3DReplicator — 3D-Принтер без направляющих

3DReplicator — 3D-Принтер без направляющих

Продолжаю развивать идею создания 3d-принтера простого по концепции, легко повторяемого по конструкции и качественно печатающего.

В предыдущих статьях я уже говорил о преимуществах нелинейного дельта принтера без применения направляющих по принципу изобретения доктора Клавела. Первый образец такого 3д-принтера подтвердил теоретические выводы и задал цель разработать вариант более простой для повторения.

При проработке идеи предполагалось, что в наличии уже имеется принтер по типу Prussa i3, который хочется относительно недорого усовершенствовать, распечатав на нем необходимые детали и взяв его основные электронные компоненты: двигатели, шкивы, плату управления, lcd- экран, ендстопы и т.п.

Проект предполагает максимум печатных деталей, несколько метров алюминиевых труб 25х25 мм, подшипники типа 608ZZ и 625ZZ, винты и гайки М3, отрезки шпильки 8мм и 5мм.

Модель была спроектирована в программе FreeCAD:

full 3dreplicator delta printer

full 3dreplicator delta printer

Большие шкивы взяты из проекта IcePick-Delta уважаемого TTN, только переделаны для установки подшипников во внутрь конструкции шкива.

big pulley 3dreplicator

В конструкции было решено применить редукционный механизм с повышающим коэффициентом 2.5

IMG_20150903_193415 IMG_20150903_193430 IMG_20150903_193525

Использованы шпули 16 зубов и 40 зубов для ремня GT2, а также ремень GT2 на 150 зубов.

Преимущество применения такого решения:

  1. Уменьшение нагрузки на двигатель, что позволит использовать более маломощные и, соответственно, более дешевые двигатели.
  2.  Возможность уменьшить токи на драйверах двигателей, что уменьшит шум при работе.
  3.  Механизм достаточно надежно удерживает большие шкивы в неподвижном состоянии, даже при отключенных шаговых двигателях. Это позволяет не держать шаговики под постоянным напряжением, что повышает безопасность.
  4. Большее количество шагов на мм делает перемещения более плавными, кроме того разгоны при начальном движении можно сделать минимальными.
  5.  Повышается точность позиционирования, которая в теории может достигать 9 микрон.

Минусом данной конструкции редуктора является вибрация при работе левого поддерживающего элемента, который крепится одним винтом. Нужно несколько усложнить конструкцию, добавив жесткости этому краю.

Еще несколько фото

IMG_20151111_195528

IMG_20151112_184933

IMG_20151112_233148

В архиве проекта есть файл (Full) с  полной моделью принтера. Кто умеет работать с программой FreeCAD сможет посмотреть устройство и размеры элементов.

Некоторые комментарии:

  1. Три столба 25х25мм, соединяющие верхнюю и нижнюю части  имеют длину (высоту) 600мм
  2. Тяги (rod) имеют длину 320мм.
  3. Применяется хот-енд E3D.
  4. Эффектор использован от Коссел-мини (STL есть в архиве).
  5. Экструдер применен конструкции нашего соотечественника Романа выложившего его на Thingiverse  (в архиве есть соответствующие файлы).
  6. Нет модели кронштейна концевиков, т.к. пришлось переделывать их в процессе сборки. Модель отредактирую и выложу чуть позже.
  7. Область печати принтера 200х200х210мм соответственно длинаХширинаХвысота

Конструктивно 3D-принтер выполнен из двух частей:

верхней, где расположены редукторы, большие шкивы и концевики:

toptop2top3

и нижней— тут располагается управляющая электроника, печатный стол и блок питания:

bottombottom3

На втором рисунке можно видеть вертикальный элемент — это упор для автоматического подъема z-probe — штифта для измерения неровностей стола.

Верхняя и нижняя части соединяются тремя «колоннами» по 600мм высотой.

Еще несколько фото:

IMG_20150904_121820 IMG_20150905_000343_1IMG_20150914_125133 3dreplicator3dreplicator delta bot

Стол для печати имеет регулировку по высоте без пружин:

3dreplicator heat bed3dreplicator heatbedheat bed 3dreplicator

Калибровка и регулировка данного типа 3д-принтера имеет свои особенности, и это отдельная тема для отдельной статьи. Отмечу, что этот процесс не труднее чем калибровка обычной дельты.

