Главная › Настройки › 3д принтер своими руками пошаговая инструкция. Применение отработанной электроники. Сборка основной конструкции

3д принтер своими руками пошаговая инструкция. Применение отработанной электроники. Сборка основной конструкции

Выход первых аппаратов для 3D-печати вызвал немало восторженных откликов. Поистине, это одна из наиболее ярких разработок сегмента IT в начале 21 века. На данный момент трехмерные принтеры достаточно прочно вошли в специализированные области приборостроения, промышленности и других сфер. Компании, которым нужен высокоэффективный аппаратный производитель небольших деталей, охотно покупают 3D-принтер. Цена, составляющая порядка 100 тыс. руб., их не останавливает, поскольку технологичное устройство себя окупает.

Что касается домашнего пользования, подобные вложения редко оправданы, так как смысл в приобретении такой техники есть. Сама потребность в наличии такого прибора объясняется, как правило, любопытством и желанием поэкспериментировать. Хотя, конечно, есть немало примеров, когда 3D-принтеры активно используются в быту. Так или иначе, методики самостоятельного изготовления инновационного устройства за последние годы обрели массу последователей. Подогревается же этот интерес к «трехмерному производству» успехами домашних мастеров.

Из чего создается принтер?

Как обычно бывает в самодельном творчестве, поле для реализации задумки безгранично. Каждый мастер вырабатывает свои рецепты и технологии, позволяющие воплотить идею в жизнь. И все же 3D-принтер своими руками изготовить без специальных методичек и знаний невозможно. Изначально примером для первых энтузиастов были продукты Z Corporation и 3D-Systems. Наиболее же весомый вклад в индустрию самодельных устройств внесла компания RepRap, занимающаяся разработкой комплектов для принтеров с трехмерной печатью.

Собственно, перед каждым, кто решит сделать подобный продукт, стоит дилемма: воспользоваться комплектом, требующим лишь сборки, или же приобретать комплектующие по-отдельности. Ответ на этот вопрос каждый решает сам, но 3D-принтер своими руками можно сделать только при наличии соответствующих знаний и технических навыков, которые обязательно потребуются в процессе изготовления.

Механические компоненты

Независимо от того, приобретен ли готовый пакет, или решено закупать составные части самостоятельно (желательно в Китае), ни одна сборка 3D-принтера не обходится без следующих элементов:

крепежные детали, при помощи которых формируется каркас прибора;
металлические направляющие для подвижных компонентов;
шестерни, на основе которых будет обеспечена трансляция от электроприводов к движимым узлам;
площадка, которая выступит специальным полем для изготовления объектов;
нагревательное устройство и термопара, с помощью которой будет контролироваться температура.

Сборка основной конструкции

Процесс сборки зависит от набора составляющих. При грамотном подходе его можно реализовать на глаз - но в этом случае надо четко придерживаться конфигурации расположения электропривода, направляющих и головки экструдера по осям. Без специального комплекта 3D-принтер своими руками можно скомпоновать из фанерных листов, подходящих шурупов и зажимов.

Мотор фиксируется каждой оси и будет выступать в качестве источника питания для поясной системы, которая отвечает за передвижение по направляющим. Также на одной из осей следует предусмотреть приводное устройство, за счет которого будет выполняться передвижение платформы. Другая ось, зафиксированная на верхушке 3D-принтера, обеспечит движение экструдера.

Электротехнические устройства

Тем, кто решился на самостоятельные поиски составных элементов, механическую часть вполне можно реализовать из подручных материалов. Но для того чтобы изготовить 3D-принтер своими руками, также понадобится электроника, без покупки которой обойтись не удастся. Для реализации этой части необходим следующий комплект:

выключатели, которые будут отвечать за ограничение печати на «рабочей» области по главным осям;
шаговые электромоторы;
плата с микроконтроллером - данный компонент является одним из важнейших: он обеспечивает печать на 3D-принтере и управляет позициями каретки.

