Содержание
За 3D-печатью будущее производства. Уже сейчас технологии создания вещей таким методом развились до того, что каждый радиолюбитель может собрать печатный станок у себя дома. Если есть желание создать 3D-принтер своими руками, Arduino может стать его основой.
Список материалов
Список необходимых материалов для создания принтера достаточно обширный.
Электроника:
- плата Arduino серии Mega 2560;
- 1 шилд для Arduino Ramps 1.4 (связующее звено между платой и принтером);
- 4 драйвера для шаговых двигателей модели A4988;
- 4 шаговых двигателя модели 28BYJ-48 и 1 двигатель модели Nema 17 (устройства, обеспечивающие перемещение печатающего элемента по полю);
- 3 оптических концевых датчика (приборы для контроля габаритов объекта);
- 1 экструдер модели E3D V5 либо V6 (устройство для продавливания нагретого пластика).
Корпусная часть строится из МДФ-плит и направляющих.
Материал | Тип | Количество, шт. |
Плиты МДФ | 30х40 см | 1 |
6х4 см | 2 | |
34х6 см | 1 | |
15х4 см | 1 | |
Подшипники | Линейные в круглом корпусе LM8UU | 12 |
Шкивы | GT2 | 2 |
MK8 | 1 | |
Зубчатый ремень | GT2 | 1 |
Трубка | PTFE | 1 |
Направляющие стержни | Длина — 22 см | 2 |
Длина — 17,5 см (диаметр — 8 мм) | 4 | |
Вал | Резьба М5 | 1 |
Шестигранные гайки | М5 | 2 |
М4 | 20 | |
М3 | 10 | |
Винты | М3×16 мм | 8 |
М3×25 мм | 6 | |
М4×45 мм | 4 | |
М4×60 мм | 2 | |
М4×20 мм | 4 | |
Шурупы | Маленькие | 12 |
Для сборки 3D-принтера необходимо также изготовить крепежные детали.
Все составляющие нужны с запасом, потому что ошибок при построении подобных конструкций избежать сложно.
Стоимость комплектующих (электронных и механических) — 4000 руб. Снизить ее можно путем применения более дешевых элементов и материалов:
- вместо МДФ-плит использовать ЛДСП-изделия;
- вместо модели Mega купить Arduino Uno;
- вместо оригинальных плат Arduino приобрести китайские аналоги с AliExpress, которые имеют те же характеристики и ту же распиновку (за этим нужно проследить дополнительно).
Необходимые инструменты
Для сборки компонентов понадобятся:
- Отвертки.
- Гаечные ключи.
- Гравер для доработки элементов.
Вместо отверток можно использовать шуруповерт. Инструменты (насадки) должны быть разных размеров, чтобы закручивать все гайки и винты.
Пошаговая инструкция
Порядок создания 3D-принтера таков:
- собрать ось Y;
- подключить элементы;
- собрать ось X;
- собрать ось Z;
- сконструировать печатный стол;
- провести отладочные работы.
Создание оси Y
Предварительно нужно модифицировать моторы 28BYJ-48, сделав их биполярными.
Инструкция по формированию оси Y:
- Скрепить клеем 2 МДФ-плиты.
- Установить распечатанные детали типа Motor и Z-Motor.
- Прикрепить детали винтами.
- Установить в свободные пазы двигатели.
- Установить подшипники.
- Зафиксировать подшипники стяжками из пластика.
- Установить шкив.
- Установить рядом со шкивом подшипники типа 624ZZ.
- Закрепить направляющие (17,5 см).
- Натянуть ремень, используя деталь Y-End.
- Закрепить концевой датчик.
Подключение элементов
Чтобы переделать однополярный шаговый двигатель в биполярный, нужно:
- Снять крышку.
- Отпаять красный кабель.
- Разомкнуть дорожку, к которой он шел.
- Подключить выход с другой стороны шины в таком порядке: голубой — желтый — оранжевый — розовый.
Ось X
Собрать ось X можно так:
- Установить 2 болта M4x45 мм в деталь типа X-End.
- Закрепить в ней двигатель.
- Натянуть ремень.
- Подсоединить оптический датчик.
- Установить экструдер (понадобятся 2 болта M3x25 мм и гайки).
Ось Z
Для создания оси Z необходимо:
- Закрепить подшипники в деталях X-Carriage и X-End.