Фото полностью собранного принтера сейчас под рукой нет, кроме такого:

IMG_20151129_005117

Проводился эксперимент по печати «вверх ногами»)). Как ни странно, достаточно удачный. Жаль, что эксплуатировать принтер в таком виде очень не удобно.

На задней вертикальной колонне закреплены экструдер и держатель пластика (модели есть в архиве).

IMG_20151123_125441

Принтер имеет auto bed level, т.е. автоматическую калибровку стола. За некоторые идеи по программной реализации этой функции отдельное спасибо Neil Jansen и его проекту FirePick Delta.

IMG_20151124_125452

Видео принципа работы авто калибровки я выкладывал ранее, в этой статье  Дельтабот — Auto Bed Level

Небольшое видео печати описываемого принтера:

Случайно осталось видео теста принтера в перевернутом состоянии:

Несколько фото распечатанных моделей, слой 0.2мм сопло 0.4мм:

3DReplicator Print

3DReplicator Print

3DReplicator Scull

3D-Printer 3DReplicator

По поводу конструкции есть замечания:

  1. Не достаточно устойчива. При работе проявляются паразитные вибрации, причиной этому высокие колонны соединяющие верхнюю и нижнюю части. Мне пришлось применить растяжки из 8мм шпилек.
  2. Печатать детали лучше одинаковым пластиком одного производителя. Т.к. различные свойства пластиков влияют на усадку, и, соответственно, на конечные размеры готовых деталей.

Считаю, что улучшить характеристики принтера можно изменив подход к его построению:

  1. Максимально использовать лазерную резку. Детали нарезанные лазером на профессиональных станках будут иметь большую точность, чем распечатанные пластиком на домашних 3д-принтерах. Кроме того, принтер будет доступен для изготовления большему кругу желающих.
  2. Принтер должен иметь корпус, желательно закрытый, с ребрами жесткости.
  3. Программное обеспечение нуждается в доработке, т.к. для позиционирования необходимо выполнять большое количество вычислений. Тут либо нужно менять управляющую электронику на более мощную и дорогую, либо, что целесообразнее, проводить предварительные вычисления заранее, на том же компьютере где производится слайсинг модели. Как вариант, написав плагин к Repetier-Host.

 

Скачать проект ( конструктивы в формате STL и адаптированную прошивку Marlin) можно тут: Yandex Disk

Кронштейн для концевиков можно скачать тут: Yandex Disk

 

83 Коммент.

  1. fox90

    Здравствуйте, хочу собрать принтер по вашим схемам, есть несколько вопросов по комплектующим:
    1. какой стоит ли брать стол MK3 или лучше MK2B+стекло
    2. подойдет ли этот бп? ( http://www.ebay.com/itm/Universal-12V-24-360W-2-5-10-20-30A-Switching-Power-Supply-Driver-for-LED-Strip-/231667699743?var=&hash=item35f078901f:m:mhU16LOJEyhyChwdfXTojWQ )
    3. какой диаметр у тяг, и как называется деталь с которой они соединены (черная)

  2. Здравствуте, fox90!
    1. Лучший вариант МК3+стекло, у алюминия прогрев равномернее и быстрее, но идеально ровной поверхности не будет, алюминий ведет +-(0,1-0,2)мм.
    2. Подойдет БП мощностью более 200W
    3. Диаметр тяг принципиальной роли не играет, у меня из алюминиевой трубки 8мм. Деталь — шаровое соединение traxxas
    Брал в свое время тут: http://ru.aliexpress.com/item/E-revo-traxxas-revo-summit-general-trolley-ball-sets-5347-for-delta-reprap-3d-printer/1947194006.html
    Но стоит обратить на этот вариант: http://ru.aliexpress.com/item/NEW-12pcs-Kossel-Mini-Rostock-Robot-Delta-3D-Printer-Rod-Ends-Self-lubricating-Rod-Ends-SI3T/32401839351.html

    • fox90

      спасибо за ответ! (и отдельное за ссылки)
      уже заказал все детали, кроме этих шаровых соединений, попробую от коссела, не могу понять как их в трубку закрепить, их же накручивать надо на что то

    • fox90

      если они накручиваются на шпильку, то какой смысл в трубках?

