Prusa i2 custom, или возвращение Франкенштейна (для конкурса)

Здравствуйте, уважаемые читатели. Хотелось бы поведать о том, как я собирал модернизированный (к сожалению, именно модернизированный, а не улучшенный) Prusa i2. Почему выбор пал именно на вторую итерацию? Пожалуй, не последнюю роль сыграл принцип RepRap - все таки третья итерация требует наличия ЧПУ для вырезания рамы, и в случае поломки достать запчасти будет тяжело (ближайший ЧПУ находится от меня в 60 км, а ближайший который можно нанять в 120). Я знаю, что точность у данной версии довольно посредственна, но в данный момент она меня устраивает. Постепенно я буду вносить улучшения (на момент написания данной статьи они уже внедряются или готовятся к внедрению), но об этом позже и отдельно.Итак, почему именно Франкенштейн. Ну, не могу сказать, что я уложился в заветные 3 тысячи рублей при постройке (хотя теперь понимаю, что вполне мог бы уменьшить сумму на пару-тройку тысяч), но суммарно он мне обошелся около 6 т.р. без учета времени и того, что было в наличии. Пластик был заказан, не поверите, в России (если правила не запрещают, могу указать производителя. Очень приятно удивили вполне конкурентоспособной с Китаем ценой и довольно высоким качеством изделий - рассверливать приходилось только совсем маленькие отверстия - 8 мм и пазы для подшипников подошли без какой либо дополнительной обработки, да и цены на подшипники оказались вполне средними по гуглу). Электроника и уникальные для 3д принтеров детали были заказаны в Китае. Двигатели и валы были добыты благодаря роду деятельности (системщик), ну а многие вещи были изготовлены самостоятельно. Пожалуй, основная тема статьи будет посвящена именно этим граблям и они будут разделены по двум категориям - 'делать можно' и 'делать не стоит'.