Кроме этого, потребуется экструдер с термодатчиком. Именно он выступит преобразователем материала из твердого состояния в мягкий расплав.

Подключение электроники

На этом этапе нужно реализовать установку центрального стержня (опоры) и головки экструдера, от которого зависит работа 3D-принтера и, в частности, техника печати. Далее последует соединение площадки для печати и элементов нагрева. В завершение останется подключить монтажную плату и обеспечить соединение кабелей с нагревателями, блоком питания и температурными индикаторами. Соединение проводов, как и другие операции, не вызовут проблем у тех, кто знаком с базовыми правилами радиотехники. Во многом ход работы схож с установкой перемычек на компьютерной «материнке».

Важно помнить, что от надежности каркаса во многом зависит, насколько качественной выйдет печать на 3D-принтере, поэтому все зажимы, крепежи и соединения следует выполнять максимально точно - без отклонений в пропорциях и последовательности.

Кроме этого, здесь же стоит предусмотреть возможность изъятия «рабочей» площадки. В ходе эксплуатации неизбежно возникнет необходимость ее чистки, поэтому зажимы должны легко отсоединяться. К слову, специальные комплекты располагают ZIP-локами, которые позволяют без труда фиксировать монтажную плату. Впрочем, их качество редко бывает высоким, поэтому следует быть готовым к замене фиксаторов.

Работа аппаратной начинки

Обработанный слайсером код передается в оперативную память устройства, после чего микроконтроллер начинает свою работу. В процессе исполнения алгоритма электроника может корректироваться в зависимости от состояния термодатчиков. Кроме этого, система управляет параметрами, в соответствии с которыми двигается экструдер для 3D-принтера и отслеживаются характеристики температуры. От корректности дозирования и выдавливания расходного материала будет зависеть качество полученного трехмерного объекта.

Точность печати и ее повышение

Помимо настройки контроллера немалую роль в параметрах работы каретки, напрямую определяющей точность печати, играет и шаговый мотор. Сразу важно отметить, что самодельный 3D-принтер, цена которого составит от 30 до 50 тыс. руб., несомненно, обойдется дешевле фирменного. Желательно обеспечить его производительным электроприводом. Этот мини-агрегат применяется для передвижения головки экструдера и определяет чувствительность его работы. Например, при 360-градусном повороте шпинделя число шагов электродвигателя составит 200, соответственно, будет обеспечена точность в 5 мкм. В случае если количество шагов будет 400 — точность обеспечивается на 2,5 мкм. Таким образом, электропривод, располагающий наибольшим числом шагов, сможет гарантировать и более высокую точность.

Программное обеспечение

Основная задача программы для 3D-принтера заключается в переводе трехмерной виртуальной модели в понятный контроллеру алгоритм. Далее, в соответствии с параметрами этого кода, путем нарезки будет осуществлено изготовление объекта именно в том виде, в котором была сохранена модель на компьютере. В этом плане важно отметить, что не всякий файл подойдет для принтера - на сегодняшний день чаще используется формат STL. Сделать конвертацию труда не составит, но для последующей обработки кода и предоставления его микроконтроллеру необходимо соответствующее ПО.

В фирменных устройствах компании специально разрабатывают софт, предназначенный для конкретных моделей. По сути, это несложные программы для 3D-принтера, которые также называются слайсерами. С подобными функциями справляются и приложения типа Skineforge, Slic3r и Kisslacer. Для плодотворной работы также потребуется 3D-редактор, который будет сохранять заготовки в файле STL. Стоит отметить, что при использовании крупных моделей принтер может некорректно выполнить нарезку из-за недостаточной площади платформы. Решение таких проблем заключается в элементарном разделении виртуального объекта на несколько частей.

Собственно, сама мысль собрать принтер своими силами возникла примерно год назад после прочтения статьи на вики про RepRap принтеры. До этого ничего не собирая сложнее корпусов для компьютера, было трудно оценить всю сложность предстоящей работы. Но, листая страницы дальше, обнаружил, что все схемы, чертежи и инструкции присутствуют и более того даже на русском языке.

