3D печать для самых новеньких. От А до Я. Выбор комплектующих и оценка их качества.

Узнал я однажды: скупой платит дважды;

И так же, поди ж ты, тупой платит трижды.

Но лучшим плательщиком наша эпоха

На рыночных принципах сделала лоха. (c)

Продолжаю серию статей о начинке принтеров, принципах их работы, настройке и всему тому, что в любом случае пригодится любому, купившему себе принтер на свою голову и решившему его починить. С кинематикой мы разобрались, с 'мозгами' и тем как они работают тоже. Остался большой и самый критичный вопрос по качеству комплектующих. Как выбрать хорошие и насколько долго хватит китайских рельс за тысячу рублей? Насколько целесообразнее взять подшипники в Китае, чем купить у нас хорошие? И как купить хорошие сопла/термобарьеры, что бы не материться и не наматывать фум-ленту и не мазать термопасту?

Как и сказано, в стихотворении в шапке, для экономии денег в REPRAP проще купить качественные запчасти задорого, чем тратить свое время на полировку каналов в каретках, подбор шариков с микрометром и замер твердости рельс.

Кинематика

Валы

От качества комплектующих зависит точность и качество печати. А еще звук при печати. Особенно, если печатать быстро.

Относительно валов. В большинстве случаев проблемы с китайскими валами просты:

1) Они кривые. Даже, если они закалены поверхностной закалкой и заполированы, но кривые - вас ждет боль разочарования. Особенно, если кинематика Ultimaker. Кривые вращающиеся валы вам дадут неравномерный по толщине первый слой. Где-то будет вмазано, где-то на весу.2) Они сделаны не в допуске. Это может быть партия отбраковки. Если вал меньше, чем нужно, то подшипники будут люфтить. Все люфты будут складываться и будет это проявляться в виде волн, наплывов в местах смены направления и посторонних стуках при печати.

3) Это могут быть совсем не валы. А калиброванный пруток, который ушлые китайцы аккуратно заполировали и продали под видом валов. Они не закаленные, то есть от шариков подшипников через какое-то время будут накатанные дорожки. А вся блестючесть испарится за пару недель активной печати. Они далеко не в допуске. Я с таким столкнулся в своем первом принтере, в 2013 году. Эдакая акриловая дрыга с кучей печатных деталей. Это единственные фотки этого монстра китайского репрапа и моих попыток заставить его печатать хоть как-то. Валы далеко не блестящие, это именно тот самый калиброванный пруток. Он незакаленный, поэтому шарики довольно быстро прокатали себе канавки. Да и вообще, подшипники катались с небольшими заеданиями.4) Это валы. Но от старых 'бумажных' принтеров. Их можно использовать только с пластиковыми подшипниками, такими, которые стояли в этими же валами. Причем размер валов очень индивидуален и просто так крушить принтеры или ехать ради бесплатных принтеров с авито на другой конец города не лучшая идея. Результат работы вала от струйного принтера с шарикоподшипниками можно видеть ниже. Собственно, результат аналогичен предыдущем пункту.Рельсы

Для любителей рельс расскажу свой опыт, а дальше каждый волен выбирать стоит ли его время подобных затрат или нет. По началу, как только стали появляться недорогие китайские рельсы, я взял несколько и поставил их на принтер. Каретки ездили так, что перемещение оставляло желать лучшего, и я понадеявшись на мощность моторов поставил их, через год у них был настолько огромный люфт, что я их просто отправил в помойку. Маркировки, естественно, никакой не было, цена была что-то около 1 тысячи рублей за 300 мм с кареткой. Потом были нонейм рельсы, несколько лучшего качества, на ZAV от почившего соберикосяка Соберистанка. Но они тоже разболтались изрядно через год. На видео видно, что качество оставляет желать лучшего.После этого я зарекся покупать 'непоймичто' и купил Hiwin. Сказать, что разница колоссальная - ничего не сказать. Каретки двигаются плавно, при наклоне рельсы неспеша едут и никаких закусываний. Сама идея покупки дорогих Hiwin правильна и целесообразна в том случае, если вы хотите печатать и не морочить голову доработкой каналов для шариков в каретках (отверстия в каретках сверлятся с двух сторон, а поскольку оборудование, как и техпроцесс оставляют желать лучшего, то образуется несоосность и ступенька). Примерно вот так.Может и вовсе быть бракованная каретка.Ну а после доработки каналов придется обзавестись микрометром и пачкой китайских шариков. И по мотивам поста Xedos подбирать шарики нужного диаметра, чтобы отрегулировать каретку так, чтобы она каталась без люфта и без излишнего натяга. В качестве рекомендации, если вас жаба задушила купить Hiwin за 15к на принтер, предложу YTA от Purelogic. В этом случае рельсы выйдут несколько дешевле, а качество будет в разы лучше KGT и уж тем более, китайского нонейма.