- Установить конструкцию на направляющих (17,5 см на ось X и 21 см на ось Z).
- Соединить вал и двигатель.
Стол для печати
Эта конструкция создается так:
- Выбрать деревянную плиту размером 20х13 см.
- Высверлить в ее углах отверстия диаметром 3 мм.
- Ввернуть в отверстия болты типа M3x25 мм.
Финальные штрихи
После формирования всех составляющих принтера останется собрать конструкцию полностью, подгоняя под нужные размеры все элементы.
Подключение электроники
Сначала все элементы принтера подключаются к драйверу Ramps 1.4. Далее эта деталь присоединяется к плате Arduino Mega.
Для обеспечения контакта проводов понадобится шлицевая отвертка, чтобы отжимать и зажимать клеммы.
Все работы по подключению элементов нужно проводить на обесточенной плате. Иначе велика вероятность получить короткое замыкание контактов.
Блок Ramps 1.4 | Элемент 3D-принтера |
D8 | Нагревательный элемент |
D9 | Пластиковые экструдеры |
D10 | |
X | Конструкция оси X |
Y | Конструкция оси Y |
Z | Конструкция оси Z |
11 А 5 А | Питание |
END STOPS | Концевые датчики от каждой оси |
Запутаться при подключении не получится, т. к. все блоки и их составляющие подписаны.
Далее необходимо соединить драйвер с Arduino, т. е. наложить шилд Ramps 1.4 на плату Arduino Mega. Контакты типа «мама» на Arduino должны совпасть с выводами типа «папа» на шилде.
Аналог драйвера — CNC Shield v3. Плата также применяется для связи элементов управления и принтера друг с другом. Шилд совместим с «Ардуино Уно». Поэтому, чтобы его использовать, понадобится переписать прошивку принтера для этой платы. Наименования выводов изменятся, часть данных придется переместить во Flash-память, т. к. ОЗУ у микроконтроллера второй платы меньше, чем у процессора Mega-версии.
Программное обеспечение
Код, управляющий принтером, надо загрузить в плату Arduino Mega. Скетч представляет собой G-код, который используется во всех ЧПУ-станках. Для его формирования есть автоматическая утилита, которая сама рассчитывает необходимые данные по установленным параметрам.
Шаблонный вид G-программы:
%
O0003 (qewrtyu) (номер и название программы)
G00 Z0.7 (поднятие инструмента на безопасную высоту)
G00 X0 Y0 (перемещение инструмента к точке начала фрезерования)
G01 Z-2 F60 (опускание инструмента на необходимую глубину фрезерования)
G01 X0 Y200 F60 (фрезерование 1-й стороны)
G01 X0 Y0 (фрезерование 2-й стороны, возврат к точке начала фрезерования)
G00 Z0.7 (поднятие инструмента на безопасную высоту)
M30 (конец управляющей программы)
%
Скетч можно загружать через программатор, созданный с применением SPI-интерфейса. Некоторые китайские аналоги Arduino имеют в своем составе микросхему (CH340 различных модификаций), которая является преобразователем SPI-USB. С ее помощью можно программировать микроконтроллер на плате через USB-интерфейс.
Настройка и калибровка
После сборки необходимо загрузить любой скетч в микроконтроллер и запустить печать, чтобы проверить, насколько хорошо откалиброван 3D-принтер Arduino. Для теста печатается небольшой куб объемом 1 см³.
Причем лучше провести не один опыт, а несколько. Так получится проследить работу принтера при различной нагрузке: одно дело — напечатать пару небольших кубиков, совсем другое — непрерывно создавать много объектов.
Параметры, устанавливаемые при печати:
- Габариты по осям.
- Точность — 0,2 мм.
- Скорость печати — 1 см/с.
Максимальный размер объекта, который можно напечатать на таком принтере, составляет 10 см³.
Изучая образцы, можно убедиться, что точность печати со временем снижается и слои смещаются. Виной всему — перегрев двигателей.
Исправить этот недочет можно так:
- Установить шаговые двигатели на микрошаг 1/16.
- Настроить ток на минимум (греет двигатели ток, а не напряжение).
Радиолюбителям не запрещено изменять прошивку 3Д-принтера по своему усмотрению. Оптимизация кода (сокращение математических операций) может улучшить качество печати.