Итак, начнем с самого веселого, а именно двигателей. Основными двигателями (привод Y, X и первый экструдер) служили честно добытые из списанных матричных и старых лазерных принтеров двигатели Nema 23. Для того, чтобы эта конструкция 'взлетела', пришлось сделать заново крепление для двигателя стола (изготовлен из так называемой финской фанеры - проклеена полностью и практически не напитывается влагой). Изготавливался элементарно - приложил в качестве трафарета нормальный, обвел где он будет неизменным и дорисовал от руки, как будет нужно и выпилил электролобзиком. В итоге получился прекрасный держатель двигателя. Переходники для экструдера и оси X изготавливались сложнее - из 10 мм куска текстолита выпиливалось коронкой отверстие под посадку двигателя, а также размещались 2 комплекта отверстий - для двигателя и для посадки в родные детали Прюши. Разумеется, с потаями. К сожалению, двигатель экструдера пришлось ставить немного по диагонали при помощи шайб (иначе маленькая шестерня не доставала до большой). Так вот, это относится к категории 'так делать не надо'. Из-за немалого люфта (а также корявой конструкции самопального вала) настроить ретракт не получается. Конечно, без него грустно, но принтер смог таки печатать себе запчасти и модификации, а дальше с 'китайской фабрикой на столе' мы справимся :-). Кроме того, на экструдер из болта на 8 при помощи дремели был изготовлен вал для протяжки прута. Ну, несколько метров он потратил и никого не перегрыз, да и подает стабильно, но мне кажется, что его форма также мало подходит для ретракта :-). Это тоже из категории 'так делать не надо'. Болтики под пружины были нарезаны на электроде :-). Ну не оказалось достаточно длинных болтов на 3 у нас во всех магазинах, пришлось импровизировать. Сами пружины нарезал из каких то обрезков, нашедшихся на столе, при помощи кислоты припаял шайбы, дабы пружины не закусывало и вообще вели себя как надо. Думаю, это относится к категории 'так делать можно', во всяком случае нареканий нет - прижимается так, что развожу при помощи отвертки. В данный момент экструдер Уэйда поменян на другой, без редукции. Движок греется быстро и сильно, но и охлаждение никто еще не прикручивал, думаю, кулер сделает свое дело. Зато появился полноценный ретракт! К сожалению, по каким-то причинам полностью пластиковым, как в каноне, сделать не получилось - консоль оказалась слишком слаба. Пришлось снова включать токарник, дремель и сварку (кстати говоря, этот новый экструдер - дело рук самого Фрэнки):Также для двух двигателей (Y и экструдер) на токарном станке был проточен вот такой переходник на вал 5 мм, дабы в случае поломки шкива для ремня или шестерни экструдера менять их без проточки. В принципе, так делать тоже можно, если есть нормальный токарный станок и токарь :-). В противном случае есть шанс получить либо кривые переходники, либо немаленькие люфты. На одном из валов у меня получилось второе :D. Пришлось убирать, наматывая на ось фумку. Вроде победил. Точил из обычных болтов из ближайшего магазина хозтоваров.Все двигатели были униполярными. И если большинство были с 6 проводками, три (один остался как запчасть или как двигатель для следующего проекта) были именно с 5. Погуглив, как мне выйти из этого положения, я начал их разбирать. Если с Nema17 все прокатило довольно легко (просто разрезал дорожку на плате), с Nema23 пришлось изрядно повозиться, а именно пришлось распаивать обмотки. Для тех, кому достались аналогичные движки, говорю - 'так делать можно'. Да, двигатели потеряют часть мощности (опять же из гугла - собранные двигатели каким-то образом намагничивают, при разборке намагничивание рассеивается), да и возможен механический перекос при повторной сборке - но пока что живем и не крякаем (ну шумим немного, но куда деваться - халява, сэр). Единственное, на что необходимо обратить внимание - паяйте обмотки через одну, иначе двигатель работать не будет, и при разборке сначала ударьте по болтам молотком через отвертку. Серьезно, как оказалось движки практически всегда сажают на фиксатор резьбы. Если это не сделать - собьете шлицы и все равно ничего не открутите. Да, в свое время я оббил пороги всех форумов - как определить вывод A1 A2 B1 B2 без даташита. Так вот, ответ - никак, но это не важно. Главное - определить разные обмотки и подключить их. Единственное - от их расположения (обмотка А или В) зависит направление вращения :-). Естественно, на первом фото проводки торчат именно для демонстрации, потом были запечатаны в термоусадку и прижаты на место.