Шагаем вперед - рельсы и драйвера TMC2100

Пролог.

Когда я еще только начал собирать свой D-Bot уже предполагал, что возможно в будущем захочется перейти на рельсы, но опасался что зароюсь в большом количестве изменений, поэтому решил собрать принтер по изначальному проекту, на роликах, а уже имея рабочий принтер решать куда дальше развиваться.

И возможно идея с рельсами потерялась, если бы не проблема с роликами - они постепенно стачивались, оставляя вокруг черную пыль. Попытки все настроить проваливались - колеса продолжали постепенно терять в объемах. Не знаю кто виноват - то ли некачественные комплектующие, то ли неточная настройка кинематики, но надо было что-то предпринимать пока принтер еще печатал и мог сам себя обновлять.

Судя по кадрам с этого видео проблема встречается у многих на разных роликах:Выбор рельсовых направляющих.

Переход на рельсы тормозился сложностью выбора. Если отбросить экзотические варианты, то остаются по сути два:

• Покупка дорогих рельс марки HIWIN
• Покупка китайских аналогов на Алиэкспресс
  
  

Первый вариант отпугивал ценой. Закинув несколько удочек в разные интернет магазины я получил ценник в районе 13 т.руб. за комплект из 3-х рельс с каретками на оси X и Y. Цена сильно отпугивала и заставляла разобраться во втором варианте.

Китайские аналоги - это копия корейских HIWIN, но выполненная на кустарных местных заводах, отчего цена за комплект уже выходила в районе 3 т.руб. Но судя по отзывам качество не только плавает, но и довольно низкое изначально. Как минимум требовалось после получения рельс все разобрать, промыть в спирте и заново смазать. Если оставался тугой ход, то полировать рельсы зубочисткой и пастой гои.

В худших вариантах можно наблюдать как китайцы просверливают отверстия в каретке под шарики - с двух сторон и встретившись в центре они немного не сходились, отчего шарики упирались и каретку закусовало. Но такое наблюдается не у всех. Поэтому можно было рискнуть, заказать китайские рельсы и надеяться получить нормальное качество после промывки и смазки. Но есть счастливчики, у которых все было отлично 'из коробки'.

Вопрос качества главный, но не единственный. По оси Y в идеале нужны были две рельсы по 280 мм. 300 мм не помещались без хирургического вмешательства, а 250 мм без запаса для 200 мм по оси Y (из 250 вычитаем длину каретки почти 50 мм). С HIWIN проще - рельсы продаются по метру и в один метр укладывается два отрезка по 280 мм и один по 420 мм.

С этими мыслями я бродил пока не наткнулся на интернет-магазин с приятными ценами на HIWIN. Цена выходила почти в два раза дешевле чем озвученная ранее и составляла 7.5 руб. Дороговато, но уже терпимо для варианта купить надежные комплектующие и забрать уже на следующий день. В итоге я сдался и заказал рельсы у них :) Было куплено три каретки MGN12HZ0HM и метровая рельса MGNR12R2000HHC.После оплаты уже на следующий день метровая рельса была распилена на складе на две по 280 мм и одну 420 мм. Математически третья выходит в районе 440 мм, но такая длина никак не влезает на ось X. Распил не очень точный (+- 1 мм), но для нашего применения подходит.

Выбор проекта переделки D-Bot.

Итак рельсы куплены и необходимо решиться какой проект переделки взять за основу. Самому все разрабатывать не хотелось, да и заранее уже нашел, что есть несколько достойных проектов для повторения. В итоге выбор был между двух проектов:

• D-bot linear rail upgrade kit от Игоря Tickk07
• MGN12H Upgrade Kit for D-Bot

Первый проект позволял оставить практически без изменений держатель экструдера на оси X, но требовал замены профиля и изменения держателей осей Y. Второй проект наоборот позволял быстро обновить ось Y, но требовалось переделать держатель экструдера. Т.к. у меня стоит Титан, то я склонялся все-таки к первому проекту от Игоря.

К тому же у него были еще дополнительные преимущества:

• Облегчение профиля по оси X, что должно немного скомпенсировать появление тяжелой рельсы.
• Эксплуатация рельс по Y в горизонтальном направлении, что более правильней - нагрузка ложится на шарики с обеих сторон в отличии от вертикального варианта, где нагрузка ложится больше на одну (верхнюю) сторону
  
  

К тому же в шкафу завалялся профиль 20х20, поэтому ничто уже не могло остановить от перехода принтера на рельсы :)

Подготовка, сборка и настройка.