      • Шпилька М4 довольно тонкая и при длине 300мм будет прогибаться при работе, а трубка не гнется. В трубку вклеивал быстротвердеющим пластилином «Момент».

        • fox90

          понял, от коссела там и вовсе м3

          • gunner 022

            Будет ли статья по настройке принтера? И можно раситывать на доработанные файлы поддерживающего механизма для уменшения вибраций? Проэкт интересный, хотелось бы повторить :-)

          • Времени совсем нет, но статья по настройке будет обязательно.

  3. gunner 022

    Спасибо. Будем ждать с нетерпением. А пока по маленьку печатать и комплектоваться. Китай поможет .а детальку доработаете?

  4. Стрелок, какую деталь? Проект экспериментальный, все что вы хотите сделать — только на ваше усмотрение!

  5. gunner 022

    Усилить бы стойку держателя подшибника. А какой длинны штанги эффектора?
    Спасибо за ответы.

    • Возможно, вам стоит взять основные параметры, прошивку и попробовать изменить конструктив, улучшить его?
      Штанги по 160мм.

  6. gunner 022

    Пока знаний не хватает . Учимся по маленьку. И очень надеюсь на Вашу помощь. Заранее благодарен.

  7. gunner022

    Не поделитесь ссылкой на кольцевой ремень GT2 на 150 зубов? Что то отыскать не могу. Заранее спасибо.

  8. gunner022

    ибо 150-2GT-6 имеет колличество зубов 75.

  9. gunner 022

    Спасибо

  10. gunner022

    Ещё раз спасибо за ссылку. Механику заказал всю. Если можно побеспокоить Вас ещё? Теперь надо перейти к Электронике. Не подскажите какую электронику и где заказывали. Вариантов очень много не хочется попасть в «просак». Извините за беспокойство но проконсультироваться больше негде. Заранее благодарен.
    P.S. как я понял: файл Marlin в архиве уже с Вашими настройками под данный девайз.

  11. gunner022

    Спасибо за быстрый ответ и терпение. буду изучать.

  12. fox90

    можно попросить модель кронштейна концевиков? я так понял это единственное чего не хватает в модельках. Большинство деталей уже дошло, боюсь скоро появится куча глупых вопросов) А пока уже пора заказывать печать деталей.

    • Так получилось, что с моделью концевика я чуть промахнулся, и при сборке пришлось ее «дорабатывать напильником», но в результате все удачно получилось. На выходных я модельку в КАДе доработаю и выложу. В статье ссылку на модель концевика добавлю.
      Вы хотите заказывать печать деталей — наверное это дорого?!
      Вопросы задавайте, чем смогу — всегда рад, а если нет — будем думать!

      • fox90

        подозреваю что дорого) печатных деталей тут очень много. Еще теплиться надежда, что смогу найти вариант печати за стоимость пластика + пиво/шоколадка, на днях узнаю ориентировочную цену.
        Не совсем понятно что за деталька (в эффекторе) используется для автоуровня, похоже на шестигранник. Не ясно какой он длины, и на каком уровне его надо устанавливать? (что бы конец совпадал с соплом?)

        • Шестигранник у меня 3мм, хотя нужен 2-2,5мм, просто не нашел подходящей длины, нужна от 60мм. Позже точнее замеряю, отпишусь. Длина не должна совпадать с соплом, т.к. в нижнем рабочем положении его конец должен быть ниже сопла, а в верхнем запаркованном выше. Я подрезал шестигранник так, чтобы конец был ниже сопла примерно на 4-5мм, там по месту будет сразу понятно. Смещение задается в прошивке при регулировке (калибровке).

          • fox90

            60мм для 2мм шестигранника это как то очень много, самый длинный что нашел 50мм.
            Если я правильно понял весь корпус скручен на болтах М3, может соориентируете по длине? наверняка используется 2-3 вида всего.