ПодшипникиВ большинстве случаев китайские подшипники с Aliexpress являются жуткой погремушкой, при печати будут жутко греметь и могут закусывать. На оси Z это чревато неравномерной толщиной слоя, т.к. гайка на трапеции имеет небольшой люфт, а при закусывании подшипника стол может не опуститься на толщину слоя. Поэтому если не хотите гремящих и закусывающих подшипников, то надежнее будет взять фирменные в том же Technobearing, например французские FLI.

Можно купить IGUS.На самом деле, купить IGUS это хорошая рекомендация, если заказывать так называемую спецсерию в виде втулок.Это когда каждый подшипник вам индивидуально изготавливают на станке, обтачивая пруток. Каталожные подшипники делаются методом литья под давлением, поэтому и большие допуска на изготовление указаны в каталоге. Я, после кучи красивых презентаций подшипников и описания режимов работы материалов этих подшипников решил их внедрить в изделие на работе. Три партии по 10 штук каталожных подшипников вылетали из поля допуска на 0,06-0,1 мм за счет чего появлялся люфт. А его быть не должно. Нет, люфт просто должен быть, иначе подшипники просто намертво сядут на вал и никакого перемещения не будет. Я говорю о том, что допуска в каждом индивидуальном случае будут разные и должны выбираться в зависимости от задачи. купленные подшипники давали излишний люфт и изделие работало некорректно. А учитывая, что это протез ноги, то любой люфт, стук и вибрации будут восприниматься пациентом и это недопустимо. В итоге, нам пару раз меняли партии, но результат был тем же. Я попытался у немцев получить бумагу о том, что их подшипники, которые они поставляют, всегда будут такого размера, т.к. получаются литьем. Но немцы не смогли дать такой бумаги, что бы я скорректировал конструкцию под поле допуска этих подшипников. После долгого допытывания менеджера, он выдал, что они могут сделать спецсерию, с полем допуска в 0,02 мм. И они это сделали.Можно и напечатать. Из ABS/PLA некошерно, так как поизносится, да и вообще не предназначен для работы в качестве подшипников. Но есть филамент из пластика, из которого Igus делает подшипники. Правда цена кусается, аж 80 евро за 750 грамм пластика.Ремни

Больная тема для большинства владельцев принтеров. Чуть ли не через день вижу вопросы из разряда: 'Стоит ли экономить и купить нонейм, или потратить кучу денег и купить POWGE/GATES', 'Покупать белые ремни со стальным кордом или купить со стекловолокном? И где найти рекомендованные Имярек ремни с кевларом?', 'Брать ремни 10 мм или 6 мм?'. В большинстве случаев хватает и обычных ремней с шириной 6 мм. Какого-то особенного качества печати после установки POWGE я не увидел. Правильнее будет искать проблему в шпульках, в большинстве случаев они делаются литьем, далее внутрь вставляется втулка и разворачивается. По факту имеем большое биение, ремень при этом то натягивается, то ослабевает. За счет этого могут появиться артефакты при печати, волны, искажение геометрии, лопнувший корд со временем от таких циклических нагрузок.

Пытался найти шпули не китайского производства, с гарантией соосности зубчатого венца и отверстия. И не нашел.