Немного погодя, оказалось, что все компоненты стоят вместе как готовый принтер и настрой сильно упал (Ох уж эти московские перекупщики), но на помощь пришел Китай со своими сверхдешевыми электроникой и электромеханическими компонентами. В порыве радости был заказан комплект электроники RAMPS 1.4 (Как самый простой в использовании по отзывам), 5 шаговых двигателей типа nema 17 (момент удержания должен быть не меньше 1.5кг/см, но я взял аж 4кг/см), 2 метра приводного ремня размера t2.5 с двумя алюминиевыми шкивами по 20 зубьев, а так же нагревательную платформу (mk2a самая распространенная), так же нужно не забыть взять 12 линейных подшипников lm8uu. На всё я потратил чуть больше 13 тысяч рублей, что, согласитесь, несколько меньше, чем, даже, комплекты для самостоятельной сборки в магазинах.

Спустя 2 месяца ожидания

За эти месяцы я успел познакомиться на форуме с несколькими интересными людьми, один из которых любезно распечатал на своем Replicator2 детали для моего принтера (Я выбрал конструкцию Prusa Mendel i2 из-за её дешевизны и простоты сборки). Кстати говоря, точность изготовления деталей мало на что влияет и, в принципе, можно их делать хоть из ложек, я лично сделал часть деталей для рамы из толстой фанеры. Большой проблемой было найти направляющие валы, которые стоят от 600 рублей за метр (Каленые и прочные, т.е. избыточная прочность), но решение было найдено на рынке: обычные прутки из нержавейки диаметром 8мм отлично подошли (Нужно всего 3 метра, как и что резать, написано на Вики), так же 6 метров шпилек м8 и 6 подшипников 608 (Как в роликах и скейтбордах). В качестве блока питания можно использовать что угодно от 400Вт 12-19В. Забрав с почты последнюю посылку (Не буду говорить про нашу почту, все и так всё знают. Битые и мятые коробки, ожидание, потерянные извещения), я понял, что предстоит много работы.

Первый блин комом

Самую сложную (как выяснилось позже) деталь решено было сделать самому, а именно hotend или сопло. Мой совет: если у вас нет токарного станка и вы не знаете тонкости изготовления хотендов, не беритесь за это. Было потрачено много времени и денег, но сопло было готово (спасибо сайтам и форумам), кстати, как выяснилось, готовое решение стоит 1500 рублей и это в два раза меньше, чем я потратил на свой хотенд. (Если кто-то всё же решится, то советую делать сопло сменным, а в качестве нагревателя не использовать резисторы из магазина, закажите керамический 12В 40Вт из Китая).

Собирать раму и подключать электронику по инструкции не сложно, но долго из-за возни с более чем 50 гаек и винтов.

Самая простая часть позади, предстоял самый долгий этап: настройка. Электроника основана на Ардуино, так что, проблем ни у кого возникнуть не должно. Собственно, нужно в прошивке настроить количество шагов по всем осям и на экструдере, так же настроить концевые датчики, откалибровать высоту и горизонтальность платформы, выбрать правильные термисторы. Кстати говоря, я начинал печатать ABS пластиком без нагревательной платформы на легендарном Синем Скотче. Важно: ABS нельзя печатать без нагревательной платформы, потому что неминуемо будет деформироваться деталь при остывании и все края загнутся наверх.

Детский восторг и осознание того, как много всего надо решить.

Работа над ошибками

Первым делом, я прикрутил нагревательную платформу, которая дала такой потрясающий результат с первого раза:

Ничего не отклеивается и не загибается даже на деталях такого размера. Но были и минусы: синий скотч оставался на деталях и его приходилось переклеивать каждый раз. плюс ко всему, перегорали резисторы раз в неделю стабильно и был заказан нагреватель из Китая.
Печать шла, вроде бы все хорошо, но хотелось большего. Засел за редактор и через пару дней родил проект нового принтера, больше, выше, солиднее. Рама из толстой фанеры, части напечатанные, все шло хорошо, но, собрав всё воедино, оказалось, что направляющие не параллельны и прочее и прочее, в итоге проект был заброшен.

