Дельтабот — Первые результаты

Дельтабот — Первые результаты

После первой статьи посвященной этой теме прошло достаточно длительное время, но уверяю вас, оно было потрачено не зря. Куплены комплектующие, распечатаны необходимые конструктивы, проведен ряд экспериментов для проверки теоретических выводов приведенных в предыдущей статье.

Фото экспериментального 3D-Принтера построенного на Дельта кинематике Реймона Клавела:

3dreplicator

Общий вид

Вид рабочей зоны:

3DReplicator delta-robot

Рабочая зона принтера

При построении конструкции было уделено внимание эстетической стороне, считаю, что красота и качество обязательно должны пересекаться. Механика привода, экструдер и компоновка электронных компонентов (пока временная):

3DReplicator

Привод шкива и двигатель экструдера

Предыстория проекта началась со случайно просмотренного видео:

Поиск информации навел на статью Experimental IcePick Delta 3D Printer Built without Linear Rods or Bearings на известном новостном сайте посвященном 3d-печати — 3dprint.com , который я могу рекомендовать интересующимся новостями в этой сфере.

В статье рассказывается о парне из Новой Заландии под ником TTN ( зовут его Роберт) , который построил экспериментальный принтер на дельта-робот кинематике. Свой проект он выложил в открытый доступ. Более подробную информацию можно найти на известном сайте хакеров: Нackaday.io Там же содержится аккаунт интересного проекта: FirePick Delta, the Open Source MicroFactory.

Еще ранее, первопроходцем стал любитель, преподаватель плавания,  Дэвид Акерс, проживающий в городе Ноттингеме Великобритания. В мае 2013 года он выставил свой проект RappiDelta на Kickstarter.com  — это был широкоформатный дельта-робот 3d-принтер. Проект не собрал необходимой суммы и был закрыт. Но энтузиаст не оставил своей идеи и через год в июле 2014 года вновь выставил уже новую разработку RappiDelta Jr. Ultra, которая к сожалению тоже потерпела крах. Девид, не смотря на провал кикстартера, отправил бесплатно несколько комплектов для сборки первым желающим его приобрести. На сегодня он увлечен своей работой и больше не занимается разработками. Однако Дэвид выложил бесплатно всем желающим свой принтер RappiDelta J на Thingiverse.com, где в комментариях оставил ссылку на адаптированную под дельта-робот механику прошивку Marlin. Которую в свою очередь стал использовать Роберт из Новой Зеландии, взяв от туда алгоритм расчета координат.

Перейдем от истории к качественной оценке конструкции, а в частности рассмотрим качество и скорость печати, собственно из-за чего все затевалось.

В эксперименте была цель собрать более совершенный принтер чем Prusa i3 (Aurora Z605).

Что же не устраивало меня в Prusa? Перечислю по приоритету:

  1. 1. Как не странно, больше всего- ШУМ при печати. Движущийся стол гремит и резонирует при движении по направляющим,  линейные подшипники шумные. Для их перемещения двигателям нужно определенное усилие, что сказывается на шумовом сопровождении.
  2. 2. Регулировка стола. Стол необходимо регулировать достаточно часто, а это время. Мое мнение- не нуждается в регулировке только неподвижный стол.
  3. 3. Ось Z. Конструктивно в Prussa i3 оправдано применение параллельно двух двигателей на Z оси, но идеальной симметричной работы обоих двигателей добиться практически нереально. В результате, через определенное время одна сторона начинает обгонять по высоте другую. Возникает необходимость в регулировке оси, а затем и стола.
  4. 4. Cдвиг слоев по оси Z. Применение метрических винтов в i3 частично решает проблему, но свое влияние оказывают направляющие валы — они должны быть идеально ровными, и желательно строго параллельно выставленными. Линейные подшипники не должны подклинивать.
  5. 5. Валы (направляющие). Часто не ровные. Необходимо их регулярно смазывать. Следует учесть необратимый износ при длительной работе.
  6. 6. Скорость печати. Prusa i3 довольно качественно печатает, но только на невысоких скоростях. Хорошее качество у меня достигалось при скорости печати внешнего периметра 30мм/сек , а заполнение 50мм/сек. Казалось бы внутреннее заполнение можно печатать быстрее, но при увеличении скорости вся конструкция значительно раскачивается, соответственно качество печати сразу падает.
  7. 7. Тут перечислю, что мне лично в моей версии принтера Aurora Z608 (Prusa i3) было неудобно — доступ к экструдеру затруднен , отсутствие подсветки, отсутствие выключателя питания, отсутствие дисплея и возможности автономной работы, болты регулировки стола прокручиваются.
  8. 8. Хлипкий корпус. При перемещении конструкции изменяется ее геометрия, и появляется обязательная необходимость в последующей регулировке как минимум стола.