Даже секта любителей POWGE поредела, после того как они начали присылать шпули с большим биением за тройную цену обычных шпуль. Для себя нашел единственный способ получения наиболее приемлемого качества шпуль - покупаем десяток и методом отбраковки оставляем наилучшие. Биение проверяется индикатором. Есть еще один метод, он позволяет добиться хорошей соосности.

Суть в том, что необходимо в зазор, который выбирается установочными винтами подкладывать фольгу так, чтобы снизить биение. На картинке ниже я изобразил откуда берется несоосность. В идеале шпулька должна надеваться на вал с небольшим натягом, чтобы при контровке винтом не испортить центровку.

Ходовые винты. В народе называемая трапеция и ШВП (шарико-винтовая пара).

Проще, дешевле и надежнее поставить обычную трапецию (винт с трапециеидальной резьбой).

Потому, что даже если он слегка кривой, то небольшой поперечный люфт гайки на нем предотвратит его влияние на ровность слоев. Часто спрашивают о целесообразности установки подпружиненных гаек. Вроде таких.

Они имеют место быть, если у вас винт расположен горизонтально. Скажем, если ось Х или Y сделана на трапеции.

Гайка в данном случае имеет продольный люфт, который необходимо убрать. В случае, когда винт установлен вертикально, люфт выбирается весом стола/портала и ставить подпружиненную гайку нет. Если у вас проблемы с уровнем стола, который перемещается вертикально, то нужно поставить нормальные подшипники и валы на ось Z, я выше писал, что они могут закусывать, и продольный люфт винта сбивает всю калибровку. Для правильной работы ходового винта его нужно смазывать. Подойдет любая консистентная смазка вроде ЛИТОЛа, графитных смазок или силиконовых. Если после смазки у вас стол падает под собственным весом, то проблем в этом нет, это значит, что между гайкой и винтом низкое трение и изнашиваться он будет меньше.

В более продвинутом варианте (ШВП) трение скольжения между гайкой и винтом заменено на трение качения. Учитывая возросшую точность исполнения передачи установка требует дополнительных подшипниковых опор, в противном случае разницу между трапецией и ШВП вы не ощутите.

И, понятное дело, винт трапеции и ШВП может быть кривым, а китайские так тем более. И если трапециеидальный винт тоньше, чем валы и имеет небольшой поперечный люфт для минимизации влияния кривизны оного на печать, то ШВП толстая (обычно минимальный диаметр 12 мм) и гайка не имеет люфта, а посему при правильной установке кривой ШВП получится вобблинг.

Корпус

Выбор правильного материала для корпуса способен решить около 80% проблем с принтером. Если вы предпочитаете кинематику имени Джозефа Прюши, то стоит рассмотреть варианты из стали, а-ля Prusa Steel. Это позволит добиться достаточной жесткости для печати на скоростях до 100-120 мм/с. Подобный вариант я рассматривал поближе.Касательно материалов для кубика. Совсем дешево и для тех, кто не любит в CAD-ы - конструкционный профиль. На мой взгляд, он хорош для прототипов, кои будут разбираться и перебираться покуда не превратятся во что-то изящное. И в корпусе из другого материала. То есть, профиль изначально придумывался под быстрособираемые/быстроперебираемые конструкции. И корпуса из него более громоздки, чем из других материалов. Я уж не говорю о количестве винтов, необходимом для сборки подобного корпуса. Да, я собирал кубик из профиля Соберизавод. И после этого осознал, что если принтер перебирать основательно не требуется - лучше использовать другие материалы.

Для любителей красивых форм, запаха краски и жженого дерева, а так же доводки шпатлевкой - фанера. Дешевый материал, из которого все начинали делать корпуса для принтеров. Начиная от Ultimaker Original, Makerbot Thing-o-matic до народных ZAV, UlTi, Z-Bolt и Ваниного ультика. Ее надо красить или пропитывать. Сначала кажется, что скрутить кубик при помощи шип-паз и горстки винтов это жестко и никуда ничего не поведет. А примерно через год начинает коробить. На H-bot это очень сильно заметно, когда начинают съедаться ремни.