  13. Для fox90.
    Шестигранник на 3мм, длинна была 100мм, укорочен до примерно 83 мм (измерял по внешним сторонам).
    Болты М3, длина разная- 8,10,12,16,25,35,38 мм.

    • fox90

      Можно попросить Вас сделать список, сколько и каких деталей нужно распечатать? Пытался сделать сам по модельке всего принтера, но запутался из за разных названий. + мне не ясно сколько повторяющихся деталей в экструдере и эффекторе. Спасибо за понимание!

      • Никак не выкроить время на список. Наверное, правильно сделать картинку детали с кратким описанием и указанием количества, и лучше оформить как продолжение статьи. Но на это нужно время.

        • fox90

          ну значит закопаюсь и как-нибудь сам разберусь, скиньте хотя бы недоработанную модельку концевиков, с напильником обращаться умею =)
          P.S. самое сложное по деталям оказалось найти трубку для тяг и длинный шестигранник

          • Модель держателя концевиков доработал, как обещал. Ссылку разместил в конце этой статьи.
            Шестигранник возможно заменить на подходящую по диаметру стальную спицу (мотоциклетную, вязальную).

  14. gunner022

    Здравствуйте. Хотелось бы уточнить: Длинна штанг эффектора 160мм — это по осям болтов крепления?
    Спасибо, И извините за беспокойство.

    • Здравствуйте! Длина штанг-трубок (rod) 320мм. Размер по осям болтов.
      160мм — это длина рычагов (arm), закрепленных на шкивах.

      • fox90

        уточните, «размер по осям болтов», это длина шпильки или расстояние между местами где в шарнир вставляется болт?

        • Это где шарнир вставляется в болт, по оси этого болта. Например, в обычных дельта-принтерах именно так измеряется длина тяги.

          • fox90

            понятно, спасибо

          • fox90

            большое ли значение имеет вес тяг? можно ли использовать шпильку М5 или М6?

          • Теоретически вес тяг имеет значение при увеличении скоростей. Думаю, что качество печати не ухудшится. Попробуйте, переделать всегда можно.

  15. gunner022

    Для фокса —
    В Леруа Мерлен шикарные трубки для эффектора. Не дорого и различного диаметра.

    • fox90

      Большую часть деталей там и купил, но вот трубки металлические были только от 20мм, а пластиковые не думаю что подойдут. Заеду в другой леруа мерлен, может там будут

  16. gunner 022

    Для Фокса.
    Думаю и пластик подойдет , там нарузки мизерные.
    В другом однозначно будут , вроде не бифицит. А ты территориально откуда? Ежели не секрет.

    • fox90

      Заехал вчера в другой леруа, нашёл подходящие трубки, и тиски заодно. Совершенно не секрет, из Москвы я)

  17. gunner 022

    Для фокса.
    В крайнем случае пластиковые можно залить эпоксидкой, жосткости добавит.

  18. fox90

    для 3DReplicator,
    вопрос был скорее теоретический, со шпилькой М6 вес выходит в два раза больше чем с М3.
    Но тяги уже собраны на М3 и смысла менять их нет, жесткости им хватает

    • У меня были тяги пластиковые, тоже был уверен, что жесткости будет достаточно. Результаты радовали пока печатал китайским пластиком, когда купил пластик российский недорогой, его плотность оказалась больше. При печати более твердым пластиком, экструдер создает более высокое давление нити, и подающая пластик трубка становится более жесткая. Нагрузка на эффектор значительно увеличивается. При печати более заметен муар на детали, т.е. качество снизилось. Поэтому я решил исключить прогибы тяг абсолютно, применив трубки. Поэтому и вам советую попробовать шпильки, а если будет что-то не устраивать, то переделать всегда можно (я это имел в виду).