 

Построенный 3D-Принтер на кинематике Дельта-робота эти недостатки исправил. По пунктам:

  1. 1. Шум при печати не создается. Двигателей практически неслышно. Громче шумят куллеры обдува и двигатель экструдера во время ретракта.
  2. 2. Регулируемые держатели стола выполнены без пружин, т.е. крепление жесткое. Регулировка стола нужна только один раз и не нарушается даже при переноске принтера в другое место.
  3. 3. Ось Z отсутствует как отдельный элемент механики, поэтому не оказывает влияния на работу принтера.
  4. 4. Сдвиг слоев по горизонтали — в этом пункте есть нюанс — сдвиг слоя иногда наблюдается, но не существенный, и им  можно пренебречь, особенно по сравнению с Пруссой. Если еще скорость печати уменьшить, то артефактов практически нет.  Но нужно стремиться к идеалу, и пути усовершенствования уже прорисовываются. Хотя даже на этом этапе печать качественнее, чем у Z605 (Prusa i3). Ниже я выложу фотографии напечатанных моделей.
  5. 5. Направляющие валы осей отсутствуют в конструкции, есть только обычные подшипники Z608. Износ которых при работе принтера будет минимальным, и ресурса хватит на годы.
  6. 6. Скорость печати выше чем у Прусы при лучшем качестве, но максимально ее увеличить пока не получается. Главным ограничивающим фактором является общая несбалансированность конструкции. Нужна проработка корпуса в сторону увеличения жесткости, и изменения центра тяжести, для устранения вертикальных микро колебаний.
  7. 7. 3D-Принтер имеет выключающуюся подсветку, экструдер типа bowden, выключатель питания, дисплей с карт-ридером с возможностью автономной печати. Стол для печати удобно и точно регулируется при помощи специальных кронштейнов.
  8. 8. Корпус прочный на столько, что принтер можно переносить с места на место, и после этого  печатать без дополнительных манипуляций.

Вот небольшое видео работы принтера:

Видео снято на мобильный телефон, поэтому качество изображения получилось не лучшее.

Ниже видео печати тестового кубика 15х15х15 мм с небольшой скоростью- внешний периметр 30 мм/с, внутренние контуры 45 мм/с, заполнение 58 мм/с

 

Вот модели, которые были напечатаны на 3D-Принтере:

All printed models

Распечатанные модели

Все распечатки моделей делались без изменения скоростей, а именно с примерно такими настройками скоростей:

Внешний периметр 36 мм/с , внутренние периметры 54 мм/с, малые периметры 27 мм/с, заполнение 72 мм/с.

Скорости указанны примерно, т.к. прошивка умеет высчитывать только скорость вращения вала двигателя- это оправдано для принтеров с линейной кинематикой. Но в рассматриваемой конструкции перемещения нелинейные, поэтому скорость печатающей головы будет выше чем рассчитанная прошивкой.

Первыми были распечатаны тестовые кубики 10 мм и 15 мм:

3DReplicator print test cube

Тестовые кубики 15мм и 10мм

Кубики правильных размеров.

На большом кубе видны смещения по z-оси. Думаю, в этом виновато устройство крепления главных шкивов. Реально смещения настолько маленькие, что при небольшом изменении угла освещения их уже не видно.