Провал не давал спокойно спать и многие дни я думал надо новой конструкцией. Идей было много, некоторые удалось реализовать, но как это и бывает, с косяками, потому не буду надолго останавливаться на этом.

Музой стал принтер Prusa Mendel третьего поколения с фанерной рамой (Правильно читать не «пруса», а «прюша», т.к. это Чешский парень Йозеф Прюша). Как раз под рукой оказался станок для лазерной резки и автокад. Долгие вечера перед монитором, 3 разные версии.

Не обошлось без напечатанных деталей, но их было уже гораздо меньше: всего 3 каретки и 3 держателя концевиков.

Печать всех частей заняла около 9 часов. В то время я порезал фанеру (Покупайте для резки фанеру в магазинах, потому что на рынках она вся в сучках, которые не прорезаются нормально) и собрал первую версию рамы.

Ставка была сделана на высоту, она составила немного больше полуметра, что давало рабочую область высотой в 420мм, вряд ли вы найдете похожий.

Первое время я использовал пруток 3мм в силу его дешевизны, но для его подачи в экструдер необходимо использовать редуктор. печать неплохая, но подающий болт порой забивается и сам экструдер получается большим.

В следствии, было решено перейти на пруток меньшего диаметра, 1.75мм (Благо, сейчас полно производителей появилось) с маленьким экструдером без редуктора и с большей точностью подачи.

Советую всем сразу печатать прутком 1.75, потому что это реально удобнее. 3мм- это архаизм со времен использования сварочного прутка.

Идеальная машина

Само собой, работы еще предстоит много, но, могу сказать, что это вполне законченный продукт, который, при желании, можно повторить самому. Принтер не отличается ни сверхточностью, ни скоростью печати. Это обычный принтер на уровне того же Prusa i3, просто он выше и удобнее. Хочется сказать, что любой принтер можно настроить так, что он будет не хуже покупных монстров с ценником за 100.000, на который вы потратите не больше 15.000 рублей. Форумы и блоги пестрят различной информации, Китай доставляет что угодно за смешные деньги, так почему бы не сделать это самому?

*пару фотографий последней версии:

Самостоятельное создание аддитивного принтера — трудоёмкий процесс. Такое устройство не получится сделать за один вечер, а его настройка также может занять дополнительное время. Стоимость сборки при самостоятельном поштучном заказе компонентов может превысить цену бюджетного 3D-принтера, изготовленного фабрично. Но приложив некоторое количество усилий и ознакомившись с рекомендациями по сборке, вы сможете создать 3D-принтер своими руками, и он будет идеально подходить под ваши потребности.

Выбор и покупка деталей

Сборка 3D-принтера своими руками обойдётся дешевле всего, если заказывать детали в китайских интернет-магазинах. Самый популярный сайт, на котором можно найти весь набор комплектующих — AliExpress. Для формирования списка компонентов определитесь с конструкцией будущего устройства. Если у вас нет опыта в создании подобных девайсов, воспользуйтесь тематическими форумами для поиска списка комплектующих и последовательности их сборки своими руками. В случае отсутствия определённых элементов — их можно заменить на другие, при условии совместимости характеристик.

Какой бы ни была выбранная конструкция, вам понадобится стандартный комплект основных компонентов:

Набор проводов и винты, чтобы собрать 3D-принтер своими руками.
Корпус аппарата или металлическая рама для принтеров открытого типа.
Блок питания на 12В.
Комплект электроники (зачастую Arduino Mega 2560 R3 + шаговые драйверы).

Обратите внимание! Чтобы сэкономить при покупке на AliExpress, используйте сайты, предоставляющие cashback. Фиксированный процент от каждой покупки будет возвращён на личный счёт после подтверждения заказа. Деньги с этого счёта вы сможете вывести на карту или кошелёк электронной платёжной системы.

