно проще - требует меньше дополнительных деталей в конструкции.

Блок для нагрева с установленным резистором:

Экструдер 1

Механизм нагрева с использованием никель-хромовой проволоки:

Экструдер 2

Механизм подачи материала должен включать еще три важных узла: термистор для измерения температуры, дополнительную преграду для разделения нагретой и холодной частей и сопло, через которое подается материал для печати изделия.

Термистор подключается к вашей плате управления (Arduino в данном случае) - так же как и резистор или никель-хром проволока - и дает возможность контролировать температуру нагрева. Температуру надо настраивать, без термистора достигнуть нужной температуры и поддерживать ее не получится.

Дополнительная преграда не должна позволять нагреться охлажденной части экструдера. Охлажденная часть изготавливается на 3D принтере и, соответственно, тоже пожет спокойно растаять, если не контролировать температуру.для этого узла обычно используют PEEK. PEEK устойчив к высоким температурам и имеет очень низкий коэффициент теплопроводности. Есть у него и некоторые недостатки: сложно найти кусок, подходящий к нашему экструдеру, он дорогой. Кроме того, внутри надо будет установить PFTE трубу для передачи тепла. PFTE трубу найти тоже не просто.

Есть интересный вариант: использовать вместо PEEK и PFTE бамбука. Бамбук обладает теми же свойствами, что и PEEK: устойчив к высоким температурам и проводит мало тепла. Он дешевле, найти его проще.

Сопло - важнейшая часть экструдера. Это конец нагретой части экструдера, через который подается расплавленный пластик непосредственно для изготовления детали. На сопле должна быть точная резьба и центральное отверстие диаметром менее 1 мм (обычно - 0.5 мм).

Нагревающаяся часть экструдера. Подходит для использования с никель-хромовой проволокой или с резисторами для подогрева:

Экструдер 3

Ось X

Собранный экструдер - включая все перечисленные выше узлы - устанавливается на каретке Х-оси.

На рисунке ниже показана собранная ось Х с двумя направляющими валами, напечатанными крепежами и напечатанной кареткой:

Ось X

Каретка по оси Х может устанавливаться на втулках (подшипники скольжения) или на линейных подшипниках. Движение каретке передается от одного шагового двигателя со шкивом через зубчатый ремень.

Собранный экструдер, установленный на каретке оси Х (обратите внимание на ремень на фоне):

Ось X 1

Стол для печати

Детали печатаются на столе. Три оси координат обеспечивают перемещение экструдера над столом диапазоне 200 мм по Х, 200 мм Y, 100 мм вдоль вертикальной оси координат Z.

Стол состоит из двух частей: нижняя часть, которая установлена на направляющих оси Х и второй части, которая устанавливается над первой. На поверхности второй части непосредственно печатается деталь.

Верхнюю, вторую часть стола надо выставлять по уровню. Для этого желательно предусмотреть регулировку с помощью болтов.

На фото ниже представлен стол, состоящий из двух частей. На рисунке хорошо видны втулки. Нижняя часть стола установлена на опорах скольжения и может перемещаться вдоль оси Х.

Стол для печати

Популярная модификация 3D принтера - использование подогрева стола. Благодаря этому значительно уменьшается "сворачивание" (деформация) напечатанных изделий, особенно на нижних слоях. Подобная деформация возникает из-за неравномерного охлаждения внутренней и внешней частей напечатанного изделия. Материал с внешней стороны будет остывать и "усаживаться" быстрее, чем материал внутри. Из-за этого охлажденный материал будет рваться или загибаться, в то время как горячий - нет. Это неравномерное изменение характеристик материала вызывает сворачивание прямых углов и может вызвать различность внутренней структуры напечатанного изделия. Особенно большая опасность разрывая слоя материала, который подается для печати на нижних слоях, так как стол будет охлаждать эти слои гораздо быстрее чем верхние слои.

На примере детали слева на рисунке ниже ярко видны разрывы и сворачивание, в то время как на детали справа этого уже нет.

Разрывы и сворачивание деталей, изготовленных на 3D принтере

Решение этой проблемы - использование стола с подогревом. В результате внутрення часть детали будет иметь температуру, близкую к внешней. Как правило стол для печати нагревают до 100 градусов по цельсию.