      • fox90

        я не точно выразился, у меня шпилька М3 «вмазана» в алюминиевую трубку 8мм, с помощью «эпоксилин момент»
        вышла очень прочная конструкция.
        я думал о том что бы в будущем сделать на шпильке М6 вставленной в алюминиевую трубку, без эпоксилина (диаметры там идеально совпадают). Но после того как увидел насколько прочной выходит первая конструкция, решил что переделывать смысла никакого

        • Понял. Делал так же эпоксилином, только шпилька не во всю длину трубки, чтобы было все ровно и соосно использовал шаблон. Ваш вариант хорош!

  19. fox90

    «Три столба 25х25мм, соединяющие верхнюю и нижнюю части имеют длину (высоту) 600мм» — по STL файлу выходит что сам профиль имеет длину около 575мм, если добавлять нижние крепления, ровно 600 никак не выходит. Уточните длину, спасибо.

    • Именно профиль, соединяющий верх и низ имеет длину 600мм. Общая высота, разумеется, станет больше.

  20. fox90

    и еще, наверное очень глупый вопрос, но никак не могу понять, как держится куллер для охлаждения хотэнда, во что вкручиваются винты? судя по модельке гайку туда не подсунешь, да и держаться ей не на чем.

    • Модель не моя и ,возможно, не лучшая, взята с thingiverse.com Болты вворачиваются в пластик без гаек — этого хватает.

  21. Александр

    Приветствую! А есть ли у вас чертежи и модели для изготовления первого варианта Вашего принтера? Максимум печатных деталей — это хорошо, но в том варианте жёсткость конструкции была на много выше, как мне кажется. А выпилить электролобзиком (или заказать сразу по чертежам) две пластины из какого -нибудь ЛДСП или фанеры — не так уж и сложно. Да и внешне мне он больше понравился, почему то =)

    • Здравствуйте, Александр!
      Внешний вид первого варианта мне тоже более по душе) Вся механика и управляющая электроника размещались в верхней части, поэтому разгруженный низ создает ощущение легкости.
      Жесткость конструкции была не лучшей. Для ее увеличения нужны вертикальные стойки-трубы большего диаметра.
      Чертежи к сожалению не сохранились. Делал принтер по проекту Icepick Delta — https://hackaday.io/project/1565-icepick-delta
      Из минусов — печать по высоте ограничена 130мм.

      • Александр

        Спасибо за ответ! Т.е. чтобы поднять высоту печати до «стандартных» 200мм, нужно удлинить вертикальный стойки каркаса на 70 мм ?

        • Кроме высоты стоек не малую роль играют длина рычагов, длина тяг, радиус на котором расположены оси рычагов.

  22. gunner 022

    А не подсажите — какой длинны внутринние лучи каркаса? А то в каде померить не получается, Я еще его не освоил. Но стараюсь.

  23. gunner022

    спасибо за быстрый ответ. Всё распечатал, приступаю к неспешной сборке и жду электронику. :-)

    • Успехов Вам! Постараюсь за выходные написать статью о некоторых нюансах сборки и настройки.

  24. gunner022

    спасибо. Судя по всему Я не един в желании повторить этот девайз. Будем ждать статью с нетерпением

    • Александр

      Это да, хотелось бы прочесть о нюансах сборки и калибровки =)

  25. Georgy

    Здравствуйте, загорелся желанием построить такой принтер, но меня смущает редуктор ременной.
    Хотелось бы узнать передаточное отношение от шпинделя двгателя до шкива рычага.
    У меня есть мысль избавится от редуктора и увеличть жесткость конструкции.

    • Здравствуйте, Georgy!
      Чем смущает ременной редуктор? Избавиться от него было бы хорошо, конечно не в ущерб качеству и цене.
      Передаточное соотношение 2,5:1
      Делитесь мыслями, тема интересная — обсудим.

      • Georgy

        Избавится от редуктора можно путем увеличения диаметра шкива и вместо зубьев для ремня использовать зубчатое зацепление, шевронное или косозубое.
        Можете пере сохранить сборку в формате IGES, тогда я смогу полностью переделать блок. (Работаю в Компас 3D)

        • Увеличить диаметр шкива в несколько раз не получится.
          По моему скромному мнению, жесткое сцепление будет создавать лишние вибрации на эффекторе. Кроме того, напечатать точно большую шестеренку будет очень проблематично.
          Думал о похожем решении, но несколько в другой реализации- закрепить зубчатый ремень жестко на шкиве зубьями наружу, а шкивом двигателя ее вращать.

