Prusa Bizon - гадкий утенок

Привет, друзья!

Хочу поделиться с вами некоторым опытом постройки и эксплуатации крупного представителя семейства Prusa i3.

Речь пойдет о вот таком наборе для самостоятельной сборки:

http://3d-diy.ru/shop/246/desc/bizon-prusa-i3-steel-diy

Я расскажу какие улучшения я сделал сразу, какие потом. Какие есть проблемы у данного конструкционного решения (Prusa i3 и его клоны) и как их минимизировать. Если вы хотите собрать свой принтер Prusa i3 или только думаете о приобретении этого конкретного набора, то эта статья для вас. Да и бывалые прусоводы может что-то полезное для себя найдут. Итак, Prusa Bizon с рабочей областью 300х300х340 мм разработки и производства компании 3D-Diy. Содержание

Сборка.

Первый пуск.

Проблемы и пути их решения.

Доработка осей.

Доработка экструдера (китайский клон E3D).

Доработка стола.

Доработка охлаждения.

Другие улучшения.

Фотоотчет.

Выводы.

Предыстория. Почему Prusa.

Комплект для сборки я приобрел в марте этого года, привлекла прежде всего цена и рабочая область, а также металлическое исполнение. Перед приобретением я рассматривал и другие варианты на базе CoreXY или H-bot, но остановился именно на данной модели по причинам, указанным выше. Кроме того, мне показалось, что имея опыт в построении систем ЧПУ я смогу решить некоторые детские болезни прусы(напрасно так думал, об этом позже).

Итак, мне нужна была прежде всего большая рабочая область, точность была вторична, но я поставил себе задачу поработать и над ней, выжать из прусы максимум.

Сборка.

Здесь кратко. Не буду описывать весь процесс, кому надо может найти посты с подробным описанием этого процесса, я попробую осветить наиболее важные моменты и свои улучшения на этапе сборки.

Итак, первый шаг в погоне за качеством печати это исключение из заказа 8мм направляющих, подшипников и шпилек. Нельзя говорить о качестве имея на оси Z строительные шпильки. Конечно, найдутся те, кто мне возразит, но если исходить из научного подхода, то я что-то не видел за свою практику шпилек в точных системах перемещения.

Валы я взял 12 мм и вместо шпилек ходовые винты. К ним же подшипники скольжения LM12 и бронзовые гайки:

[подшипники и гайки изображение]

Исходную конструкцию пришлось дорабатывать под новые размеры валов, однако для меня это не составило труда, поскольку есть в наличии фрезерный станок. Кое какие детали потребовали расточки и фрезеровки:

Так выглядит крепление гайки слева: Так справа.Так ходовой винт крепится к двигателю:поскольку вот это:вызывает жуткий z-wobbling вместо того чтобы его гасить. Одна из муфт попалась более менее, другая с явным эксцентриком уже с завода, дядюшка Ляо промахнулся на пол мм от центра при сверлении. Крайне не рекомендую покупать такие муфты, ни в китае ни у нас, это выброшенные деньги.

Хотелось бы отметить, что весь китайский крепеж подлежит немедленной утилизации. Просто выкинуть и не вспоминать. Половина болтиков и гаечек просто сворачивались, видимо, особая марка китайской стали 'СТАЛ НОЛЬ' Плюнул на это дело и купил нержавейку.

Блоков питания у меня два, 12В и 24В, последний предназначен для нагревательного стола.

Кстати, особое замечание для тех кто будет этот такой принтер собирать - крепить ТОЛЬКО через пластиковые проставки!

Вот так:Стол начнет замыкать на корпус из-за затяжки болтов крепления. Также, важное замечание, если у вас стол представляет собой кусок текстолита с дорожками, то при прохождении через него тока он будет деформироваться! Повторяю, не только вследствие нагрева, но и сразу после подачи тока. Как этот эффект минимизировать расскажу в разделе проблем и их решения. Изначально стол управлялся через реле, но впоследствии я сильно изменил весь контур управления столом, включая прошивку. Сам стол буду менять, ибо китайская поделка.