Например, такой вот столик с подогревом, установленный на подвижном столе 3D принтера:

Специальный стол с подогревом для 3D принтера

Стол подогревается на протяжении всего процесса печати. Обычно поверх стола с подогревом устанавливают стеклянную плиту. Плиту с подогревом можно изготовить самому, а можно купить уже готовую. Купить, конечно же легче, но изготовить самому - намного дешевле. Когда вы устанавливаете стол с подогревом, проверьте температуру транзистора на вашей плате Arduino. Если она слишком большая, то стоит подумать о доплнитнльном охлаждении (например, кулер).

Важно!

Если вы устанавливаете радиатор для охлаждения ваших электронных компонентов, всегда используйте термопасту. С термопастой охлаждение будет происходить равномерно. Без термопасты компоненты не смогут передавать большую часть тепла радиатору (так как воздух проводит тепло очень плохо).

Не вздумайте использовать клей вместо термопасты!

Электроника

Процессом печати управляет электроника. Для принтеров RepRap (они являются open-source проектом) чаще всего используют:

Платы RepRap выполняют несколько функций:

Контроллер подключается к персональному компьютеру с использованием USB-to-serial конвертера. Arduino с установленной платой RAMPS имеет встроенный конвертер. Конвертер есть и на плате Sanguinololu.

Платы RAMPS появились на рынке раньше чем Sanguinololu, постоянно обновлялись и продолжают обновляться. RAMPS изготавливается в формате шилда для Arduino MEGA 1280 или 2560 (или их клона). На плате RAMPS предусмотрены следующие дополнительные фичи:

Плата RAMPS с четырьмя контроллерами шаговых двигателей Pololu, установленная на Arduino MEGA:

RAMPS для 3D принтера

Плата Sanguinololu - это относительно новое решения для управления 3D принтерами. На ней не предусмотрен дополнительный канал для термистора. Подключить SD карту можно, но это сложнее чем на RAMPS. Основное преимущество - для работы Sanguinololu не нужна плата Arduino Mega, так как вся необходимая начинка уже на ней предусмотрена. В результате эта плата стоит дешевле, чем комплект Arduino Mega - RAMPS. Полный комплект с клоном Arduino Mega, четырьмя драйверами Pololu, RAMPS обойдется вам около 100 долларов. Полный DIY комплект Sanguinololu стоит около 80 долларов. (Учтите, цены не являются до конца реальными. Например, на данный момент Китай предлагает RAMPS DIY KIT по цене около 25 долларов. Хотелось бы обратить ваше внимание исключительно на разницу в цене).

Учтите, что при сборе Sanguinololu вам надо установить очень маленький чип (USB-to-serial конвертер). Перед покупкой желательно убедиться, что микропроцессор ATMega прошит Sanguinololu бутлоадером. В противном случае вам придется прошивать микропроцессор самостоятельно, а это не так то просто.

Если вы хотите пойти по пути наименьшего сопротивления, рекомендуем использовать плату RAMPS. Хотя платы Sanguinololu значительно меньше по размеру и дешевле. В общем, решать вам.

Плата Sanguinololu в сборе с четырьмя установленными контроллерами шаговых двигателей Pololy:

Sanguinololu для 3D принтера

Шаговые двигатели

В 3D принтере RepRap Prusa Mendel используется пять шаговых двигателей:

Обычно все шаговые двигатели одинаковые. Но это не обязательно. Одинаковыми обязательно должны быть двигатели для управления перемещением вдоль оси Z. В 3D принтере RepRap Prusa Mendel используются биполярные шаговые двигатели NEMA17.

"Внутренности" шагового двигателя показаны на фото ниже.

Шаговый двигатель - разрез

ВАЖНО!

Не все двигатели NEMA17 одинаковые по своим техническим характеристикам!

Самый важный для нас параметр двигателя - крутящий момент. При этом крутящий момент двигателя часто ограничивается его драйвером.

Шаговые двигатели очень часто используются в робототехнике и мехатронике. Мотор состоит из двух наборов катушек, которые расположены по окружности вокруг центрального вала с нарезанными зубьями. Вал по сути является постоянным магнитом. Каждая пара катушек является частью фазы. Катушки, которые относятся к одной фазе генерируют магнитное поле с наличием северного и южного полюсов. В моторах, которые используются в 3D принтере RepRap Prusa Mendel предусмотрены две фазы. Электорника на RepRap управляет шаговыми двигателями с помощью так называемых микрошагов. В этом режиме изменяется сила тока, которая подается на фазу и в результате вал шагового двигателя проворачивается на небольшой угол (делает маленький шаг).