Сборка корпуса

Чтобы сделать корпус трёхмерного принтера, подойдёт любой материал достаточной жёсткости, поставляемый в листах. Первым делом следует смоделировать конструкцию или найти готовую схему в Интернете. После этого можно приступить к вырезанию отдельных деталей. При наличии электролобзика или другого инструмента для резки такую работу можно выполнить самостоятельно. Если нужных инструментов нет, рекомендуется заказать услуги лазерной резки.

Для работы с ABS-пластиком предпочтительна закрытая конструкция устройства, сохраняющая высокую температуру в камере. Быстрое или неравномерное застывание такого пластика может вызвать трещины или привести к осаждению печатаемой модели. Если же вы планируете использовать принтер для печати при помощи полилактида (PLA), используйте открытый корпус или предусмотрите возможность его открытия. Печать этим типом пластика требует отвода тепла и постоянного охлаждения.

Для корпуса 3D-принтера подойдут листы толщиной 6 мм. В зависимости от выбранного материала, они могут быть прозрачными или нет. При недостаточной жёсткости конструкции установите алюминиевые или стальные уголки по бокам. Также можно сделать корпус из небольшого телекоммуникационного шкафа или другого предмета. При наличии второго 3D-принтера детали корпуса нового устройства можно распечатать на нём. Самые популярные материалы, применяемые для создания каркаса своими руками:

Фанера;
Монолитный поликарбонат;
Акрил.

Важно! Корпус из фанеры хорошо гасит вибрацию, возникающую при печати.

Установка деталей и окончательная сборка

После изготовления корпуса нужно установить компоненты принтера и настроить работу электроники. При сборке важно соблюдать правильную последовательность установки деталей. Учитывайте, что в процессе работы устройства может проявляться вибрация. Все винты должны быть хорошо затянуты, а основные компоненты аппарата необходимо прочно зафиксировать. По окончании сборки проведите пробную печать на созданном 3D-принтере.

Важно знать! Как правило, окончательная стоимость 3D устройства, сделанного своими руками, составляет 20-30 тысяч рублей.

Обучающее видео: 3D принтер своими руками за $155

Как это работает

Принцип создания объекта также может по факту быть разным – от фрезерования, до нанесения пластичного материала в виде заданной формы послойно. Уже сейчас существуют большие строительные модели, которые «печатают» дома из бетона, имеются и сенсационные слухи о попытке печати на принтере живых органов.

При этом можно «спуститься на Землю» и сделать своими руками подходящую модель для поделок, конструирования или других прикладных целей. Итак, собираем 3D принтер своими руками – сколько времени это может занять? Все зависит от выделенного времени, от инструкции, в целом, на сборку уходит максимум несколько дней, устройство помещается на небольшой стол.

Подготовка к сборке

Начнем с того, что соберем 3D принтер H BOT своими руками – речь идет о доступной методологи сборки, включающей схемы и даже видео. В результате устройство поможет вам делать небольшие объемные фигурки.

Это устройство может существенно помочь в моделировании, дизайне или мебельном производств, а также если сделано просто для интереса и домашних дел. В конце концов такую штуку можно просто продать и на этом заработать.

В промышленной сборке используются технологии:

лазерного попиксельного нанесения пластичного вещества;
лазерного спекания пластика;
струйную, выдавливающую на форму разогретый пластик.

С первого взгляда третий метод является самым доступным, но опять же остается вопрос реализации такого оборудования, которое на практике состоит из целого ряда металлических направляющих, позиционирующих печатную головку. Фактически вы можете сделать девайс, печатающий цветы на пирожных или тортах, учитывая специфику создания подобных кондитерских изделий. При этом с девайсом, печатающим из пластика, его будут роднить общие элементы и конструкция.