Далее я хотел бы остановиться на валах. Хотя подшипники я использовал вполне стандартные (хочу научиться печатать нейлоном для создания хотя бы линейных подшипников), валы также достались мне трофейные из ксероксов формата А3. К сожалению, достаточной длинной обладали далеко не все :-). На фото ниже показана втулка, которой я наращивал валы. В принципе, это тоже относится к категории 'так делать можно', с поправкой на прямоту рук и точность станка и то, что зона печати сузится (как ни странно, у меня практически не сузилась). Мне пришлось протачивать сверлом диаметром 7.9мм для валов в 8 мм и сажать 'на горячую', так как станок довольно сильно бьет. Отсюда же (из длины валов) вытекает еще один пункт кастомизации, а именно неправильно размещение нижней шпильки, держащей вал. В связи с этим, ремень привода стола терся о шпильку и в скором времени порвался бы. К счастью, у меня осталось несколько подшипников 12х24 мм, а недостающую втулку-переходник с 8мм на 12мм я проточил из тех же болтов из хозтоваров. В итоге получился натяжитель ремня, если соблюдать правильную очередность при установке :-). Экструдер, как я писал выше, является тем еще мутантом. Как и советовали в одной из статей, в качестве хотэнда я использовал китайский j-head. Увидев, куда он по идее должен вставляться, я пришел в тихий ужас (вставлять в пластик железку, которая теоретически может нагреваться до почти 300 градусов) и сделал вот такой термобарьер из текстолита. Точился он долго и мучительно, но зато я не использую охлаждение на хотэнде вообще. Сама система не забивается (правда, пока что максимальная длительность печати не превышала 40 минут, но я не думаю, что сильно что-то изменится), от пластиковых деталей отделена 2 см текстолита. Да, вы не ошиблись, прямо в текстолите проточена резьба и хотэнд просто туда вкручивается :-).Для охлаждения двигателей (так как печать дольше 20 минут нехило так прогревает корпуса) я использовал трофейные радиаторы от процессоров. С ними мой Фрэнки стал немного симпатичнее :-). Охлаждение даже без кулеров колоссальное - движки оси Z за 40 минут прогревались так, что нельзя было тронуть, теперь сохраняют комнатную температуру. Отдельным пунктом хотелось бы упомянуть блок питания. Так как я системщик, а блоки питания от сдохших компьютеров дефицитом не являются, собран он был из двух частей. Один блок питания запитывает исключительно стол и включается через выпаянное реле бесперебойника, второй - все остальное. Получилось не очень красиво, но зато действенно и развивает нужную силу тока, стол прогревается до 90 градусов менее чем за полчаса (большую температуру пока что не пробовал, боюсь за целостность стекла). Как видите, компоновка довольно оригинальная :-). Вводы соединены внутри кабелем 2.5 квадрата, дабы не использовать 2 розетки. Мозги уютно расположились посередине, прикрепленные к текстолитовой пластине, а блоки питания проклеены малярным скотчем в целях изоляции. Сверху на мозги будут установлены два кулера для охлаждения, когда я наконец закончу его доводку :-).В остальном принтер стандартен - RAMPS1.4, Arduino 2560 (сначала хотел собрать сам в целях экономии, но потом залез на алиэкспресс, прифигел от низких цен и заказал готовый), прошивка Marlin, драйверы A4988, натяжители ремней из прищепок, механические концевики (считайте меня консерватором, но работая на заводе я понял, что оптика это конечно хорошо, но механику проще настраивать. Вообще смутно представляю, как я настраивал бы стол с оптикой или индукцией). Печатаю ABS (первые модели даже без подогрева стола - на малярный скотч покрытый клей-карандашом. После того как скотч вздулся и запорол шестерню экструдера был выброшен в помойку, теперь просто мажу стол клеем и грею стол), сопло 0.4, слой 0.3 (пока что, да и смысла нет на грубые детали соблюдать большую точность), пластик Bestfilament (сейчас по почте едет fdplast, вот и попробуем его). В общем, самый стандартный набор. Почитав, я понял что данный комплект является самым распространенным, а значит, по ним много литературы и есть кого спросить, нежели оригинальничать и ставить редкие платы, которые зачастую выходят даже дороже.