Вариант 'распечатал и поставил' не подходил. Для начала надо было адаптировать детали под уже нарезанный рельс 420 мм, когда по проекту должен использоваться рельс 400 мм. Это я довольно быстро сделал вырезав по 12 мм с каждой стороны (фото чуть ниже). Попутно разобрался почему при редактировании stl в Солиде все слайсера кроме Repetier-Host ругались на габариты - оказывается при импорте стояли единицы измерения 'метры' и только Repetier-Host умел понимать это и переводить в миллиметры :)

Второй вопрос, который надо было решить - это крепление рельс к профилю винтами М3. По хорошему надо было использовать Т-гайки, которые легко вставляются в профиль сверху. Но на Соберизаводе именно М3 нет, а ждать посылки из Китая очень не хотелось. Попытка спроектировать и распечатать такие из пластика под гайку провалилась - слишком маленькая деталь выходила.

Пришлось спроектировать сухарь М3 под V-слот т.к. вариант с thingiverse не выдержал усилия из-за отсутствия верхней части. В итоге вышла неплохая конструкция:Но с большим минусом - чтобы вставить в профиль необходимо добраться до ребра, а значит немного разобрать принтер.

Для печати всех деталей я достал с полки синий RELAX от REC, который прикупил при распродаже со скидкой 30%. Пластик интересен отсутствием усадки и довольно хорошей прочностью, но достаточно 'соплив' и требует охлаждения, хотя производитель пишет что не требуется.Печать растянулась на два дня и в итоге был собран весь комплект для переделки принтера:Все винты взял из того что было в наличии. М5 нашел только 50 мм, в последствии доеду и докуплю 45 мм.

В последний раз смотрим на ролики и приступаем к демонтажу.Тут много времени не заняло. Больше все пришлось повозиться засовывая сухари М3 в профиль - пришлось снять два двигателя, поэтому сильно рекомендую запастись Т-гайками заранее :)Далее собираем держатели по YТут как-раз виден вырез, который нужно было сделать под 420 мм рельсу.

Далее переходим к оси XТут все просто - пилим профиль 20х20 по размерам, крепим рельсу и ставим две дополнительные детали, которые потом аккуратно подходят в отверстия под винты для роликов.

Регулировка параллельности рельс довольно простая - т.к. в каретках отсутствует люфт, то первую рельсу ставим ровно по инструментам из проекта, а вторую затягиваем уже передвигая все конструкцию от одного края к другому.

В итоге к вечеру все было собрано.Для истории сфотографировал все ролики и что с ними сталоПри съеме каждого ролика приходилось мыть руки т.к. они моментально становились черными. Но теперь это история, ролики остались только на оси Z, где за счет малых нагрузок живут пока неплохо, но с ними в будущем тоже хочу что-нибудь сделать.

Принтер собран, хочется что-то распечатать и посмотреть, но теряюсь в выборе модели для теста. В итоге печатаю первый попавшийся тестовый кубик:Сопло 0.4, все тот же RELAX, слой 0.1. Получилось вполне неплохо, хуже точно не стало :)

Далее я решил этим сопливым пластиком распечатать башеньку - дело неблагодарное, недавно в комментах кто-то писал, что вот чем не надо печатать, так это RELAX'ом, но я попробовал :)Результат ожидаемый, но в целом не все так плохо :)

Драйвера ТМС2100.

Драйвера я заказал еще в апреле, но из-за майских праздников посылка почти пол месяца провалялась где-то на складах Почты России и наконец-то добралась до моего отделения, попутно заглянув по ошибке в соседнее :)

Работа принтера с драйверами А4988 была ну очень шумной и спасти как-то ситуацию помогли присланные 'в подарок' от BIG TREE три драйвера DRV8825. С шагом 1/32 они уже были не такие шумные, но желание сделать принтер еще тише не покидало. Начитавших обзоров про самые тихие ТМС2100 и просмотрев множество обнадеживающих видео, я полез на Али искать у кого бы заказать.

На довольно много лотов были очень противоречивые отзывы, но вот на этот лот было множество положительных отзывов. Собственно его и заказал. Продавец удивил - перед отправкой посылки он связался и скинул фотографию отправляемого товара и лист с моими данными для наклейки на посылку, очень приятно.