Контроллеры шаговых двигателей

Управлять биполярным шаговым двигателем сложно, особенно в режиме микро-шага. Униполярные шаговики проще в управлении, но при одинаковых массово-габаритных характеристиках, они выдают на выходе меньший крутящий момент. Для реализации управления шаговыми двигателями были разработаны специальные контроллеры (драйвера шаговых двигателей). С использованием этих драйверов достаточно послать один управляющий сигнал для одного микро-шага. Это значительно упрощает управление шаговым двигателем.

В RepRap чаще всего используют драйвера шаговых двигателей Pololu. Они производятся на маленькой плате с минимально необходимой обвязкой. Драйвер состоит из очень маленьких компонентов, так что его сборка происходит на производстве. В 2010 году у Pololu возникли проблемы с объемами производства - драйвера покупались настолько часто, что компания просто не успевала их производить. Так что в связи с этим возникла open-source версия этого драйвера под названием StepStick.

Предупреждение! По поводу платы StepStick!

Порой у пользователей драйверов StepStick возникало замыкание! Это может привести к поломке не только самого драйвера, но и к выходу из строя самой платы RAMPS и Arduino. Так что перед установкой и использованием StepStick проверьте нет ли короткого замыкания в схеме с помощью мультиметра.

Шаговые двигатели тянут электрический ток при вращении ротора и при даже при его остановке в процессе работы. Именно по этой причине на каждом контроллера двигателя есть потенциометр, который регулирует ток, подаваемый на мотор.

Для того, чтобы не подавать чрезмерные токи на ваши шаговые двигатели, рекомендуется вывести каждый потенциометр в "нулевое" положение, провернув каждый из них против часовой стрелки и потом немного его "открыть", провернув ппримерно на 1/4 допустимого хода по часовой стрелке. Если вы столкнетесь с тем, ваши двигатели не обеспечивают достаточный крутящий момент, "откройте" потенциометр немного сильнее и т.д.

Концевые выключатели

Перед началом печати рабочий орган 3D принтера должен быть выведен в начальное, "нулевое" положение. Это положение по сути является "нулем" принимаемой нами системы координат, в которой работает 3D принтер.

Для этого устанавливают три концевых выключателя. Концевики устанавливаются на каждую ось координат, в места, за пределы которых наш рабочий орган не будет перемещаться. То есть, отрицательных координат у нас не может быть.

Можно использовать механические или оптические концевые выключатели. Обычно ставят механические концевые выключатели, так как они дешевле, проще в установке и работают так же как оптические бесконтактные.

Концевые выключатели имеют ограниченное количество циклов отрабатывания вкл/выкл. В большинстве случаев они обеспечивают работу на протяжении 10000 циклов, то есть вам этого хватит на несколько лет. Теоретически считается, что оптические бесконтактные выключатели более надежные, чем механические. С точки зрения практики это предмет множества дискуссий.

Датчики положения особенно необходимы для оси Z. Начальное положение экструдера относительно стола для печати очень важно. Например, можно использовать датчики Холла, которые фиксируют наличие магнитного поля. Магнит устанавливается снизу на X-end idler или X-end мотора. Небольшой потенциометр даст вам возможность сделать точную настройку расстояния между концом экструдера и столом для печати. Эти варианты гораздо более практичные, чем перемщеть ваш механический или оптический концевик вверх и вниз.

Нет необходимости устанавливать концевые выключатели с двух сторон оси. Максимальное расстояние перемещение по осям координат настраивается на уровне программирования вашего микроконтроллера Arduino.

На рисунке ниже показан собранный модуль оптического концевого выключателя.

Оптический концевой выключатель

На рисунке ниже показан механический концевой выключатель, установленный на оси Z. Обратите внимание, что конец экструдера находится в нескольких сантиметрах над столом для печати. Это значит, что концевой выключатель установлен слишком высоко. Аналогичные концевые выключатели устанавливаются на осях X, Y. На рисунке также виден Arduino с RepRap шилдом.

Механический концевой выключатель

Пластики для печати на 3-D принтере

Для печати на 3D принтере RepRap обычно используются два вида пластиков: ABS (АБС) или PLA (ПЛА). На рисунке ниже показан пластик для печати, установленный на специальной подставке.