Теперь пробежимся по проблемам, которые я обнаружил при настройке/сборке и как я их решил/буду_решать/забил.

1. Настройка двигателей и их ускорения. Заняла огромное количество времени. В первую очередь это касалось осей Y и Z. С вертикалью все понятно, очень слабые двигатели - постоянно был перекос оси, однако снизить параметры скорости и ускорения пришлось до однозначных единиц. Стол также пришлось сильно урезать - печатал ступеньками :-). Долго не мог понять, в чем собственно юмор, пока не услышал характерное 'ТРРР' пропуска шагов.

2. Прогрев экструдера. Благодаря китайцам, непонятно как сделавшим нагреватель, температура улетала далеко вверх, и даже Pronterface с его автоматической настройкой параметров не смог ничего сделать. К счастью, нашлась русскоязычная статья по ручной настройке этих параметров, я снизил скорость нагрева и наконец-то отстроил хот-энд.

3. Разумеется, выставление плоскости стола :-). Долгий и мучительный процесс, описывать который в подробностях я не буду. Одно могу сказать точно - сохранение правильной геометрии при постройке и использование ровных материалов для стола помогут выровнять стол с точностью до мм. А также 4 болтика по периметру :-). Подкручивая их можно довольно точно менять высоту по углам.

4. Защита от перегрева. Постоянно уводила принтер в защиту. После настройки хотэнда она отладилась, а вот защиту стола пришлось вырубить (мне кажется, это связано с тем, что RAMPS врубает не стол, а реле).

5. Правильная геометрия портала. Тут уж без комментариев, надо было лучше лазать с линейкой и штангелем. Самое обидное в том, что увидел я это искажение только после печати большой шестерни экструдера (да, первые мои распечатки - это запчасти и модификации на него, родного).

6. Термодатчик хотэнда. Наши восточные друзья, судя по всему, додумались его припаять к проводам. Иной причины, почему после третьей печати он начал показывать погоду на Марсе, а на четвертой стал показывать 0 и отвалился я не вижу.

7. Долго выравнивал крепление шпилек на оси Z. В принципе, конструкция довольно крепкая (кусок армированного шланга и два хомута), но относится в категории 'так делать не надо'. Поскольку шпилька не имеет форму цилиндра, выставить ее в параллель практически невозможно. Строил я Фрэнки просто потому, что захотелось. Сильно :-). Хочется сделать себе нормальные шахматы (играю я слабо, но есть давняя мечта - большие, нет - ОГРОМНЫЕ красивые шахматы), сделать диараму по любимым стратегиям (C&C и, разумеется, наш проект). Также в планах заняться роботами (для начала планирую собрать мелкую модель обычной машинки на радиоуправлении, но с амортизаторами и, наверное, даже дифференциалом). Ну и чуть подшабашить хочется, не без этого...

В скором времени Фрэнки обзаведется потомком в полном соответствии с идеологией RepRap - знакомый тоже захотел свою прюшу. Скорее всего итерация будет также вторая (хотя, может и отговорю на третью), и менее монструозна в связи с покупными валами и двигателями нормальных размеров. В ближайшее время имею следующие планы на принтер:

1. Запилить наконец-то охлаждение детали (почти все готово для этого)

2. Сделать свой хотэнд, меньший по размерам дабы увеличить область печати.

3. Поменять шпильки на нормальные винты (да, 'так делать не надо', господа - цена ходовых винтов не так велика, чтобы на них экономить). Чертежи уже найдены :-).

4. Увеличить движки на оси Z. Это уже мелочи, мелкие таскают в принципе :-). Просто медленно.

5. Научиться печатать нейлоном. Подшипники вещь нужная, да и в принципе материал довольно неплох по своим характеристикам.

6. Собрать Cyclone PCB factory. Как известно - зима близко, а травить платы я ненавижу - ну не получается никак. То ли утюг кривой, то ли руки :-).

7. Докупить дисплей и разъем для симки, чтобы мог работать автономно (на всех фотографиях он изображен на столе, на котором он собирался. Вообще стол предназначен для сборки, а не как ПМЖ принтера).

8. Собственно, сделать свою стойку для Фрэнки, его будущего друга Циклона и докстанции ноутбука.

9. Распечатать звездолет и улететь с этой планеты. Сделать модель судна на воздушной подушке. Квадрокоптеры это скучно :-).

Теперь хотелось бы продемонстрировать фото того, что уже было сделано рука... простите, экструдером Фрэнки:

Запчасти для самого себя (напомню, ретракт выключен - потому и 'сопли'. К счастью, при помощи бормашинки убираются довольно быстро) Первая собственноручно начерченная и распечатанная деталь - корпус для кулера (будет использоваться для охлаждения детали)Первая печать после калибровочного кубика. Выпросил у художника модельку нашего харвестера из нашей будущей игры :-) Отсутсиве ретракта и охлаждения налицо, но... я ожидал намного худшего. Спасибо за внимание, если обнаружили на фотографиях что-то, что вас заинтересовало и я это не описал - не стесняйтесь, спрашивайте :-).