Курс лекций по 3D печати. Лекция 12. Сервисное обслуживание 3D-принтера

Заключительная лекция цикла. Посвящена вопросам технического обслуживания принтера. Лекция имеет информативный характер, затрагивая лишь самый минимум.

Техника безопасности. При работе с растворителями пользуйтесь вытяжным шкафом или индивидуальными масками с угольным адсорбентом. Соблюдайте противопожарные меры — огонь не зажигать, искры не пускать. Тщательно проветривайте помещение. При попадании едких жидкостей на слизистые (глаза, рот, нос и т. д.) - промойте большим количеством воды. При необходимости обратитесь к врачу. Синдромы отравления — слабость, головокружение, рвота, резь в глазах. В случае отравления немедленно прекратите работу и обратитесь за помощью, чтоб не страдать в одиночестве. Движущиеся части станков и машин могут запросто намотать на себя ваши волосы или одежду. Помните о поражении электрическим током. Соблюдайте правила эксплуатации электроустановок, а если правил не знаете - то не работай под напряжением.

Сервис №1. Засор в экструдере. В первый раз столкнувшись с этой проблемой, полезно незамедлительно подготовить фильтр грубой очистки на входе иламента в экструдер - канцелярскую прищепку с небольшим кусочком х/б ветоши в качестве пылесборника. Ткань работает лучше губки или ваты.

Далее. Хотэнд разбирается горячим. Я сопла чищу газовой турбозажигалкой подвесив сопло на нержавеющей проволоке 0,3мм. Затем протираю ватной палочкой. Проволоку взял в магазине электронных сигарет. После установки сопла на термоблок, надо прогреть хотэнд и дотянуть сопло к горлу. Будьте осторожны с гаечным ключом и датчиком температуры. Можете накрыть стол мягкой книжкой для безопасности. А у датчика температуры очень тонкие проводки и мешают подлезть гаечным ключом к термоблоку. Чаще всего, в качестве датчиков используется NTC3950 (это на случай, если вы его случайно оторвете), но бывают и иные варианты, уточните в прошивке или у производителя.

Сервис №2. Проверка состояния. По прошествии нескольких килограммов отпечатанного пластика с момента сборки принтера, полезно провести принтеру полный осмотр.

Цельность каркаса. Все винтовые соединения со временем разбалтываются. Кроме склеенных. Я рекомендую вам проверить как затянуты все винты и болты. А лучше бы вклеить винты в резьбу на т. н. «фиксатор резьбы» - специальную краску, после которой винт не будет раскручиваться, но при желании винт все еще можно выкрутить. Суперклей использовать вместо фиксатора вредно - винт уже не открутится.

Прямолинейность движения по направляющим. Разболтанность, а точнее излишняя подвижность конструкции приводит к появлению дребезга во время печати, волнообразным артефактам на изделиях, нарушению геометрии и прочим малопрогнозируемым дефектам. Ищите поперечную подвижность на направляющих. V-ролики должны плотно прилегать к профилю и не болтаться на направляющих, не вращаться, но с небольшим усилием прокручиваться. В случае обнаружения — подтянуть или ослабить. Подшипники не должны иметь люфты, а только лишь свободно вращаться. В случае обнаружения люфта подшипника — заменить. Аналогично для линейных подшипников и кареток на рельсах — свободно перемещаться продольно и не иметь люфтов поперечно. Если с ними все в порядке, перемещения стола, печатающей головы, кареток и т.п. прямолинейные без поперечных болтаний, переходите к следующему этапу.

Слабо натянутые ремни имеют большой потенциал к растяжению. Вибрации на ремнях создают волны на соответствующей вертикальной грани изделия. До какой степени тянуть — текстом не передать, это во многом зависит от конткретного технического исполнения принтера. Когда вы видите вибрацию ремней во время печати, а на изделиях из-за этого остаются волны на соответствующей грани (для ремня оси Х характерны волны на грани Y изделия, для ремня оси Y — X грань изделия) — ваш ремень недотянут. Обычно натянуть ремень на величину одного зуба бывает достаточно. Пробуйте. Руками порвать ремень смогут только самые сильные. А вот деформировать ремень винтовыми натяжителями уже значительно легче. Свойства различных ремней описаны ниже.