Что потребуется:

датчики, которые будут считывать характеристики наносимого вещества, в случае пластика речь идет о замерах температуры в сопле экструдера и стола, где происходит формовка;
шаговые двигатели с функцией микрошага, которые будут заниматься позиционированием печатной головки (есть готовый комплект H bot);
концевые датчики, отслеживающие точность движения и соответствие системе координат;
термисторы;
нагревательные элементы для печатного вещества.

Если вы будете печатать кондитерские изделия из теста или крема, в зависимости от его состава и консистенции может потребоваться нагревание или охлаждение материала, а также перемешивание, чтобы сохранить наносимую массу пластичной. Вариаций на тему может быть множество, но мы рассматриваем общий случай создания 3D-печатного устройства. Для тренировки можно использовать комплекты «сделай сам», H bot и пошаговые инструкции – так называемые Rewrap 3D, предназначенные именно для самостоятельной сборки. Они работают в основном на базе акрила, с помощью которого получают различные фигурки или детали из пластика.

Выбираем лучшее из имеющегося опыта

Итак, собираем 3d принтер своими руками. Сделать его из отдельных комплектующих, например, датчиков и шаговых двигателей, могут себе позволить только инженеры-кулибины. Для большинства людей воплощение в жизнь такой задачи даже при наличии проекта – это не реализуемая идея. Однако, можно пойти другим путем и использовать готовые модули, из которых получается готовое устройство. Общий принцип сборки, надеемся, уже понятен.

Осталось выбрать готовые модули, которые могут быть использованы в самостоятельной сборке такого устройства (на фото):

Конструкция представляет собой корпус, собранный из отдельных деталей, выполненных по чертежам из фанеры на лазерной резке. Пример можно посмотреть у UltiMaker Original (предлагаем пошаговую инструкцию на английском в PDF в виде слайд-презентации, всего 109 страниц). Можно начинать работы, сделав стол для 3D принтера.

Позиционирующая рамка (ее также называют скоростной кинематикой), самая лучшая и точная – это H BOT. Она есть в продаже и представляет собой уже готовую рельсовую рамку, обеспечивающую отличную базу позиционирования сопла на рельсовом механизме. H BOT впервые показан был в устройстве от Replicator 5, аналог есть MakerBot.

В качестве электроники в самостоятельно собранных моделях себя отлично показал RAMPS 1.4 c прошивкой MARLIN.

Экструдер МК8, требуется небольшая доработка, но вполне реально даже для неопытных мастеров, в качестве хотэнта (термонагревателя для акрила) используется E3D V6, который оптимизирован термотрубкой.

В качестве основы, опыт показывает, лучше всего подходят полупромышленные модели Signum Thingiverse, а также ZAV, которые можно найти на Робофоруме.

Корпусные рамки доступны уже в продаже, но их можно сделать по собственным чертежам, которые составляются по визуальному примеру. На их базе можно увидеть не один 3D принтер, собранный своими руками.

Итоговые параметры самодельного 3D принтера

Размеры заготовки 20*20*20 см.
Материал – любой пластик с диаметром нити 1,6-1,9 мм;
Скорость печати – 200 мм/с, высокоскоростная подача материала.

Некоторые важные дополнения к пошаговой инструкции

Необходимо изолировать шаговые двигатели и установить на них охлаждение;
Чтобы получить термокамеру, конструкцию собираем со стеклом. Особенно оно актуально при установке второго экструдера с целью повышения скорости печати и создания более сложных форм.
Также можно заимствовать позитивный и известный многим опыт китайских разработчиков makeblock на платформе i3 – речь идет о фирменной раме, доступной в продаже. Для управления с компьютера используется arduino mega 2560+ ramps с софтом printrun, который можно свободно скачать.

Что такое Arduino MEGA 2560? Это микроконтролер на основе ATmega2560. В него входит все необходимое для управления периферическим устройством типа 3D принтера. Arduino представляет собой довольно сложное устройство для неопытных пользователей, с которым однако, можно просто разобраться при необходимости. Можно использовать рекомендованный микроконтролер RAMPS 1.4. Для сборки рекомендуем собирать по PDF файлам, показанным выше.