Если рассмотреть внимательно поверхности граней кубиков, можно увидеть на них некую наложенную текстуру, в виде пересекающихся ровных паутинок. Лучше видно вот на этой фотографии:

3DReplicator baymax

Baymax

Видны паутинки на теле Баймакса,  а особенно выделяется текстура на чемодане этого героя.

По сути — это дефект. Вот фото с увеличением, где можно рассмотреть как ложиться слой:

Layers

Layers

Layers

Layers

Анализирую почему так происходит, я думаю, тут виновата: во первых, низкая дискретизация движения, т.к. в прошивке Marlin добиться вычисления более 50 сегментов в секунду не реально, во вторых, устройство подающего узла экструдера.

Хотя, если посмотреть на этот эффект с другой стороны, то такое наложение слоя, вызывающего появление определенной текстуры на поверхности изделия, можно поприветствовать. Модель смотрится будто специально обработанной. Поверхность получается матовой. Горизонтальные линии слоев в некоторой степени маскируются. В результате изделие смотрится более оригинально.

Еще несколько фото распечатанных изделий:

Bridge

Тест микро-мосты

По идее при печати модели на верхнем фото нужно было уменьшить скорости, но как я говорил, для чистоты эксперимента настройки слайсера не менялись.

3DReplicator

Тест пирамида

 

3DReplicator

Пирамида

 

treefrog

Древесная лягушка

 

treefrog

Древесная лягушка

 

Сова

Сова

 

Сова

Сова

 

Сова

Сова

 

Резюмируя результаты, можно с уверенностью говорить о конкурентоспособности данной схемы кинематики как минимум с одноклассником Aurora Z605 (Prusa i3).

Конечно есть в конструкции некоторые моменты нуждающиеся в более внимательном подходе, но все решаемо.

21 Коммент.

  1. Евгений

    Впечатляет! А что это за модель? Детали руки выглядят напечатанными. Доступны ли для скачивания эти модели?

  2. Евгений

    Задумал было собрать дельта принтер Kossel, но такая схема мне кажется более интересной.

    • Вы правы, кинематика интересная. Остаётся доработать конструктив до максимальной повторяемости, по результатам отпишусь.
      Евгений, по Косселу больше информации, а по этому типу конструкции её практически нет. Со своей стороны я готов поделиться опытом, и буду рад единомышленнику.

      • Евгений

        Отправившись по ссылкам из вашей статьи я натолкнулся на такой вариант дельта принтера http://www.thingiverse.com/thing:231443
        решил собрать сначала его. В этой модели стойки конструктивные являются и направляющими на которых ездят детали из pla (подшипник скольжения). Схему совсем без направляющих пока обдумываю.

        • Евгений, ресурсов (времени, материалов, денег) на сборку даже простого принтера уйдет немало. Может лучше потратить их на сборку уже проверенной конструкции? Выбранный вами конструктив на мой взгляд имеет ряд недостатков: каретки скользящие по алюминиевым направляющим не лучший вариант- быстрый износ приведет к люфтам и потере качества, леска даже плетенка растягивается, шаровые сочленения тяг в таком варианте очень недолговечны.

          • Евгений

            Проверенный вариант конечно лучше, еще лучше купить полный комплект для сборки. И к комплектам Kossel я присматривался.
            Трос они уже заменили на ремень. А износ при трении pla я хочу посмотреть в деле. В одной статье автор решил заменить линейные подшипники на втулки из нейлона.

  3. Light

    очень впечатляет, смогли точно определить скорость печати

    • Здравствуйте, Light!
      Я написал, что «примерно с такими настройками скоростей…», т.е. данные параметры приблизительные. Простейшие расчеты дают коэффициент 4.5 , на который собственно и были умножены выставленные в настройках слайсера величины. Вы правы, просчитать точно скорость перемещения эффектора в данной системе задача нетривиальная, но для примерной оценки производительности пока этого достаточно.