Следующий распространенный материал - сталь/алюминий. Листовой материал, порезанный лазером/гидроабразивом. Тяжелый, ничего не покоробит. Порезать, разумеется, несколько дороже, чем фанеру. Кит-наборы того же UNI делают из стали. Корпус принтера с областью печати 200*300 мм весит около 10 кг.

Дибонд/Алюкобонд и прочие алюмокомпозиты режут на фрезерном станке. И весит немного и красивый материал. Ultimaker 2/3/S5 уже давно делают из него, ZAV не так давно на него перешли. По стоимости сравнимо с порезкой металла и покраской.

Экструдер

По части подающего механизма обычно ставят самый дешевый mk8 с прямозубой шестеренкой и подшипником. Он простой как 5 рублей, но для работы с флексами имеет кучу проблем. Из тех, что получше и более популярно - клоны e3d titan/ titan aero и bondtech mini/ BMG. И вот тут появляются вопросы и гипножаба, требующая потратить как можно меньше на принтер. Тот же самый Titan в исполнении разных производителей отличается очень и очень сильно. То есть, подающая шестерня может быть сделана отвратно накаткой, так и быть отфрезерована. У нее может быть канавка для лучшего сцепления с прутком, так и не быть оного. А о размере этой канавки и говорить не стоит, она плавает в очень больших допусках. Рекомендация по покупке клонов титана - купить у наиболее известных брендов, вроде BigTreeTech (BIQU), Fysetc, TriangleLab, а там уж ждать, что пришлют. Как правило качество изготовления лучше нонейма, и естественно, ни в какое сравнение не идет с оригиналом.

Собственно, вот так выглядит оригинал.А вот разные варианты из разряда 'я его слепила из того, что было как умела'.Причем это рекламные картинки из лотов, на деле все гораздо хуже. Ну и несоосность с литой шестерней из 'вроде как РОМ'.Касательно клонов Bondtech, который по созвучию обзывается Btech ситуация аналогична. Титаны делают уже давно, поэтому кто смог, тот отладил производство и делает более приятные глазу шестерни и корпуса. А Bondtech совсем недавно клонировали и отладить техпроцесс еще не успели. Учитывая, что сами шестерни меньше, чем у Titan

Сравнение пары китайских BMG уже делали. Мой разбор оригинального BMG можно почитать тут.После покупки клона BMG от Fysetc мне хотелось долго и упорно прикладывать ладонь ко лбу. Поэтому я взял уже подешевевшие оригинальные шестерни и немножко сравнил.Сопла E3D-like я заказываю с али, без заморочек вроде 'Только дорогие сопла от треугольников, они такие точные и блестящие'. Может они и вправду хорошие и суперточные и не засираются никогда. Но как показывает практика - Aliexpress по части запчастей это лотерея. В одной партии может быть нужная ступенька, в другой уже нет. Поэтому лично я не заморачиваюсь. Если хочется прям 'тех самых, со ступенькой', то проще и надежнее купить у самих E3D. Да, цена кусается, 4-7 фунтов стерлингов, ай-яй-яй. За то те самые.