Что еще сказать по сборке, вот это довольно важный момент:попросите друга распечатать вам такой, иначе зажатый меж двух шайб ремень будет создавать дополнительное усилие, которое вам не нужно.

Обязательно нужно смазать направляющие. Я использовал молибденовую смазку специально для подшипников скольжения. Также подойдет и графитовая (только не радиотехническая).

Экструдер следует перебрать. Особенно, если это китаёзский клон.

Болтики в особо важных местах можно зафиксировать лаком. Первый пуск

Прежде чем приступать к печати я правильно выставил тип термодатчика экструдера и стола. Потом нужно выполнить калибровку ПИД регулятора и можно печатать. Конечно, выполняем стандартные процедуры установки высоты стола, установки по уровню левого и правого винта по оси Z.

Первая печать удалась вполне успешно, но сразу были очевидны косяки сборки и китайских комплектующих. Отмечу, чтоб новички не пугались - все это решается достаточно легко и я распечатал изделий на пару килограмм пластика прежде чем принялся за глубокую модернизацию. Но, кое что нужно убрать сразу, а именно:

1. Z-Wobbling.

2. Неточная установка высоты по Z.

3. Заклинивание линейных подшипников.

Кое-что вы не сразу заметите, скорее всего.

4. Деформация поверхности стола при нагревании.

5. Деформация при включении / выключении (от протекания тока).

Эти два дефекта отвратительны только потому, что вы скорее всего начнете грешить на экструдер, особенно последний дефект мне доставил неприятностей, что пришлось даже психовать и материться.

Проблемы и пути их решения.

Z-Wobbling

Итак, что мы видим в первую очередь, это z-wobbling. Убираем вышеупомянутые муфты, ставим нейлоновые трубочки и путем прогрева их при вращении добиваемся соосности. Чтобы было проще это сделать, засовываем шарик между валом двигателя и винта (по совету одного из местных форумчан). Биения можно определить следующим образом - ключ или другой предмет вставляем вот так чтобы получился рычаг-индикатор:и включаем вращение оси. Если есть несоосность, ключ будет перемещаться. Прогревая трубочку прикладываем НЕБОЛЬШОЕ усилие и добиваемся того, чтобы биений не было. Я использовал термофен, установленный на 100 градусов.

Если вы все же решились на шпильки, то все таки уберите муфты и пройдитесь по резьбе леркой.

Неточная высота от слоя к слою.

Это вы заметите не сразу. Хорошо видно под микроскопом. Дело в том, что в режиме микрошага мотор имеет значительно меньший момент вращения, которого может быть недостаточно для точной установки заданной координаты. По оси Z не нужно ставить микрошаг 1/16, достаточно будет 1/8 или 1/4 (мое значение).

При этом двигатель имеет значительно больший момент и точность установки будет выше. А если учесть, что 1 оборот шпильки = 1 мм высоты (в моем случае шаг винта 2 мм), то 1 полный шаг двигателя это 0.005 мм, чего вам хватит за глаза по оси Z. В принципе, можно вообще не использовать микрошаг, однако в таком случае работа двигателей очень шумная и жесткая. Попробуйте 1/4 или 1/8.

Заклинивание подшипников LM

Тут сразу две проблемы: первое - долбаный китай, второе ... ДОЛБАНЫЙ китай!

Качество подшипников напрямую зависит от настроения дядюшки Ляо, впрочем так же как и качество обработки поверхности направляющих. Последние можно отшлифовать, если знаете как. Если нет - то не трогайте, сделаете неравномерность, что будет еще хуже. Мой совет, прогнать принтер в течение 12 часов по всем осям. Загрузите кубик, толщина стенки в одну линию, ноль заполнения, высоту на максиму, скорость на максимум и на сухой прогон без пластика. Подшипники приработаются (и прорежут микродорожки на направляющих :-) ).

Сразу оговорюсь, если вы криво соберете механику, то подшипники тут ни при чём.

Деформация поверхности стола при его нагревании

К этому вы подойдете, когда начнете работать с материалами, требующими подогреваемой платформы, но это будет, смиритесь. Чтобы этот эффект не влиял на качество ваших чудесных отпечатков и особенно не портил вам нервную систему нужно позаботиться о поправках на каждые 10 градусов температуры. У меня стол прогибается вниз, т.е. зазор уеличивается и я просто держу таблицу поправок. Как вариант - можно заменить стол на более качественный и крепить его с учетом терморасширения. Именно такой стол я сейчас делаю, и как сделаю, поделюсь опытом если будут желающие, но быстрое решение - это знать куда и насколько его ведет.

Приобретите такую штуку, очень пригодится:Деформация стола при прохождении тока

Очень гадостный дефект. Причины его возникновения кроются в теории электричества и магнетизма, кому интересно, могут погуглить.

Как проверить этот дефект и убедиться в его наличии:

Включите нагрев, дождитесь температуры 70 градусов, начните печатать тестовый кубик. Через 5-7 мм печати выключите нагрев, через пару мм включите снова. Если увидите дефекты, это он и есть. Особенно хорошо заметно на полупрозрачных пластиках. Дело в том, что за пару секунд платформа не успеет остыть или нагреться так чтобы сколь нибудь заметно деформироваться, поэтому дефект происходит именно из-за электродеформации.

Как убрать - если у вас реле, то установите транзистор и включите ПИД (I и D коэффициенты в ноль), получится P-регулирование, которое в разы уменьшит дефект. Но чтобы полностью его убрать придется лезть в прошивку. Я сделал так что при достижении нужной температуры регулятор переключается в ручной режим и я напрямую задаю значение PWM с крутилки на панели управления или слайдером с программы. Кому интересно, могу рассказать подробнее. Дело в том, что можно провести корреляцию между температурой стола и количеством энергии, необходимой для достижения данной температуры. Количество энергии - это значение PWM от 0 до 255. Для моего стола 70 градусов при комнатной температуре 25 градусов значение PWM будет равно 105 (41%).

При неизменном количестве энергии, передающейся на стол, электрическая деформация будет отсутствовать, да и термодеформация тоже при достижении заданной температуры.

Идем дальше.

Доработка осей

Настал момент, когда конструкционный шум меня стал раздражать, шум подшипников LM портить сон и качество моделей, я решился на модернизацию.

Сначала рассмотрим какие есть проблемы с осями на прусе. Первое - это, конечно же, гадкие линейные подшипники. Мои куплены в Purelogic, но гадостными они от этого быть не перестали. Пусть ребята не обижаются, если читают этот пост, но кажется, что это китайское перемаркированное г..вно. После небольшого пробега у этих подшипников появился люфт, несмотря на то, что валы были смазаны с самого начала. Приговор - в утиль.

Второе - тяжелая ось Y, ну как бы слишком тяжелая. В результате чего имеет дефект 'волна' который не раз тут обсуждался. Кстати, насчет этого дефекта - многие ошибочно считают, что он проявляется на резких поворотах из-за колебания головы с экструдером и в этом виноват тяжелый direct экструдер оси X.

Представим все тот же кубик, движемся по оси Х, движется голова с экструдером, стол стоит на месте. Затем проходим угол где ось Х останавливается с тяжелым экструдером и начинается движение по оси Y (стол). Если вы посмотрите на кубик, то увидите, что при движении по оси Y (стол) появилась волна, а по оси X ее нет или значительно меньше. Вы думаете, что это произошло, потому что экструдер резко остановился и вызвал волнообразное качение головы? Вы правы если ваш экструдер болтается на соплях, но если нет, то причина в другом.

Вот что происходит на самом деле - ось Х имеет намного меньше инерции, чем стол, особенно это заметно на боуден экструдере, который легкий (мой случай).

Все чувствовали когда автобус трогается его потряхивает в самом начале движения? То же самое происходит с осью Y, движение начинается с ускорением и имеют место микроколебания вдоль оси движения и никак не поперек. Присмотритесь на отпечатки и все поймете.

Двигатель не справляется с инерцией тяжелого стола, в результате чего имеем то что имеем. Все репраповцы используют двигатели NEMA17 42х42х40 c крутящим моментом где то 3 кг, но на стол такое не годится, слишком большая разница в нагрузке двигателей осей Х и Y, вы даже по звуку это можете услышать. Установите равные токи на драйверах и послушайте движки.

Мое решение: облегчить стол (дюралевый в процессе изготовления), замена двигателя на более мощный и замена ремня (10 мм и более). Ремень тоже тянется и колеблется, погуглите на тему Prusa i3 backlash, много полезного найдете. На данный момент я этот дефект не поборол, но значительно уменьшил применив бронзовые втулки скольжения.

Итак, мы плавно подошли к конкретным шагам.

Вот это в топку:Заказал бронзовые втулки:но я заведомо знал, что работать так, как этого хочет дядюшка Ляо оно не будет, но решил проверить.

Втулки с графитовыми вставками вещь хорошая, и даже отличная, если ее правильно готовить. А если вы возьмете эту вундервафлю, тупо вставите ее в вал и на радостях запустите печать, думая, что теперь на вашей прусе будет все по новому, то ваша радость будет недолгой, примерно пара часов, Затем произойдет вот это:дальше непереводимый диалект, расстройство сна, чувство обмана...

Заглянем в теорию, кратенько.

Графит обладает хорошими антифрикционными свойствами, да. Но для этого он как то должен взаимодействовать с поверхностью трения! В китайской втулке он никак не будет взаимодействовать, поэтому она превратится в просто бронзовую втулку сухого трения, которых я могу натокарить вагон и малую тележку. А если учесть, что большинство направляющих оттуда же, из поднебесной и они представляют из себя по большей части наждачку, то довольно быстро на втулке появится выработка, и тот графит в круглешках мягко говоря до жопы.

Чтобы она работала так как надо, графитовые вставки надо подпружинивать, чтобы было взаимодействие с поверхностью, а иначе это кусок бронзы стоимость пару долларов за штуку.

Решение простое - забудьте про графитовые вставки, набейте смазки молибдено-графитовой или другой подходящей для этой пары трения и живите счастливо. Ваши отпечатки станут такими:было на LMxx:Условия печати одинаковы, скорость 30 мм/сек, слой 80 микрон, сопло 0.4 мм. подогрев и обдув включены.

Другие улучшения по оси Y я уже называл - это более мощный двигатель и ремень. Как сделаю, отпишусь. Кстати, многие спорят, есть ли смысл ставить движки с шагом 0.9. Есть, даже теоретически. только учтите, что надо брать с запасом по моменту, чем больше тем лучше. Ну и про драйверы тоже не забываем.

Доработка экструдера.

Небольшое вступление.

В целом, экструдер довольно удачный, стоковая версия работает отлично по всем материалам включая флекс, я лично опробовал материалом titi-Flex от PrintProduct.

Но это было с директом, я переделал экструдер на боуден. Мне хотелось побороть инерционные шумы и повысить скорость. С инерцией я справился частично, а вот скорость реально подросла. Теперь можно печатать на более высоких скоростях с приемлемым качеством. Если выбирать между боуденом и директом, я бы выбрал все же директ, только с оговоркой - при условии установки более легкого двигателя с редуктором.

Боуден капризный, ретракт - это его проблема, для каждого материала свой ретракт. Материал на лету быстро не подменишь, теоретически могут быть проблемы при работе флексами. Преимущество только одно - это скорость.

Вот такой мой экструдер:Дизайн полностью мой. Подающий механизм - стоковый от 3D Diy.

Что это за иерихонская труба расскажу ниже в разделе охлаждение.

Нагревательный элемент перевернул из-за трехстороннего обдува.

На что следует обратить внимание в случае применения E3D от братьев юаньцев:

1. Термодатчик. Если он у вас прикручен каптоновой изолентой, то разберите это дело и сделайте нормальное крепление. В противном случае вся эта сопливая конструкция развалится, а вы даже не заметите как термодатчик начнет врать градусов на 10-15, потому что повиснет просто рядом с нагревателем и все.

Вот мой вариант: сверлим отверстие перпендикулярно отверстию в которое засовывается датчик и прижимаем его там болтиком через кусочек PTFE. Можно другие варианты как у E3D официального, смотрите сами.

2. Термобарьер.

С моим стоковым приключилась беда:Его скрутило буквой Зю, не знаю от чего, так и не понял, может от боли тягот и лишений, а может просто потому что китаёзский металл марки 'СТАЛ НОЛЬ', но при попытке его аккуратно выпрямить он сломался. Я сделал себе новый, а точнее два, один сквозной, где тефлоновая трубка идет до самого сопла, а второй полуцельнометаллический, где тефлон идет ровно до перешейка, где наибольший температурный градиент. Таким образом, тефлон не деградирует и нет застреваний пластика как на цельнометаллическом. Вот такую доработку всем бы посоветовал, ибо проверено. Кому надо обращайтесь, сделаю.

По термобарьеру еще стоит отметить то, что для нормальной работы ретракта не должно быть воздушных зазоров у пластика в горячей части термобарьера и должен быть максимально резкий температурный градиент. Я заметил, что ретракт работает хуже с термобарьером, где тефлоновая трубка идет до самого сопла.

Еще хотел бы сказать об обязательном жестком креплении головы к каретке, иначе у вас будут микроколебания при резких маневрах, но уже другого характера чем мы рассматривали выше.

Также, поставьте вентилятор охлаждения радиатора хотэнда менее шумный и сбалансированный. То китайское ушлёпище 30х30 мм без опознавательных знаков мало того что давал вибрацию и шум при работе, так еще и засвистел очень скоро. Я поставил бесшумный вентилятор который не дает вибрации вообще.

Доработка стола

Первое, что стоит сделать - выкинуть механический концевик оси Z. Ставьте оптический концевик или индуктивный датчик как у меня:Это настоящий немецкий Balluf, такой стоит как самолет, взял из старых запасов. Но я думаю можно найти вполне сносный китайский. Таким образом вы получите хорошую повторяемость при реферировании оси Z.

Если есть возможность, поставьте датчик для автокалибровки, это вам сильно поможет, если стол гуляет.

Насчет крепления стола через пластиковые стойки я уже написал, если этого не сделать его коротнет на корпус.

Стекло следует прижимать вот так:То есть, по краям.

При изменении температуры его тоже потянет, но меньше, проверено.

Как с электродеформацией бороться я рассказал выше, подозреваю что этот дефект явно выражен на больших платформах и на столах низкого качества. Если у меня получится сделать нормальный стол, подготовлю статью и предложу к продаже столы в сборе, если будет интерес, разумеется.

Доработка охлаждения

В стоке его нет совсем. Но есть много моделей на thingiverse, выбирай что хочу. Однако все варианты предполагают установку доп вентилятора на голову, а то и двух. Я пробовал варианты обдува и некоторое время эксплуатировал 'унитаз', вот он:Простенький круговой обдув, в принципе свою задачу он выполнял, однако было неудобно протирать сопло или оперативно убрать соплю. Когда я задумал модернизацию на боуден, я отказался от такого обдува, поскольку это противоречило моей концепции максимально облегчить печатающую голову, поэтому я придумал это:Это моя гордость, вторая итерация.