Смазка. Все вращающиеся части должны быть чистые и смазанные. Это касается приводных винтов, валов и рельс. Подшипники обслуживать необходимости обычно нет. На смазку налипает пыль, шерсть домашних животных. Движущиеся части без смазки стачиваются, создаваю зазоры, клинят и пр. Старую смазку можно снять ветошью. Вонять бензином (вайт-спиритом) в жилом помещении не советую, хотя он помогает! Новая смазка — это густая автомобильная/велосипедная/любая: Литол, Циатим или «ложка смазки с соседнего автосервиса. WD-40 не смазка, она испаряется оставляя ничтожный след минерального масла. Потому уж лучше смазать хотя бы моторным маслом, не смотря на то, что но оно жидкое, создает тоньше пленку, делает больше грязи и требует более частого применения, чем литиевые смазки. В моем случае бережной эксплуатации в жилом помещении, смазку Циатим на приводных винтах приходится менять раз в год. Как говорят на флоте  «Всему что двигается — мы отдаем честь, то что не двигается — красим».

Сервис №3. Запастись расходниками.

Смазка литиевая, типа Литол24 — в смазке нуждаются винты, валы, рельсы и редукторы.

Фиксатор резьбы — threadlock, специальный клей для резьбовых соединений. Принтер правильнее собрать на болты с фиксацией резьбы. Иначе от вибраций некоторые винтовые соединения могут разболтаться.

Сопла: Наиболее распространенные сопла — для экструдеров MK8 и для экструдеров E3D V6. Они различаются длиной резьбовой части. К сожалению, заменить один тип другим не просто. Полезнее не путаться. Качество исполнения канала не всегда удовлетворительно. Кроме того, в процессе эксплуатации диаметр канала может увеличится, а нос - стереться,  ввиду естественного износа. Форма канала постепенно приобретает скругления. Это приводит к неправильной форме печатаемой линии — дефектам на поверхностях, волоскам пластика при ретрактах и холостых перемещениях. Сопла бывают:   

• Латунное — универсальное без абразивов,
• Стальное, а лучше стальное закаленное — для абразивов,
• Титановое из сплавов TC4 или TC6 — универсальное и для абразивов. Второе прочнее и жаропрочнее,
• С рубиновым/сапфировым/адамантиевым каналом — универсальное и для абразивов.

Горла: бывают:

• E3D V6 с резьбой М6 в термоблок и М7 в радиатор.
• MK8 cо сплошной резьбой М6 по всей длине.
• М6 в термоблок и гладкий цилиндр 7мм в радиатор.

Все они для разных модификаций хотэнда и взаимонезаменяемые.  Горла назличают по назначению:

• Steel 1.75 full metal — лучше для ABS-подобных и абразивных
• Titanium TC4 full metal — универсальное и абразивные.
• 1.75 teflon — с короткой тефлоновой трубкой внутри PTFE 3*2мм — универсальное без абразивов.
• 4.1 Bore — со сквозным отверстием 4.1мм для неразрывной тефлоновой трубки bowden от фидера до сопла PTFE 4*2мм.  - универсальное без абразивов.

Полезно иметь запасных. Все вышеперечисленные варианты используются для филамента 1.75. варианты для 2.85 не упоминались.

Термоблок: Чаще алюминиевый. Иногда латунный - это лучшая температурная стабильность и более высокая производительность, но тяжелее и дороже. Медный не встречал. Силиконовый носок очень полезная штука, а можно ptfe-фум лентой замотать. Термоблоки бывают разных размеров, под разные нагревательные элементы и форму датчика температуры.

Термодатчик: бывают каплей и картриджем. Имеют различные маркировки, например, pt100, ntc3950 и иные. Плохой контакт и низкое качество датчика часто бывают причиной нестабильной работы нагревателей и некорректным показаниям температуры стола и хотэнда.  У некачественного термистора большая погрешность измерений. 