          • Georgy

            Нужно определится с профилем зубьев, от этого зависят вибрации. шестерни можно напечатать из PLA (практически не имеет усадки), можно использовать какие-нибудь подушки для двигателя

  26. Здравствуйте.
    Интересует Ваша модель принтера,
    нужна детальная информация о ТТХ аппарата.

    Так же интересует возможность произвести увеличенную модель,
    и другие моменты.

    Подскажите, пожалуйста, как с Вами связаться и обсудить возможности данной машины?

  27. Алексей

    «Минусом данной конструкции редуктора является вибрация при работе левого поддерживающего элемента, который крепится одним винтом. Нужно несколько усложнить конструкцию, добавив жесткости этому краю.»
    А сплошная шпилька-распорка вместо двух верхних винтов влезет? 40-зубый шкив мешать не будет? Сам померить не могу — шкивы еще не пришли.

  28. Алексей

    Подскажите как подключены двигатели? То есть где x y z относительно лицевой стороны. Почему то по диагонали оси получились. Прошивку залил 1 в 1 вашу без фактических размеров. Просто посмотреть как ездят движки. После подключения сразу едет в z-max. Так и должно быть?

  29. Алексей

    И вот что интересно — при высоте печати 210 мм рычаги до концевиков не доходят. А вот при расстоянии 270 — доходят.

  30. Алексей

    Про высоты вопрос снят.

  31. Алексей

    Использую вашу прошивку и почемуто концевики всегда в положении триггед

  32. Относительно лицевой стороны расположение осей такое: фасад — ось X, справа — ось Y, соответственно, слева — ось Z.
    По логике работы прошивки. Да, при включении принтера сразу выполняется команда парковки (G28), т.к. без этого эффектор привязан к другим координатам, поэтому, при включении рычаги поднимаются вверх до срабатывания концевиков. После парковки эффектор должен опуститься вниз на заданную высоту печати, в моем случае 210мм.
    Состояние концевиков в свободном состоянии должно быть «open». Подключены они к разъемам max. Используются механические на плате со светодиодом.

  33. Алексей

    Спасибо с осями все понял.
    При использовании вашей прошивки концевики x y z max в любом состоянии хоть в замкнутом хоть в разомкнутом триггед.
    z probe в замкнутом опен в разомкнутом триггед.
    При изменении ENDSTOPPULLUPS как в прошивке айспик концевики в замкнутом триггед в разомкнутом опен.
    z probe в замкнутом опен в разомкнутом триггед.
    Самих концевиков пока нет использую джамперы так что неисправность концевиков исключена.

  34. Алексей

    И еще — что в пронтерфейсе что репетире оси отражены зеркально. При переподключении разъемов двигателей все едет как положено но при первом включении эффектор едет не вверх а вниз. Впрочем может после подключения концевиков и нормальной отработки g28 все в норму придет.

  35. Алексей

    С концевиками разобрался. У вас с подачей +5. У айспика без.
    Раскомментировал #define ENDSTOPPULLUPS // Comment this out (using // at the start of the line) to disable the endstop pullup resistors
    и заработало без +5.

  36. Денис

    Приветствую.
    Вопрос немного не по теме: а как-то во FreeCAD сборку сделал?
    Что-то мануалы на сайте все предлагают костылить костыли с разной степенью использования изоленты :)

    • Привет, Денис!
      Сборка — набор готовых STL элементов, расположенных в координатном пространстве на своих местах. При конструировании детали моделил по месту их реального расположения, поэтому их размещение точное. Некоторые элементы выставлены инструментами перемещения фрикада, тут точность хуже, так скажем — «на глаз», около 0.01мм. В данном проекте такой точности достаточно. Реально, во FreeCAD собирать не удобно.

      • Денис

        Эх, а я уж надеялся что пропустил какую-то рабочую сборку Assembly workspace :(
        Сейчас так же делаю.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *