3D печатный плавающий вездеход

AntonHT
Идет загрузка
Загрузка
23.09.2021
4517
36
Творчество

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

76
Статья относится к принтерам:
Anycubic i3 Mega

Часть первая "И загорелось у меня в одном месте сделать вездеход"

3D печатный плавающий вездеход

Испытание на герметичность:

Попытка искупать №1:

Попытка искупать №2:

Первый заплыв:

Печать выполнялась соплом 0,4, высота слоя от 0,12 до 0,2.

    Заполнение : детали корпуса 50%, траки 50%, шестерни 100%, боковая стенка 3 слоя, верх и низ 5 слоев

    Применялся материал PETG, ABS, Bflex от компании Бестфиламент. 

    Для АБС: стол 100, сопло 235, скорость от 45 до 65

          PETG: стол 80, сопло 230, скорость 65

           Bflex: стол 90, сопло 235, скорость 40 

    Обдув только для PETG и то не постоянный.

    Идея сделать вездеход давно крутилась в голове, не однократно размышляя на эту тему возникали образы того что я хотел бы в итоге видеть. Но видеть и мечтать это одно, а воплотить в жизнь совсем другое. Поэтому сперва нужно было уровнять мои хотелки с моими возможностями.

    Очень жалею что не делал фото в процессе сборки, все собиралось в основном на работе, там было не до фотографий.

Определился по начальным компонентам:

    Буду использовать готовые мотор-редукторы с коллекторным двигателем, со скоростью вращения выходного вала 300 об/мин (хотелось конечно сделать бешеную табуретку, и взять с 500 об/мин, но их тяга была не достаточна для моей расчетной массы в 4 с лишним килограмма.

    Так же было решено устанавливать на ось каждого опорного катка и ведущей шестерни по два закрытых шариковых подшипника.

    Оси диаметром 10мм делать из латуни на токарном станке

    Батарея уже была 3S 5200mAh, осталась от прошлого проекта

    Электронику было решено закупить новую, не поднялась рука разбомбить машинку, на которую было потрачено очень много времен, денег и сил. В качестве мозгов была выбрана Arduino Nano, с шилдом для удобного соединения проводки, за радио-связь отвечает модуль с усилителем и антенной NF24L01+

    За управление двигателями отвечают два регулятора скорости.

    И по мелочи, болтики, гаечки, проводочки........

Все это было куплено в одном Хабаровском интернет магазине,и пришло одной посылкой, что очень удобно.

    Все не печатные детальки были переведены в 3д, основной акцент при отриссовке был уделен на габаритных размерах и крепежных отверстиях для дальнейшего их использования в сборке модели.

Часть вторая "И понеслась она по кочкам..."

    При моделировании вездехода, старался делать детали, печать которых не требовала бы применения поддержек.

    Самой первой, смоделированной деталью, был гусеничный трак, который я напечатал в трех экземплярах, чтобы покрутить его в руках, по фантазировать как это все будет выглядеть, прикинуть какого размера делать корпус.

3D печатный плавающий вездеход

    В дальнейшем он претерпел ряд изменений, стал более презентабельный, потерял часть веса,  и уже есть мысли, в следующей его версии внести еще ряд изменений.

    С размерами определился 410х180х65мм, толщина стенок 5мм пришла пора моделить корпус.

3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход

    К текущему внешнему виду я пришел не сразу, это третья версия корпуса, первые две не получилось (первый вариант больше походил на зубило с гусеницами, второй зубило со спиленными краями), файлы были удалены без сожаления, и началась разработка сначала. Корпус был поделен на три части, для удобства печати. По факту, корпус делится на отсеки ребрами жесткости. Идея разделения на части, так же позволяла изменять размеры вездехода в длину без особых проблем, всегда можно добавить еще один серединный отсек, удлинить гусеницу и добавить опорные катки, тем самым  с легкостью добавить свободного внутреннего пространства. Корпус максимально возможно поднят в верх, что бы увеличить дорожный просвет. От части этому способствовала конструкция мотор-редукторов со смещенным выходным валом.

3D печатный плавающий вездеход

    Параллельно корпусу моделировались опорные катки и ведущие шестерни, системы подвески не предусматривалось. Я не являюсь профессиональным 3д дизайнером или инженером, поэтому пришлось попотеть что бы сделать правильное зацепление гусеницы и ведущей шестерни, на помощь пришел интернет, по формулам вычислил необходимые мне параметры ведущей шестерни. Я просто обожаю работать в SolidWorks, решая очередную задачу, узнавать для себя что то новое, учиться в нем работать, он не перестает меня удивлять своими возможностями.

    Ну вот, корпус обрел какой то вид, появилось представление из какого числа траков будет состоять гусеница, можно прикинуть количество пластика которое уйдет на печать. Закидывая детальки в Simplify3D, стал считать пластик, каждая гусеница требовала по 0,9 кг, плюс катки, ведущие шестерни, и сам корпус выходили еще в 1,5 кг материала. Что же, надо заказывать, подумал я. Открываем оф. сайт Бестфиламент и заказываю 4 катушки PETG по 1кг каждая (заказ №7736167 от 01.07.2021). Почему именно PETG? Все просто, не запускал принтер года три (напечатать какую нибудь хрень на 5 минут, печатью не считаю, да и было это пару раз от силы за все три года), в программе настройки то остались, но в голове нюансы и тонкости под забылись, поэтому и решил размяться на нем, и кстати не зря так решил, позже будет понятно.

Часть третья "Отступать некуда, пластик пришел"

    Печать начал с траков, за один раз их печаталось 5 штук, по времени занимало почти 8 часов, высота слоя 0,2, стол 80 градусов, сопло 230, скорость 55, нижних и верхних слоев 5, боковых 3,

3D печатный плавающий вездеход

и из расчета что "я ж хочу по быстрее" и их мне надо аж 90 штук, решил я их печатать в две смены, заряжать в печать первую партию в 7 утра (на работу приходилось идти раньше аж на час, что бы вечером не терять время, но начальнику с утра тоже не спалось, поэтому из минусов, я успевал иногда озадачиваться работой на час раньше), а вторую партию ставил перед уходом, печататься в ночь.

    Где то до обеда я получил на транспортной заветную посылку, и отправил одну катушку сразу сушиться, это сейчас у меня есть сушилка для овощей, на тот момент я сушил его на столе принтера, разогревая стол до 80 градусов и закрывал дверцу пассивной термокамеры. Время подходило к концу рабочего дня, пластик сушился уже часов как пять, меня охватило желание начать как можно скорее, и я принимаю решение поставить первую печать в ночь, ковыряю настройки, и заряжаю все это дело в печать, а сам еду домой. Но спустя час, появляется чувство что нужно съездить и посмотреть как там обстоят дела, и не напрасно оно появилось. Приехав я был чутка в шоке, кое где углы оттопырились в верх, мосты не построились должным образом, потому что какой то мудила (это я), не настроил обдув, закрыл дверцу термокамеры. Но включив обдув модели и приоткрыв дверцу, дальнейшая печать пошла как полагается, те косяки что получились, не повлияли критически на сами треки, лишь слегка испортили внешний вид. Но зато приняв во внимание все упущенные тонкости, последующие траки печатались идеально. Был только один инцидент, ночью моргнул свет и на утро я обнаружил только половину трака, тут же был принесен из дома мощный бесперебойник, и эта проблема ушла.

    В общем, на печать двух гусениц было затрачено почти 10 рабочих дней. Сборка гусениц не заняла много времени, были напилены стальные штырьки, на которых траки соединяются между собой.

За это время допиливался корпус,

3D печатный плавающий вездеход

размещалась начинка, первый ее вариант)))))), как стало известно в будущем. Печать последующих элементов протекала без сюрпризов, как говорится "руки вспомнили".

3D печатный плавающий вездеход

3D печатный плавающий вездеход

    Печать это конечно хорошо, но не в том месте где нагрузки требуют использования металла, все валы я изготавливал из латунного шестигранника 17мм, на токарном станке. На валы для ведущих шестерен, он состоит из трех частей, уходило примерно полтора вечера, для опорных катков, состоящих с одной части меньше вечера. Много времени убивала подгонка посадочного места под подшипник, но как результат, тугая посадка и ни какого люфта.3D печатный плавающий вездеход

    По старому опыту печати зубчатых колес из прошлого проекта, решил делать шестерни максимально больших размеров, что бы они имели запас прочности, шестерни по всей длине насаживались на латунь и фиксировались болтом для предотвращения проскальзывания. Шестерни печатались рез обдува, АБС пластиком, со 100% заполнением.

3D печатный плавающий вездеход

3D печатный плавающий вездеход

    Что бы иметь возможность смазывать и контролировать состояние шестерен, в задней части предусмотрено два герметичных лючка, с уплотнением из резинового кольца.

3D печатный плавающий вездеход

    Так как вездеход должен плавать, на валах установлены сальники, все места соединения корпуса и болты, посажены на герметик, а внутри корпуса располагается три датчика протечки жидкости.

3D печатный плавающий вездеход

    В передней части имеется так же герметичный лючок, в нем находится кнопка включения, USB разьем для программирования и кабель для зарядки аккумулятора. Лючок имеет возможность фиксироваться на маленькие саморезики, но по умолчанию он удерживается двумя круглыми мощными магнитами. Так же в передней части имеется ключ-иммобилайзер, вынув который моторы ни куда не поедут, либо немедленно остановятся, ключ так же удерживается парой не слабых магнитов.

3D печатный плавающий вездеход

3D печатный плавающий вездеход

3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход

    Произведя первичную обкатку, понял что купленные изначально регуляторы скорости мне не подходят, а именно:

- реверс работает только через тормоз

- задний ход не выдает 100% скорости, а где то 25%

    В итоге пришел к выводу что нужно ставить бесколлекторную систему, выбор пал на Xerun COMBO XR10 JS7  с мотором 1550 оборотов на вольт (цена одного мотора с регулятором 10000р), и дополнительно купить два мотор-редуктора на 100 об/мин, в котором я заменил штатный мотор, на бесколлекторный. По итогу получилось то что я и хотел, с данным редуктором мотор раскручивается до своих максимальных 18000 об/мин, а на выходе редуктора получилось 308 об/мин без нагрузки. Новые движки имеют хороший запас по мощности, в дальнейшем, при желании, можно будет воткнуть другие редуктора и поднять максимальную скорость, но вездеход по определению не гоночная машинка, на нем более важно получить хороший крутящий момент на низких оборотах.

    Оказалось не просто приспособить новый мотор к редуктору, диаметр вала двигателя и отверстие в шестерне не совпадали, да и шестеренка была косозубая, рассверлить ее, не представлялось возможным, после сверления, по расчетам толщина стенок в самом тонком месте составила бы 0,2мм, что не есть хорошо. Первое что пришло в голову, нарезать шестерню модульной фрезой, благо фрезерный станок и делительная головка имеются в наличии.

M = (Z+1)/d, рассчитал модуль, из стандартного ряда получилось 0,5, плюс ко всему нашел такие шестерни на АлиЭкспресс, китайцы указывали тот же самый модуль. Но была одна загвоздка, у шестерни 10 зубьев, а самая первая фреза нарезает 12-13 зубьев. Перерыв весь интернет в течении нескольких вечеров, так и не нашел ответа как делают шестерни с меньшим количеством зубьев. Предпринял две попытки изготовить шестерню, и обе две потерпели неудачу, зубья получались неправильной формы и ни о каком нормальном зацепи речи не шло. Сделал ради эксперимента шестерню на 12 зубов, все получилось, но в данный механизм она физически не подходила. Выход был только один, снимать шестерню с мотора, вытачивать с бронзы переходник, который одевался бы на вал мотора, а на другой конец сажать заводскую шестерню. Что собственно и было проделано. Единственное снять шестерню что бы ее не поколечить было очень не просто, на валу она сидела жутко плотно, плюс была почти в плотную к корпусу, ко при помощи ножа, горелки, пары отверток и какой то там матери, удалось ее снять. В процессе демонтажа, в моторе сместился якорь, так плотно сидела шестерня.

Центр тяжести получился слегка смещен назад, но это уравновесится второй батареей.

Часть четвертая "Не хочу много тумблеров хочу сенсор"

    На первых парах, управление осуществлялось с моего старенького самодельного пультика, из прошлого проекта. На нем проходила обкатка управления, отдам ему дань, опубликовав еще раз его фото.

3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход

    Но у нас то проект новый, и хочется чего то нового. Если хочется - начинаем моделировать.

3D печатный плавающий вездеход

    В начале моделирования, не планировался сенсорный дисплей, на его месте должен был располагаться небольшой OLED дисплей, как на прошлой, старой версии пульта от машинки, а на свободном поле располагаться тумблеры, крутилки, кнопки. Но в итоге, совершенно случайно попался на глаза экран Nextion 2,8 дюйма, который после создания его 3д модели, просто идеально вошел на свое место.

    Пульт печатался АБС пластиком, с высотой слоя 0,16мм, время печати одной части 18 часов, активно использовались поддержки, температура стола 100 градусов, стол просто протирался спиртом в разогретом до 80 градусов состоянии. Вообще заметил что если ультрабазу тереть изопропиловым спиртом в разогретом состоянии, она становится матовой и к ней пластик липнет намертво. Перед печатью включаю стол на 80 градусов, жду минут 15-20 пока весь стол прогреется хороше и равномерно, протираю, ставлю температуру 90, жду минут 10, потом ставлю 100, и запускаю разогрев сопла, сопло на первом слое 240, на последующих 235. Печаталось без обдува.

    После того как были напечатаны обе половинки пульта, в течении недели я его не спеша натерал его наждачкой, 180 - 240 и как финиш 400. Кое где незначительно пришлось наложить шпатлевку.

    По началу хотел сделать пульт синего цвета, просто у меня был в наличии синий АБС, купил синюю акриловую краску, лак акриловый, и грунт, грунт был только черный матовый.

3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход    Синенький выглядел вполне симпатично, и даже сейчас печатая опять хочу его в синем цвете))))

    Но после того как я покрыл его черной матовой грунтовкой, его внешний вид просто меня восхитил, и решил пусть будет черненький. Вообще все кто берут его в руки первый раз, спрашивают за сколько купил, а потом поражаются что сделал сам, кто то не верит до последнего.

3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход3D печатный плавающий вездеход

    С обратной стороны пульта есть крепление для LCD FPV монитора, а так же разъем питания для всей этой системы. Но об этом в самом конце, в последней части "Губа не дура".

    Что сказать про пульта, курок газа, как и рулевое колесо сами возвращаются в среднее положение, собраны на потенциометрах 10кОм, имеется джойстик для будущего управления положением камеры, сердцем является Arduino Nano, радиомодуль NRF24L01+, литиевый аккумулятор 2S 1300mah, маленькая зеленая кнопка, функцию которой опишу в самом конце, ну и основная фишка, сенсорный экран Nextion, на который выводятся:

-заряд батареи пульта и вездехода

-уровни газа и направление движения отдельно по каждому мотору

-температура батареи и каждого мотора в отдельности

-вывод информации о протечке воды в корпус

-информация о положении руля

-выбор режима скорости, полная, средняя и низкая (дал другу попробовать, поставил низкую)

-включение фар

-отключение моторов от батареи (не реализовано на данный момент)

-меню настройки. вход защищен паролем

По большому счету кроме заряда батареи ни чего и не нужно, вся информация больше носить отладочный характер, но раз он уже есть, буду использовать его по полной.

3D печатный плавающий вездеход    Прошивка дисплея находится на стадии разработки, но общая концепция сделать настройку как можно большего количества элементов, возможность применять с другими моделями в будущем.

    В нижней части пульта имеется лючок, в котором разъем для программирования, зарядный кабель для батареи.

    Сборка начинки пульта заняла в первый вечер часа 4 в субботу, оказались веселые платы ардуино, первую впаял она не программировалась хоть убей, возможно нужно перешить через ISP, на второй битый стабилизатор на 5 вольт, выдавал *УКА 3.1 в место 5, да еще и дохлые, веселый был траблшутинг, а на третьей не было монтажных отверстий. Второй день, в воскресенье собирал с 8 утра до 16 без перерыва, спина чуть не отвалилась, но доделал.

    По дальности действия уходил ночью на 3 квартала, примерно метров 450 по прямой видимости (если верить гугл-картам), моргал фарами что бы визуально видеть, плюс обратная связь тоже работала исправно.

    Программную часть описывать не буду, да думаю оно и не надо.

Часть не последняя "Губа не дура"

    В процессе сборки, появлялись разные идеи и хотелки, изначально не предполагалось что корпус будет герметичный и плавать, но по ходу дела опция герметичности была добавлена.

    В этой части хочу рассказать что планирую доделать за зиму.

- поменять модули NRF24L01 на модули LORA 433MHz 1w, спросите зачем? не знаю, просто хочу разобраться в их работе и применить на практике.

- изначально не задумывалось ни какой башни с верху, поэтому там торчит антеннка (да, знаю что торчит малость неудачно), с лоркой ее там не будет, но по ходу пьесы пришла идея сделать съемную башенку или что то вроде турели, в которой будет установлена камера с 30-х зумом, видео-передатчик, ИК лазер, возможно плата наложения изображения, и газобаллонный пневматический пистолет, что то вроде макарыча, был у меня такой, лупил точно. Вот для него и сделана зелененькая кнопочка - кнопка ВЫСТРЕЛА)))). Можно постреливать мышей в подполье, или фазанов)))))))))

- установить вторую литиевую батарею 3S на 5200мАч, место под нее я оставил

- сделать отдельную батарею для питания мозгов, и запускать питание движков с пульта.

- отключать батарею с помощью мощных n-канальных мосфетов, уже заказаны, уже в пути, скоро реализую

- сделать слипперы на ведущие шестерни, конструкция в голове более менее на рисовалась, но пока нет бронзовой болванки подходящего диаметра.

- изменить способ герметизации верхних крышек, на данный момент они должны садиться на герметик, но со временем понял что это не практично, надо делать силиконовые уплотнительные прокладки.

На данный момент уже потрачено более 56т.руб, что то заказывалось в большем количестве, что попутно, вдруг пригодится, (жена прочитает убьет нахрен), а на реализацию остальных хотелок надо еще не менее 40т.р.

Уличные испытания, в том числе водные, планирую провести после того, как придут мощные мосфеты IRLS3034-7PPBF и сделаю отключение батареи через них. Видео так же опубликую здесь же.

Настольные испытания.

Все печаталось на этом красавчике Anycubic i3 Mega, (на нем я установил по осям Х-У прецизионные каленые валы, и дорогушие подшипники), а вот собственно и он сам.

3D печатный плавающий вездеход

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

76
Комментарии к статье