Насчет термобарьеров. Когда-то давно, сами E3D их просто сверлили, и максимум проходили разверткой. Люди жаловались, полировали и прочее. Китайские термобарьеры страдают подобной проблемой до сих пор, поэтому у многих выработался стереотип, что печатать PLA на стальном термобарьере ну никак не получится. По началу тоже изгалялся с зубочистками, алмазной пастой и дремелем. Потом плюнул и купил МЗТОшный. Ну просто небо и земля. Поверхность внутренняя гладкая, с PLA проблем не было никаких. На данный момент проблема найти, т.к. МЗТО, к сожалению, закрылся. МЗТОшные сопла, к слову, имеют 'ту самую' желанную ступеньку.Если рассматривать термобарьеры из тех, что продаются на Aliexpress, то вариантов много.Слева направо: 1) Термобарьер под 2,85 мм филамент с тефлоновой трубочкой. Трубочку по мере подгорания необходимо заменять. Из плюсов - нет необходимости что-то заполировывать, чтоб пластик не подгорал, т.к. скольжение по тефлону хорошее. Трубочку необходимо искать на али, можно метровыми кусками. Внешний диаметр 4 мм, внутренний 3 мм.2) Аналогичная конструкция, только для филамента 1,75 мм. Трубочка, что вставляется внутрь продается отдельными кусками, при замене просто вставить до упора и отрезать канцелярским ножом. После этого слегка развернуть кончик при помощи отвертки крестовой, например. Трубочка нужна внешним диаметром 3 мм, внутренним 2 мм.3) Цельнометаллический термобарьер. Тот самый, который нужно полировать. На картинке выше он третий для 1,75 мм и 4 для 2,85 мм. В китайских очень часто имеется ступенька, так как сверлят они их с двух сторон. Те, что подороже они и качеством часто получше. Насчет титановых термобарьеров могу сказать, что это не панацея, т.к. теплопроводность примерно такая же, как если б он был сделан из нержавейки. Можно сказать, маркетинговый ход под названием 'новинка'.5) Сквозной термобарьер под 'обычную' трубку с внешним диаметром 4 мм, а внутренним 2 мм. В основном используется при боуден-подаче пластика, т.к. при деградации фторопласта от температуры его просто подрезают буквально на 1 см. Недостатком такого метода можно назвать люфт трубки, т.к. при нажатии на цангу фиттинга трубка свободно проходит, то есть вставляем ее до упора в сопло и отпускаем цангу. Она зажимает трубку и приподнимает ее. Важно отрезать трубку ровно, без скосов, чтобы пластик не попадал между трубкой и соплом.

6) Вариант не нарисован, но на Aliexpress присутствует и я считаю его наиболее предпочтительным, чем предыдущий.Отверстие под трубку 4 мм не сквозное, а только до шейки термобарьера, что разделяет нагревательный кубик от радиатора. В данном случае трубка не деградирует, т.к. не перегревается, нет проблем с печатью PLA, просто потому, что ниже трубки уже жидкий пластик, а переходная фаза из-за которой происходят пробки с PLA находится выше, в трубке и скользит в ней. Этот вариант можно использовать как в директ версии, так и с боуденом.

Электроника

Про платы/драйвера я уже писал в предыдущих частях своего повествования.

Платы

В подавляющем большинстве это либо 8-битные платы на Atmega2560, вроде MKS Gen 1.4/Gen L/Fysect F6 и подобных, либо 32-битные платы на LPC1768 ( BIQU SKR, MKS Sbase, MKS Sgen)/ STMf103 ( BIQU SKR mini, MKS Robin).Прошивка в большинстве случаев - Marlin 2.0 или Smoothieware, в случае с MKS Robin это закрытая прошивка вроде Repetier.Есть еще всякие проприетарные Lerdge, Chitu, Dlion и прочие.В общем и целом китайские контроллеры недорогие, работают вполне стабильно, если не брать совсем уж свежий нонейм с закрытой прошивкой. Бывают проблемы с работой по внутреннему UART. Я не смог подключить SKR 1.1 к Orange Pi по UART, просто порт не отвечал никоим образом, так же в 1.1 обнаружились проблемы с дисплеями и преобладающее большинство предложений на Aliexpress предлагают более новую версию 1.3.

ДрайвераПо опыту использования TMC2100 оригинальных и от Makerbase (вот прямо таких, как на картинке выше), которые мы когда-то покупали коллективно могу сказать, что грелись они дико, настройка тока вызывала нервный тик, и в целом решение китайцев копировать опенсорсные решения наводило на мысль, что они рукожопы. Настройка тока из разряда 'попробуй повернуть крутилку на 0,001 градуса. Если повернешь больше, то настраивай заново'. Просто видимо, неправильно подобраны другие ЭРИ, за счет чего настройка Vref в пределах диапазона 0,5В - не больше пары градусов. После этого были куплены оригинальные TMC2100 от Watterott. И проблема настройки исчезла. Потом вышли совсем свеженькие TMC2130. Тоже были взяты на пробу. Но отсутствие толковой поддержки драйверов Marlin оставляли желать лучшего. С подключенным SPI они были очень тихие, но момент был настолько низкий, что вал без усилия можно было остановить 2 пальцами. В Standalone они орали хуже А4988.Потом появились разные TMC2208/2209/2224 и другие контроллеры для двигателей от других производителей. По итогу на данный момент TMC2208 работают очень тихо, без обдува не пропускают шаги, да и вообще не доставляют проблем.