Пластик для печати на подставке

ABS и PLA пластики отличаются по своим характеристикам и требуют отдельных настроек принтера.

Существуют различные виды ABS и PLA пластиков. Если ваш 3D принтер идеально настроен на печать пластиком определенного производителя, при переходе на материал от другого производителя, придется сделать переналадку установки. У PLA пластиков температура плавления ниже чем у ABS. При наладке 3D принтера не стоит также забывать о том, что термистор на никель-хром проводнике обычно выдает показания температуру, которые ниже чем фактическая температура. А термистор на блоке разогрева показывает большую температуру

На качественной печати надо выдержать максимально идеальный баланс между температурой на конце печатной головки, скоростью экструдера и скоростью перемещения печатной головки по осям координат. Для начала попробуйте напечатать качественную деталь на малых скоростях (100 мм/сек). Потом можете пробовать увеличивать скорость. Но в любом случае, практика показывает, что с увеличением скорости, качество печати на 3D принтере падает.

Инструменты и конструктивные особенности качественной сборки 3-D принтера

Для того, чтобы сделать 3D принтер, вам не надо быть инженером-механиком или досконально ориентироваться в электротехнике. Скажем так, если вы можете накрутить гайку на болт, вы в состоянии создать этот 3D принтер.

Вам не придется тратить огромные суммы на покупку необходимых деталей, узлов и инструментов. 3D принтер RepRap разработан на базе недорогих узлов и доступных инструментов.

Для разработки механической составляющей вам понадобятся следующие инструменты и необходимость выдержать некоторые особеннолсти отдельных деталей и узлов конструкции.

Механика

1. Ключи.

Как правило используют болты-гайки M8, M4 и M3, так что понадобятся ключи под соответсвующие шестигранные головки или отвертки, если шляпка будет с пазами под отвертку.

2. Штангель-циркуль.

Создать и заставить работать собственный RepRap 3D принтер без штангель-циркуля у вас не получится. Штангель вам понадобится для калибровки рамы и линейных осей. Конечно же, работать с цифровым штангелем легче (показан на рисунке ниже), но и без цифровой индикации вполне подойдет.

Цифровой штангель-циркуль

При работе с цифровым штангель-циркулем важно помнить две вещи:

3. Уровень.

Уровень вам понадобится при сборке рамы, осей и общей калибровке 3D принтера. Желательно использовать небольшой по габаритам уровень (смотрите на рисунке ниже).

Водяной уровень

4. Вертикальный уровень.

Незамысловатое устройство - груз на веревке с заостренным наконечником. Понадобится для калибровки установленных направляющих оси Z. В качестве груза можно использовать обычную гайку, но с острым наконечником, конечно, работать удобнее.

Вертикальный уровень

5. Корпуса для установки линейных подшипников на оси Z.

В зависимости от типа используемых подшипников, вам понадобятся различные инструменты. По сути есть два варианта:

Корпус подшипника, напечатанный на 3D принтере

6. Плоский шлиц на валах двигателей.

Шлиц на валу шагового двигателя

Если на валах ваших шаговых двигателей уже предусмотрены шлицы, значит все отлично. Если же шлицев нет, точность вашего 3D принтера может значительно упасть из-за ненадежного крепежа и проскальзывания.

Электроника

Вам понадобятся инструменты для пайки компонентов на плат (если вы купили нераспаянную плату) и для пайки концевых выключателей, двигателей.

1. Пайка.

Для пайки шилда на Arduino или, если вы купите уже распаянный шилд, то контактов концевых выключателей и т.д. и т.п., вам понадобятся инструменты, которые приведены ниже.

2.Кусачки для оголения контактов.

Очень часто контакты на проводах зачищают ножом. Этот способ требует некоторой сноровки и времени. Так что рекомендуем приобрести универсальный инструмент для зачистки контактов на проводах. Ваши провода будут аккуратные и вы их сто процентов не повредите.

Кусачки для зачистки проводов

3. DIY Sanguinololu - паять своими руками или нет?

Платы Sanguinololu по сути состоят из одного SMD компонента. Этот компонент также называется чипом FTDI от названия компании, которая его производит. Этот чип является мостом USB-to-Serial. Если же вы используете чип ATMega, который установлен на всех шилдах RepRap для Arduino, вы сможете передавать данные на персональный компьютер только через серийный интерфейс. Чип FTDI дает возможность передавать данные между ATMega и компьютером через USB.

