3D принтер с неподвижным столом

Хочу рассказать об одном из своих хоббийных проектов. Это 3D принтер с неподвижным столом. Обычно схема с неподвижным столом используется на «больших» принтерах с размерами области печати по горизонтальным осям более полуметра, ввиду большой массы стола. На мой взгляд такая конструкция оправдана и на принтерах среднего размера. Она позволяет выполнить многие узлы оптимально и просто, улучшить качество печати и сэкономить на материалах и комплектующих. Представляю Вашему вниманию принтер кинематики H-bot с подвижной рамой плоскости XY по оси Z с трёхточечным ременным приводом.

Основные особенности:

• Область печати честные 300х300х450мм.
• Отсутствие каких либо ручных механических калибровок. Достигается за счёт автоматической калибровки плоскости XY относительно плоскости стола
• Быстросъемные модули хотэндов/инструменты
• Ось Z на рельсах и ремнях для исключений воблинга
• Доступные комплектующие
• Нет ограничений по весу стола и по нагрузке на стол
• Относительно высокая скорость печати без потерь качества
• Центр тяжести и движущейся хотэнд внизу (за исключением конца печати высоких деталей)
  
  

Скорость печати в моем стандартном профиле для сопла 0.4мм установлена в 120мм/c (внутренние периметры, заполнение). Скоростью перемещения 140мм/c. Скорость внешних стенок и первого слоя 60. Снижать скорость заставляют только некоторые типы пластика из за низкой скорости экструзии.

На жёстко закрепленный стол можно давить, например на специфических крупногабаритных деталях при неизбежной деламинации можно «пригрузить» поднимающиеся края.GIF, попытался снять обзор 360, не очень то получилось, но кое что видно

Комплектующие

Самая дорогостоящие детали в принтере это рельсы. Использованы китайские рельсы с каретками MGN9H. По осям XY все понятно — классическая схема H-bot и 3 рельсы 350мм, на них 3 каретки. По оси Z оказалось достаточно 2 рельсы длинной 500мм и по одной каретке на каждую.

В качестве приводов использованы распространённые шаговые двигатели 17HS4401. Два ушло на оси X и Y, два на экструдеры. Для реализации автоматической калибровки плоскости XY относительно плоскости стола на ось Z установлены три двигателя, они же и перемещают раму по оси Z. На всех осях использован ремень GT2 шириной 6мм. Всего с запасом было закуплено 10 метров ремня. В блоках оси Z применены подшипники 688ZZ и 624ZZ, на осях X и Y 624ZZ и F623ZZ.Ременный привод плоскости XY по оси Z делит шаги пополам повышая точность позиционирования и уменьшая нагрузку на шаговый двигатель

Электроника

• RAMPS 1.4 c Marlin 2.0, рассматриваю целесообразность перехода на 32 бита
• Плата расширения для раздельного управления шаговыми двигателями оси Z
• TMC2208 на осях XY. Настроенные на 64 деления на шаг. Программное управлением током. A4988 установлены на остальные оси.
• Блок питания 12В 7A, в моем случае форм фактора ATX
• SSR для управления столом
• Квадратная силиконовая грелка 500Вт 220В 300мм
  
  

Практически вся электроника сконцентрирована в верхней части принтера, там же установлены шаговые двигатели приводящие в движение ось Z. Все кабели спускаются сверху. Неподвижно притянут к раме кабель нагреваемого стола. Кабель шаговых двигателей осей Х и Y и экструдеров объединён в один шлейф и закреплён на раме через кожух-цепь. Кабель хотэнда спускается в подвешенном состоянии.Плата расширения RAMPS 1.4 для раздельного управления шаговыми двигателями оси Z

Рама

Рама изготовлена не из конструкционного профиля, а из обычной алюминиевой трубы сечением квадрат 20мм. Приобретается в любом строительном магазине. Соединяется при помощи напечатанных, в данном случае из PLA с заполнением 20%, деталей. Не стандартное решение, но мне оно нравится и я готов его защищать. Жёсткости достаточно, в проекте были заложены укосины для рамы, но как видите, они так и не были установленны. Долговечности тоже хватает, проверено годами на принтере кубике с рамой такого же принципа сборки. Через несколько месяцев достаточно произвести ревизию и протяжку расслабленного из за усадки пластика крепежа.Много метизов M3 потребуется чтобы стянуть раму данной конструкции. Закупая их в местном магазине по цене примерно 1 руб. за штуку обошлись они мне около 300 рублей.

Стол представляет из себя бутерброд, сверху вниз: обычное стекло или зеркало 330 на 330мм, алюминиевый лист 330 на 330мм толщиной 3мм, силиконовая грелка 500Вт 220В 300мм, утеплитель.Стол и на нем линейка 300 на 300 мм

Самодельная Z-проба сделана из китайской микро сервомашинки, кусочка вала диаметром 3мм из старого CD-ROM (сколько их не разбирал во всех такие есть) и оптического концевика. Опциональны втулки под вал из жёлтого металла, которые я изготовил из отработанного сопла хотэнда в домашних условиях. Точность превзошла мои ожидания. Отчёт Marlin:

M48 Z-Probe Repeatability Test

Finished!

Mean: 0.006875 Min: 0.006 Max: 0.012 Range: 0.006

Standard Deviation: 0.001875Z-проба не съёмная, обычно располагается за хотэндом и смещена по Y на 8мм

Быстросъемные инструменты

Как и на других моих принтерах реализована система быстрой замены «головы». Актуально при использовании различных типов экструдеров под различные материалы, а так же других возможностей, например лазерной гравировки, изготовлении печатных плат и пр. Сейчас у меня в парке несколько боуден с разными типами сопла, директ, двойной боуден экструдер, UV лазер, крепление для дремеля и часики. Чуть позже напишу более подробное описание конструкции.

На раме плоскости XY располагается сразу два экструдера прямого привода, второй экструдер для печати двумя видами пластиков и задействован когда установлена «голова» с двумя хотэндами, так же моторы экструдеров служат противовесами моторам XY и тем самым балансируют раму плоскости XY. Сами экструдеры незатейливы, залог их бесперебойной работы — шестерня MK8 с очень малым диаметром.Экструдер

Когда устанавливается «голова» с директ экструдером, оба боуден экструдера на раме остаются незадействованными. С шагового двигателя первого экструдера отключается кабель и подключается к шаговому двигателю директ экструдера, для этого кабель удлинён и облачен в гофру.

Автоматические калибровки

Реализована автоматическая трехточечная калибровка плоскости XY относительно плоскости стола. Производится автоматически после разогрева стола до рабочей температуры. Осуществляется замер расстояний от плоскости стола до плоскости XY в трех точках максимально близких к креплению ремней оси Z. После замера происходит корректировка плоскости на одном или двух приводах.

Для исключения огрехов поверхности стола и самой плоскости XY включён 16-ти точечный билинейный автоуровень.Примеры печати

Стоит отметить, что практически весь принтер напечатан не в самом лучшем качестве на моей предыдущей поделке. Качество печати деталей принтера не имеет отношения к качеству деталей с которым этот принтер печатает.

К сожалению не располагаю качественным пластиком дорогих брендов, поэтому примеры печати на том, что имею. Все фото в большом разрешении, должны быть кликабельны и смотрибельны.Всеми любимый сапог, PLA FDplast, высота слоя 0.08ммКашпо, довольно габаритный горшок, могу его надеть на голову, PLA FDplast, высота слоя 0.2ммВаза торнадо HIPS FDplast, высота слоя 0.2ммЕще фото рядом с кашпоПартия мелких деталей ABS FDplast, высота слоя 0.12мм