Двухзонный подогревной стол для 3D-принтера Cheap3D V300. Часть 1. Изучаем готовое.

Сегодня мы расскажем о том, как спроектированы подогревные платы для RepRap'ов.

Зачем нужен подогреваемый стол?

Подогреваемый стол (heated bed) значительно улучшает качество печати, сохраняя выдавленный пластик теплым, тем самым, защищая его от выгибания. Выгибание (warping) - частая проблема при 3D печати, является следствием неравномерного остывания детали. Особенно сильно эффект проявляется с ABS-пластиком.

Внешние стороны детали остывают быстрее, чем внутренние (а давно напечатанные - быстрее свеженапечатанных) и в результате на углах модель начинает выгибаться, отслаиваться от стола (приподнимаются уголки), а на больших моделях происходит расслоение:Первый способ борьбы с деформациями модели - увеличить адгезию пластика к столу, создавая противодействие изгибающим силам. Вариантов немного:

• Подготовить поверхность печати: тонкий слой клея ПВА, растворенный в ацетоне ABS-пластик (т.н. ABS-juice), термоскотч (каптон), синяя малярная лента (именно синяя!), оргстекло, лак для волос, '3D-лак', ситалловое стекло, сахарный сироп и, похоже, народ уже перепробовал всё, что можно положить, намазать или наклеить. :D
  
  

• Печать детали на подложке (raft). Подложка увеличивает площадь соприкосновения со столом, поэтому углы модели гораздо труднее оторвать от стола. Бывают цельные подложки, либо отдельные на углах, именуемые 'ушами'.
  
  

Оба пути могут использоваться одновременно, иногда от отчаяния даже приклеивают скотчем 'уши' к столу.

Но даже этих способов не всегда достаточно, чтобы сохранить модель, поскольку изгибающие силы могут быть слишком большими. Выручит подогреваемый стол. Он поддерживает температуру модели выше точки деформации (HDT) - для ABS-пластика это около 96 градусов - в течение всего процесса печати. Это гарантирует, что пластик будет оставаться податливым и не начнет скручиваться, отрываясь от стола.

В комбинации с термокожухом вполне можно печатать объемные модели из ABS. Еще не стоит забывать, что к горячим поверхностям пластик пристает лучше. А некоторые составы, намазываемые или наклеиваемые на стекло (например, любимый нами клей ПВА), вообще работают только в горячем состоянии, а в холодном пластик к ним совсем не липнет. В общем, подогревной стол - Must Have.

Пытаемся купить готовое

Разумеется, прежде, чем разрабатывать и заказывать что-то уникальное, сначала имеет смысл посмотреть готовое у друзей-китайцев. А здесь - облом: область печати нашего принтера Cheap3D V300 - 300х300 мм. Выбор подогревных плат на такую область крайне невелик. По сути, нашли всего одну модель у китайцев и одну у коллег-американцев.

Подогреваемый стол - это обычно бутерброд из рабочей поверхности (чаще всего стекло или алюминий), на которой собственно и печатает принтер, и нагревательного элемента, который как-то прижимают к этому стеклу.

Нагреватель в подавляющем большинстве случаев - это печатная плате со змеевидным рисунком проводящего слоя. Еще встречаются гибкие нагреватели - силиконовые, полиимидные.

Первая модель

Плата от Колина Фаррера из MakerFarm 12'x12'. Цена - $46.50 'там'.

Размер платы - 305х305 мм. У вас уже закрались сомнения, как на таких размерах можно обеспечить область печати 300х300 мм?

Реклама и логотип на всю поверхность - это, конечно, хорошо. Но нам кажется, миллиметровая сетка была бы более полезна. Переворачиваем плату нагревателями вверх и видим, что нагреватели не покрывают область печати полностью. И проблемы от этого мы чуть позже увидим на тепловизоре.

Реальная подогреваемая область платы - 270х290 мм, а не 300х300 мм:

Вся зона нагрева состоит из 10 одинаковых нагревательных цепей-прямоугольников, с проводником, уложенным зигзагом. Видимо, MakerFarm не заморачивались с расчетами нагрева и даже пожертвовали реальной площадью во имя скорости и простоты разработки. По клику на картинку видно, как расположены зоны:

Приступим к тестированию нагревательных способностей. Подключаем напрямую к блоку питания.