  4. igor

    Здравствуйте. Интересная схема.
    А каковы общие габариты? и габариты области печати?

    • Здравствуйте, Игорь! Общие габариты по высоте 70см, радиус 19см, область печати длина/ширина/высота/ соответственно 20/20/11см . Данный проект скорее экспериментальный, увенчавшийся положительными результатами, и послужил мотивацией для развития этого направления, т.к. потенциал этой кинематической схемы не исчерпан. Работаю над усовершенствованием конструкции и программного обеспечения, без спешки — в свое удовольствие, т.к. проект не коммерческий, скорее хобби.
      Концепция новой конструкции:
      -улучшение точности, увеличение высоты печати до 20см без увеличения общих габаритов,
      -корпус без лазерной резки, при сборке должен обеспечить все размеры автоматически,
      -электронная начинка в отдельном от механики корпусе, для возможности ее простой замены на другую,
      -программное обеспечение с «защитой от дурака», с функцией auto bed level, и правильным обсчетом скорости перемещения эффектора.
      Вот как-то так…

      • igor

        Спасибо что поделились размышлениями.Сам планирую собирать Косселя, собирал его уже много раз в голове)))), но с удовольствием собрал бы принтер по представленной вами схеме,банально не начем распечатать детальки для него. Так же ознакомился с чертежами на данную схему по вашим ссылкам, а так же с увеличением погрешности при смещении печатающей головки к краям.У самого есть пара идей по электронике и программированию для данного семейства принтеров на мой взгляд довольно любопытных и решающих проблему радикально)))Попытаюсь опробовать их на Косселе для начала.

        • Игорь, желаю успехов в реализации идей! По возможности, после, поделитесь воплощением!

          • igor

            Обещаю! и так же буду следить за вашим сайтом с интересом.

  5. fox90

    Здравствуйте, хочу собрать есть целая куча вопросов по деталям, но главное не могу определиться с шаговыми двигателями, на сайте проекта указано только 0.9 шаг, на алиэкспрессе есть нема16, в основном в 3д принтерах используют нема17 вроде

    • Здравствуйте, fox90!
      Нема17 — это стандарт крепления (расстояние между крепежными отверстиями). Можете использовать нема16, но придется переделывать под них крепления.
      Я использовал обычные нема17 с шагом 1.8 град. при этом точность позиционирования была достаточная. При выборе двигателей исходил не только из критерия цена/качество, но и возможности использовать уже имеющиеся комплектующие.
      Я собираюсь на днях выложить свой проект дельта-принтера, возможно, что-то пригодится вам.

      • fox90

        уверен что пригодиться, это будет первая попытка собрать 3д принтер, очень много непонятного пока

  6. richi

    Вы колибровали срествами Mendel ? У меня самодельная дельта, не очень нравится качество печати из-за люфтов в направляющих, задумывался переделать в кинематику как в вашем варианте теперь думаю смогу потом откалибровать или нет под не линейно двигающиеся крепления эффекторов.

    • Здравствуйте, richi!
      Прошивка Marlin адаптированная под этот тип кинематики. Настройка в файле Configuration.h , в нем есть некоторые комментарии к параметрам.
      По обычным дельтам очень много информации, возможно, в вашем случае проще довести до приемлемого качества уже готовую конструкцию ?!
      Если решитесь повторить мой эксперимент, запаситесь настойчивостью и стремлением достичь цели, т.к. по данному типу кинематики инструкций пока крайне мало.

      • richi

        я делал свой принтер в качестве эксперимента, пытаясь создать бюджетную конструкцию с минимумом вложений, в принципе получилось, качество печати вполне удолетворительное для затрат, но вижу что можно улучшить если уйти от не очень хороших направлющих которые я использую. К том же мне кажется что ваша кинематика позволяет создать легко масштабируемое решение, длиной тяг и высотой верхней части от стола можно легко менять рабочую область и габариты самого принтера. А изготовление точного колесного привода помоему намного проще чем линейных направляющих.

Оставить комментарий

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