Второй раз я удивился забирая посылку с почты - вместо ожидаемого желтого пупырчатого конверта, в которым два драйвера могли быть уже раздавлены, получил хорошую картонную упаковку, явно рассчитанную на выживание в нашей действительности :)Что делать с перемычками на RAMPS я так до конца не понял, поэтому просто их вытащил все, перевернул провода от моторов на 180 градусов и заменил DRV на TMC. Ориентация подстроечного резистора такая же как на DRV и противоположная А4988.Сейчас установлена сборная солянка - TMC2100 на X и Y, DRV8255 на ось Z и A4988 на Е :)

Закрепил комплектные радиаторы, проверил Vref - оно было уже преднастроено на ток 1А, поменял в прошивке шаг с 1/32 на 1/16 и с нетерпением приготовился наслаждаться результатом.

Это был культурный шок. Принтер превратился из промышленного станка ЧПУ в послушный бытовой прибор, который тихонько двигал осями и никак не привлекал к себе внимания. На фоне тихой работы двигателей стал сильно выделяться шум вентиляторов, которые раньше были заметны лишь в режиме прогрева стола.

На этот раз решил для теста распечатать кораблик, который месяц назад как-то все не получался. В этот раз он распечатался с первой попытки, даже невзирая что первый слой пролетел на скорости 150% от настройки окончания печати предыдущей детали.Печать пластиком FDplast, слой 0.15 мм.При печати следующей детали я вдруг услышал какой-то скрежет, который на фоне тихой работы принтера уже начал доминировать. И история нас возвращает обратно к рельсам.

Как оказалось начал тереться держатель на оси Y об профиль. Расстояние там совсем небольшое и внизу его не хватило. Чтобы не останавливать печать я смазал профиль немного маслом и скрип пропал.Первое что пришло в голову - надо перепечатать деталь и увеличить зазоры. Попутно я избавился от отверстий и сделал деталь монолитной. Еще немного смазав профиль я распечатал новые держатели и установил вместо старых.Зазор увеличился и вопрос был решен. Но анализ снятых деталей навел на некоторые мысли...Пластиковые детали задевали профиль только с одной стороны, что скорее говорило о перекосе. Я проверил детали уголком и понял, что вместо прямоугольника у меня выходит параллелограмм. Еще раз проверил всю механику и создал простую тестовую модель со сторонами 100 мм по X и Y. Проверка еще раз подтвердила, что выходит небольшой перекос в несколько градусов. К такому меня не готовили :)

Подумав я понял, что единственные кто может быть виноватыми - это ремни, вернее разная сила натяжения, которая способствует смещению X профиля. Ослабил один ремень, подтянул другой и заново распечатал тестовую модель. И тут радости моей не было предела - вместо параллелограмма вышел квадрат. О моменте натяжения ремней на CoreXY я нигде не читал ранее (или пропустил), но оказывается момент довольно важный. Как упростить натяжку я пока не решил, так что остается только тестовая печать и подстройка по результатам.Фу-ууу, вопрос решили, возвращаемся к драйверам. Теперь на фоне тихой работы двигателей шумы от вентиляторов подначивают как-то решить и этот вопрос. По максимуму работают три вентилятора - охлаждение хотэнда, охлаждение платы RAMPS и охлаждение детали.

Первым под раздачу попал вентилятор охлаждения RAMPS. Там стоит вентилятор 60 мм, который создает довольно мощный поток, немного избыточный для охлаждения драйверов. В заначках был найден регулятор оборотов Zalman FAN MATE 2, который идеально подходил под поставленную задачу. Прикрутил его на профиль рядом с экраном и получил возможность подстроить скорость вентилятора на границе тишины и производительности.Второй по шумности - это вентилятор обдува модели, который на мощности менее 100% выдает неприятный звук, связанный с регулировкой методом ШИМ. Для решения этого вопроса были заказаны детальки, по прибытию которых я поделюсь результатом.

Эпилог.

По моим ощущениям принтер поднялся на одну ступеньку выше, теперь он тихо шуршит и выдает вполне достойный результат. Но чтобы это понять надо было пройтись через все, иначе бы, если получил бы сразу такой результат, не осознал чего это стоит.

Напомню, что начиналось все с:

• 'Железный D-Bot. Начало' где я описал о покупке запчастей
• 'Железный D-Bot. Сборка и настройка' с описанием особенностей сборки и настройки
• 'Как я подружился с малиновым осьминогом' с описанием подключения OctoPrint для удаленной печати
  
  

В планах работа с вентиляторами, переделать ось Z, подумать об авто калибровке стола, и многое другое, что позволит сделать печать более качественной и приятной. О чем я напишу в последствии, если это интересно читать, о чем я пойму на основании поставленных пальцев вверх ;)