Полезно иметь второй экструдер в сборе. На случай выхода из строя первого.

PTFE-трубка: В экструдере некоторые модели горла (т. н. 1.75 with Teflon tube) содержат внутри себя тефлоновую трубку для более легкого движения филамента. Если филамент создаст в трубке пробку, то освободить трубку будет трудно. Кроме того, в процессе эксплуатации ptfe трубка немного оплывает, сужая отверстие и укорачиваясь. Щель между PTFE-трубкой и соплом является источником пробок в хотэнде. Удобно иметь про запас метр PTFE-трубки в размере 3*2мм (3мм внешний диаметр, 2мм внутренний диаметр отверстия). В боуденах тоже применяют трубку PTFE. Размер 4*2мм (4мм внешний диаметр, 2мм внутренний диаметр отверстия).

Зубчатые ремни — Чаще используются ремни 2GT-6 - 6мм ширины. Они растягиваются от времени, причем неравномерно. Из-за этого нарушается геометрия изделий. При достижении определенной величины растяжения, ремень лопается. Чтобы испортить зубы, достаточно вращать приводной зубчатый шкив с заблокированным ремнем. Зубчатые ремни бывают:

• резиновые (полиуретановые),
• резиновые со стальным кордом. Они долговечнее, но не любят малые радиусы изгиба. Малопригодны в FDM.
• резиновые со стеклонитью (PU with glassfiber) . Не подвержены недостатку стальных кордов. Этот вариант предпочтительнее.
• Резиновые с особой резиной на зубах. Вроде менее подвержены износу зубов, но бороться с растяжением это не помогает.

Иногда в принтере можно встретить кольцевые ремни, они выпускаются разных стандартных периметров, и подбирать их надо с точностью до миллиметров конкретно под ваш принтер.

V-ролики: состоят из дорогих подшипников и дешевых клиновидных резинок. Резинки имеют очень малый контакт с профилем. И постепенно раздалбываются вибрациями. Нуждаются в периодической подтяжке до состояния «колесо с усилием прокручивается». Иногда встречаются металлические ролики. Они не истираются, но очень шумные и продавливают алюминиевый профиль, не пригодны. Менять резинки можно, но требуется сноровка и специальная оснастка (пусть самодельная). Материал "резины" бывать разным, PU, PC, POM и др.

Валы: Валы и линейные подшипники скольжения. В смазке не нуждаются, графитовые вставки линейных подшипников скольжения в достаточной мере обеспечивают вал смазкой. Однако графитовая смазка не повредит. Иногда бывают кривые.

Приводные винты: Имеют разный диаметр, самые популярные Т8 (с ходом канавки - 8мм длины винта на 1 оборот  резьбы). Требуют смазки, из-за трения и износа начинают люфтить и портят толщину слоя. Иногда бывают кривые и портят гладкость вертикальных граней изделий.

Рельсы и каретки: т. н. Линейные направляющие. Бывают разной ширины. Требуют чистки и смазки. Снимая каретку с рельсы, будте готовы, что из каретки посыпется множество шариков. Износ происходит именно на шарах. На замену существуют наборы сменных шариков различных диаметров.

Вентиляторы. Громкие вентиляторы имеют на борту подшипники скольжения. Ресурс около 1000 часов. Вентиляторы с двумя шарикоподшипниками в своей конструкции имеют ресурс значительно выше. Маркировка вентиляторов отражает их посадочные размеры: 5015 означает 50мм между крепежными винтами, 15мм толщина корпуса. Различают вентиляторы 5, 12 и 24 вольта с разной частотой вращения. С осевым потоком (обычные) или радиальным потоком (турбины). Обдув детали лучше делать турбиной или парой турбин, вентилировать  пространства - обычными.

Плата управления. Традиционно в принтерах используют 8-битные платы на основе Arduino Mega и процессором Atmel atmega2560. Это отличное решение для принтеров с декартовыми кинематиками, но недостаточное для быстрого расчета математически сложных кинематик дельта и иных. Сегодня, в 2019 г все большую популярность приобретают 32битные платы или связки 8бит + принт-хост на x64-процессоре. Наиборее популярные прошивки с открытым кодом — это Marlin, Smoothieware, Reprap firmware и Klipper.

Драйверы шаговых моторов. Сегодня, в 2019г принтеры еще не комплектуют тихими драйверами. Но будем надеяться, скоро ситуация изменится. Иногда материнская плата поддерживает замену драйверов, Иногда драйверы впаяны и их замена трудна или невозможна. Тихие драйвера — драйвера с интерполяцией или с большим дроблением шага 1/128 и мельче. Такие драйвера отлично сглаживают криволинейные поверхности и делают внешний вид отпечатков привлекательнее. Для принтеров с декартовыми кинематиками, мелкое дробление свыше ¼ микрошага почти не влияет на качество печати.

• Замена драйвера на другой связана с изменением прошивки, хоть и не всегда. Полезно заранее проверить возможность замены на вашей модели управляющей платы. Чаще всего требуется открытость кода прошивки и ваша готовность в этот самый код заглянуть.
• Менять драйвера в принтере необходимо с осторожностью. Обязательно отключить от управляющей платы питание и моторы.
• Джамперы или переключатели на плате под драйвером отвечают за величину микрошага: дробность сигналов с платы, и значение микрошага заданного драйверу должны совпадать. Желательно проверить по таблице (даташите драйвера)
• Воткнуть драйвер не той стороной почти всегда означает «сжечь драйвер». Ориентируйтесь по пинам земли (GND).
• После установки драйверов необходимо выставить необходимую силу тока. Удобно воспользоваться программным управленим драйвером. Вручную силу тока можно задать потенциометром на драйвере. Это делается с отключенными моторами и с включенным питанием на управляющей плате. Подстроечный резистор драйвера безопаснее крутить диэлектрической отверткой (керамической или зубочисткой). Замер напряжения делается между Землей (GND) и контактом внутри подстроечного резистора. Очень вредно в этот момент промахиваться шупами. Можно что-нибудь закоротить и испортить драйвер. Формула расчета опорного напряжения для желаемой силы тока описана в инструкции (даташиту) к драйверу. Там же вы найдете максимальную величину силы тока через драйвер. Однако стоит иметь в виду, что некоторые производители/пользователи указывают более точную/провереную/безопасную величину силы тока. Работа на пределе вызывает повышенное тепловыделение и может послужить причиной выхода драйвера из строя.
• Когда моторы подключены к плате (к драйверам), их вращение вручную будет генерировать электрический ток. Этот ток может испортить драйвера. Лучше моторы руками не вращать.

Шаговые моторы в 3d принтерах чаще всего имеют стандарт NEMA17, описывающий посадочные размеры и габариты. Моторы различаются углом поворота за один шаг, крутящим моментом и, соответственно, максимальной силой тока через обмотки. Длительная работа на предельных токах вызывает повышенное тепловыделение. Максимальная допустимая рабочая температура моторов — не более 100С. Полезно работать на силе тока не превышающей 70% от возможности мотора и от возможности драйвера. Замена моторов 1.8°/шаг (200 шагов/оборот) на моторы с углом поворота 0.9°/шаг (400шагов/оборот) значительно улучшает детализацию моделей и опять же требует изменения настроек прошивки.

Нагревательные элементы. Это основные потребители электрического тока в принтере. А так же главные виновники возгорания. Важно быть уверенными, что провода питания нагревательных элементов не сломаются от постоянных перемещений печатающей головки и стола. Для этого используют "кабельные цепи", фиксаторы провода и подобные приспособления.

На этом я заканчиваю. Если что упустил или недосказал - сообщите в комментариях.

Следующим постом будет опубликован PDF и ODT--документ с исправлениями на основе ваших замечаний. Курс лекций опубликован под лицензией GNU GPL v3. Пользуйтесь

Благодарю за внимание.