Чип FTDI очень маленький и припаять его своими руками очень сложно. Если у вас нет большого опыта в пайке, настоятельно рекомендуем обратиться к поставщику с целью приобрести плату с уже установленным FTDI чипом.

Программное обеспечение 3D принтера RepRap

Качество вашего 3D принтера RepRap можно оценить по качеству напечатанных деталей и по скорости, с которой происходит печать. Частично качество принтера зависит от сборки механической части. Вторая важная составляющая - программное обеспечение, которое вы используете и его настройка. В этом разделе мы обсудим основные особенности программного обеспечения, которое надо для запуска 3D принтера RepRap с Arduino Mega и соответсвующим шилдом.

Для того, чтобы запустить ваш 3D принтер, вам понадобится минимум три программы на персональном компьютере:

Необходимые пояснения по каждому пункту приведены ниже.

1. Программное обеспечение Arduino для поддержки RAMPS

Прежде чем приступать к работе с шилдом RAMPS, вам надо установить Arduino IDE. Скачть последнюю версию Arduino IDE вы можете на оффициальном сайте Arduino.

2. Firmware (прошивки)

На сегодняшний день самые популярные прошивки для 3D принтеров RepRap:

Teacup - достойная альтернатива фреймворку Sprinter. Но рекомендуем начать именно с Sprinter, так как его легче настроить.

3.1. Скачиваем фреймворк Sprinter

Скачать фреймворк Sprinter можно:

- с официального сайта;

- с репозитория на Github.

3.1.1. Скачиваем Sprinter с веб-сайта

Скачать последнюю версию прошивки в Zip архиве можно здесь. После скачивания не забудьте разархивировать сохраненный файл.

3.2. Настраиваем фреймворк Sprinter под вашу управляющую плату

Перед началом работы с любой прошивкой прошивкой надо указать:

На данном этапе настраиваем тип платы, которая используется.

Прошивка Sprinter должна знать, какая плата и какая версия платы используется для управления. Для настройки откройте файл Sprinter.pde в Arduino IDE. Этот файл находится в архиве Sprinter, который вы скачали. Исправьте файл Configuration.h file. На данном этапе измените только настройки, которые находятся в коде сверху: MOTHERBOARD. Измените строку, в которой указано #define MOTHERBOARD 3. Укажите одно из значений, которое соответсвует вашей электронике:

Убедитесь, что вы сохранили изменения в файле Configuration.h (CTRL+S.) также убедитесь, что вы выбрали правильную плату Arduino во вкладке Tools / Board menu:

3.3. Загрузка прошивки Sprinter на вашу плату управления.

Каждый раз, когда вы вносите изменения в прошивку Sprinter, вам надо загрузить его заново на плату. Без этого ваши изменения не вступят в силу.

Убедитесь, что вы открыли файл Sprinter.pde в вашей Arduino IDE. Нажмите CTRL+R для компиляции вашего фреймворка Sprinter с вашими новыми настройками на плату. Если все прошло успешно, должно отобразиться подобное сообщение:

Binary sketch size: 29530 bytes (of a 63488 byte maximum)

После завершения компиляции вы можете загружать прошивку на вашу плату. Убедитесь, что USB кабель подключен и светодиод горит. Зажмите кнопку reset на вашей плате и нажмите CTRL-U на клавиатуре. Когда в Arduino IDE появится текст в черном окно, отпустите кнопку reset на плате ( чип на Arduino мождо запрограммировать только через 10 секунд после перезагрузки). После того как завершилась загрузка, перезагрузите вашу плату еще раз.

4. Программное обеспечение Skein

Skeinforge - это самое популярное программное обеспечение в сообществе RepRap, но его использование не такое простое. Недавно вышло новое программное обеспечение Pronterface. В этой программе многие настройки из Skeinforge упрощены и при этом сохранена полная совместимость с 3D принтерами RepRap. Если вы устанавливаете Pronterface, нет необходимости отдельно устанавливать Skeinforge.

5. Программное обеспечение для host'а

Pronterface - самый простой в использовании и прихтом достаточно гибкий софт для работы с 3D принтерами RepRap. С помощью Pronterface вы можете загрузить STL файл, конвертировать его в G-код и непосредственно управлять вашим 3D принтером.