В первые секунды плата потребляет 30 А. ATX-блоки ее уже не потянут, но относительно недорогие 12В/30-амперные китайские БП вполне подойдут. Потребление прогретой платы - 22.5 А.

По мере прогрева видим на тепловизоре, как сильно раскаляются боковые шины, подводящие ток к нагревательным цепям. Плата еще не успела прогреться до 100°C, а сбоку уже все 160°! Через узенький (на тепловизоре аж белый) участок шины течет ток 9 из 10 змеек, для него это слишком:

Спустя 10 минут плата полностью прогрелась. О равномерности прогрева даже и речи не идет: в то время как по центру 130°C, на дальних углах 75°C, а на ближних можно жарить яичницу: 180°C. И это на верхней стороне платы, где неравномерность уже частично сглажена слоем текстолита и сплошной медью!

Что ж, не сказать, что это Epic Fail - печатать плата позволит. Но у пользователей обычно нет тепловизора, и они об этом никогда не узнают :)

Но у нас тепловизор есть, и такая конструкция расстраивает. Плюс - плата дорогая и определенно не даст нам полностью раскрыть область печати 300х300 мм.

Вторая плата

Какой-то Noname от от китайцев с aliexpress. Цена – $37.50 с доставкой.

Нужно больше надписей! Еще больше бесполезных надписей, которые никто не читает, причем на каждой стороне!

Размеры платы 327х327 мм. Смотрим на зону нагрева – действительно, честные 300х300 мм. Выглядит странным, что нагревательных цепей всего 6, а не 10, как у предыдущей платы. Проверяем - оказывается, плата 24-вольтовая. Печально: мало того, что нужен будет второй БП: для всей электроники и для нагревательной платы, так еще и БП на 24В встречаются реже и стоят дороже. Собственно, на этой плате мы и гоняли наш принтер на "Гик Пикнике".

При включении плата потребляет 12.2 А. После прогрева – 9.5 А. В пересчете на 12В – мощность примерно та же, что и у платы от MakerFarm. Равномерность прогрева лучше, чем у предыдущей:

Боковые шины спроектированы более правильно - никаких перегревов на углах. Точнее, спроектированы они точно так же (никто их не проектировал), но из-за уменьшения количества цепей, 24-вольтовости и снижения тока в 2 раза – нагрев в этих местах не так проявляется:

Вывод: Чуть лучше, но 24В не вписывается в идею с одним блоком питания. Отдельно отметим отверстие в центре платы под термистор. С одной стороны, клеить термистор на рабочую поверхность, а не на плату – более правильно, с другой – увеличивается задержка обратной связи, и отклеивать его каждый раз от стекла, когда его надо снять – непросто. А не заклеивать его вообще - может выпасть или показывать погоду на Марсе.

Третья плата: RepRap MK2a

Эту проверили чисто для галочки, т.к. зона печати очень маленькая. Тоже китайский ноунейм по чертежам RepRap MK2a, но стандартным размером 200х200 мм. Если у вас RepRap – то похожая плата у вас, скорее всего, и стоит.

Внешне выглядит, как уменьшенная копия предыдущей. Все те же безумные надписи, которые никто не читает (с):

Плата потребляет 12В/10А на старте и 7.8А после прогрева. Вполне, хотя и с трудом, тянется ATX-питальником. По равномерности прогрева ничего нового нет – все так же, как и у предыдущей:

Итог: Готовое не подходит. Каждая вторая плата (из двух протестированных :)) не может похвастаться полной 300х300 мм зоной нагрева. И самое печальное - некоторые платы не могут справиться даже со своей основной функцией – обеспечением равномерного прогрева!

Да и сверху хочется красивую сеточку!

Хочешь сделать хорошо – сделай это сам. Как мы делали хорошо, били стекла, и что из этого всего получилось - в следующей статье :)

А оставить предзаказ на 3D-принтер Cheap3D V300 можно у нас на сайте

[SIZE=1]источники картинок: 3D Universe, RichRap, RichRap, Roy Smith, MakerBot, a3393341, Think3dPrint3d