Загребающий вентилятор отделен от головы и качает воздух по трубеЗадняя стенка крепления экструдера полая с армирующими элементами, в нижней части приклеен распределитель воздушных потоков:Мощный турбинный вентилятор был позаимствован со старой видеокарты GeForce GTX480, которая внезапно откинула транзисторы. Надо сказать, что тепловая мощность системы охлаждения этой видеокарты 310 Ватт, вследствие чего вентилятор там просто монстр. Я ограничил его максимальную мощность на 40% от его максимальной, я сделал это в прошивке. Вентилятор четырехпроводный с цепью управления, которую можно напрямую подключать к цифровым пинам Adruino, я использовал D5. Охлаждение получилось крайне эффективное, поскольку воздух загребается сверху, где он достаточно прохладный и подается с трех направлений прямо в точку выхода пластика.

Немаловажно то, что при столь эффективном охлаждении голова остается легкой.

При работе вся эта система издает такой довольно интересный звук, тихий, не раздражающий, но чувствуется мощь.

Если вы хотите хорошее качество отпечатков, вам нужно позаботиться о хорошем охлаждении, особенно если вы работаете с пластиками, дающими усадку. Я много экспериментировал с ABS которому, как говорят, охлаждение даже вредно, особенно у основания, так вот нет. Если дать со второго слоя немного воздуха, то слои ложатся один в один и нет искажений модели вызванных температурным градиентом из-за горячего воздуха у основания стола.

PLA так вообще любит свежесть, и разница в качестве с охлаждением и без видна невооруженным глазом.

Другие улучшения

Освещение.

Я сделал основной прожектор, вот такой:на базе двух светодиодных модулей 12В 10Ватт, и один переносной:на базе такого же модуля.

Как сказали в магазине бестолковые продаваны подключать их можно без резистора. Ага, щас, ни в коем случае!

Поэтому вот такие ограничительные резисторы.

Фотоотчет

Ну а теперь самое главное - результаты.

Сам принтер:Несколько моделей до глубокой модернизации(в хронологическом порядке).

Слайсер - Simplify3D.Пластик PrintProductСувенир для поклонника Dead Space, пластик ColorFabbПодарок генералу, тоже ColorFabbЛетал хорошо, но недолго.Заготовка для светильника. (ColorFabb)Светильник 'Обелиск' в сборе. Чужой с пост обработкой (облил дихлорметаном). Пластик ABS M8ColorFabbНу эта вещь, наверное, всем знакома. Пластик ColorFabb кроме листьев (Sherlock).

---------------------------------------------------

После модернизации:Поверхность абсолютно гладкая, на фото видна дискретность ШД.Так, чтобы понятнее. Слой 0.2 мм, скорость 50 мм/сек, режим вазыАналогичные параметры печати как и у синего стакана. Пластик ColorFabb.Это Sherlock, очень красиый цвет, пластик хорош во всем.Дискретизация ШД на свету очень отчетливо видна. На ощупь поверхность абсолютно гладкая.

Мелкие модели, сравнение:

Слой 80 мкм, сопло 0.4, скорость 30 мм/сек, обдув и подогрев включен. ColorFabbВыводы

В целом, если говорить по этой конкретной модели, то она вполне годная. Металлическая конструкция достаточно прочна, корпус хорошо собирается, все отверстия подогнаны идеально. Конечно, я многое переделал изначально, но если брать кит и не сильно гнаться за качеством печати (хотя бы на первых порах), то вполне стоит своих денег. Единственное, я бы порекомендовал ребятам из 3D Diy перепроектировать под 12-е валы и ходовые винты. Все таки бизон уже не пруса. И обратите внимание на тяжелый стол. Все остальное - это мои хотелки и стремление к совершенству. Детские проблемы этой модели вызваны китаёзскими комплектующими низкого качества, обратите внимание на экструдер, на LM подшипники и на стол. Остальное исправимо.

Из бизона выйдет неплохой помощник для творческого человека, поскольку при должных доработках можно получить хорошее качество печати за приемлемые деньги, плюс к этому большая рабочая область и относительная простота и надежность.

Всем спасибо за внимание.