5.1. Особенности установки на Windows

Переед использованием Pronterface вам надо установить приложения, список которых приведен ниже. Перезагружать компьютер после установки не надо. Последовательность установки надо соблюсти в соответсвии с пунктами списка ниже.

5.2. Требования для других операционных систем

Необходимые требования для установки на других ОС изложены на английском языке здесь.

5.3. Где можно скачать Pronterface?

Pronterface можно скачать с двух официальных источников. Первый - скачать последнюю версию программы на официальном сайте. Второй - Github.

5.3.1. Скачиваем Pronterface с веб-сайта

Скачать последнюю варсию в Zip архиве можно здесь. После скачивания не забудьте распаковать Zip архив.

5.3.2. Клонируем репозиторий Pronterface с использованием Github

Выполните следующую команду:

git clone https://github.com/kliment/Printrun.git

После этого измените директорию на директорию Printrun и запустите следующую команду:

git clone https://github.com/ahmetcemturan/SFACT.git skeinforge

С помощью этой команды вы клонируете SFact, которая необходима для Pronterface (вы можете использовать и другую версию skeinforge).

5.4. Запускаем Pronterface

В распакованной папке найдите и запустите программу. Перед вами появится следующее окно:

Pronterface

Выберите корректный COM порт. Убедитесь, что ваша плата управления подключена по USB и на нее подается питание. После этого нажмите кнопку “Connect”. После этого Pronterface должна подключиться к вашей плате. Можете попробовать переместить каретки вдоль осей координат. Начните с наименьших перемещений - например, X+1 - и убедитесь, что они соответствуют необходимым перемещениям.

6. Slic3r: альтернатива для Skeinforge

Slic3r - новое приложение. Выглядит многообещающе. Интерфейс пользователя максимально упрощен и адаптирован. Вы можете конвертировать STL файлы в G-код и импортировать эти G-коды в Pronterface.

Скачать Slic3r можно здесь. Ниже приведен скриншот интерфейса пользователя Slic3r:

Slic3r

Нажмите кнопку "Slice...", чтобы открыть STL файл. Он будет тут же конвертирован в файл с G-кодом. Файл будет иметь такое же имя как и изначальный, но с другим разрешением. Находится он будет в той же папке, что и STL файл. После этого можете открыть полученный G-код файл в Pronterface (именно G-код файл, а не STL!).

Учтите, что Slic3r находится в процессе разработки, это ПО не такое стабильное как Skeinforge. Хотя пользоваться им гораздо проще.

Послесловие. Пояснения и полезные англоязычные ссылки для сборки вашего 3D принтера

Это не полная инструкция, но рассмотрены основные нюансы. Данный раздел может и будет со временем дополняться. Особенно на основании ваших практических комментариев под статьей.

После того как большинство ваших узлов куплены, можете переходить к сборке вашего 3D принтера. Очень помогут при сборке две инструкции (на английском языке!):

Для сборки экструдера с передачей от зубчатого колеса:

Если у вас возникают проблемы при сборке или вы в чем-то не уверены, сделайте фото или снимите видео и задайте вопрос на #reprap IRC channel.

После запуска 3D принтера, рекомендуем напечатать дополнительно набор деталей для вашего принтера, так как каждая из них может поломаться. Так что лучше иметь в запасе комплект узлы для замены. Кроме напечатанных деталей, рекомендуем иметь в запасе следующие покупные узлы:

Из набора напечатанных деталей чаще всего выходят из строя: узел для крепежа экструдера и каретки X, Y осей.

У пластиков PLA температура плавления меньше чем у ABS пластиков. Из-за этого механизм для крепления экструдера и каретка для оси X могут достаточно быстро повредиться из-за близости к нагретому наконечнику экструдера. При использовании PLA пластиков в этих узлах, рекомендуется обеспечивать дополнительное охлаждение с помощью дополнительных кулеров. Охлаждение значительно продлевает срок службы этих узлов

Выбор напряжения питания для контактных выключателей при использовании платы Sanguinololu

При использовании плат Sanguinololu вам надо подать напряжение питания для концевых выключателей. Если вы не выберете напряжение, на концевики не будет подаваться ток. Это не проблема, если вы используете механические концевики. Но при использовании оптических концевиков или датчиков Холла, не забудьте подать на них питание 5 В.

Надеемся, что данная статья Вам поможет при создании собственного 3D Принтера. Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!