Насчет SPI/UART и предлагаю решать каждому для себя, нужно оно вам или нет. Иногда читаешь сообщения школьников, которые услышали незнакомые буквы UART, на заборе прочитали, что так можно какой-то момент отследить, да и вообще это стильно-модно-молодежно и можно сэкономить на покупке концевиков. Покупают драйвера, а потом начинают всем подряд задавать вопросы о том как подключить, помочь найти причины почему это все не работает как надо. А на вопросы вроде 'зачем тебе UART?' отвечают, что сейчас у всех стоит такое, это продвинутые технологии и тому подобный бред сумасшедшего.

Дисплеи

Типичные дисплеи с крутилкой все никак не уйдут в прошлое. Даже привычные графические дисплеи изменяют, уменьшают, делают цветную подсветку, но они все еще живы.Немного примеров трансформации дисплея 128*64:Причина по которой мне бы искренне хотелось, чтобы эти дисплеи ушли в небытие одна — из года в год, из старых прошивок в новые, перекочевывает ужасный, просто убийственный интерфейс с кучей меню и подменю. И мало того, чтобы найти нужную функцию нужно раз 20 крутануть ручку, пролезть через десяток подменю нажимая на крутилку, пару раз промахнуться и только тогда найти нужную строчку. И постараться запомнить где она находится, потому, что это все не столь очевидно как того хотелось бы.

Красивый интерфейс есть, и прошивка с ним открыта и она на основе того же самого Marlin. Удобный и логичный интерфейс сделали в Ultimaker. Да там даже дисплей с таким же разрешением, 128*64 пиксела. Только почему-то никто не смог себе такой сделать.Касательно TFT дисплеев, которые создавались как универсальная замена дисплеям с крутилкой. Они задумывались как универсальные, подключаемые по UART, чтобы не было нужды прописывать каждый дисплей в прошивке. Парадокс, но сенсорные дисплеи делают почему-то только китайцы, как началось все с MKS TFT32 от Makerbase, так в основном только они и делают. Парк диагоналей разросся аж до 7».Тут и 2,4», и 2,8», и даже 3,5».Большое дерево, aka BigTreeTech (BIQU) пытается делать что-то похожее, но на принципах OpenSource.Они даже скрестили ужа с ежом TFT дисплей и 128*64. У дисплея есть разъемы для привычных шлейфов EXP1 и EXP2, в таком режиме он отображает информацию как и обычный 12864, тач не работает, только крутилкой можно двигаться по меню. Если подключать через разъем AUX-1/RS-232, то работает тач. Полагаю, что SD и USB доступны в обоих режимах.Вентиляторы

Еще одна тема, которая не дает покоя любому любителю 3D-печати, когда после установки самых дешевых кулеров от принтера исходит какофония визжаще-дребезжащего ансамбля им.GDStime.Если вы выбираете дешевые подшипники, предпочитая не переплачивать за Sunon, даже в РФ, то выбирайте те, у которых в лоте указано, что они на шариковых подшипниках ( ball bearing), те же GDStime делают вполне неплохие кулеры на шарикоподшипниках. Чуть ниже надписи Model есть Bearing. Там должно быть написано Ball или Dual ball.Еще одна проблема с кулерами - это их работа с ШИМ (PWM). На проприетарных платах, вроде Lerdge нет возможности изменить частоту ШИМ, что бы заработали кулеры в половину мощности или в процентах от полной мощности. Кто-то подбирает емкость конденсаторов в RC-фильтрах (низкочастотный фильтр, который собирается из резистора и конденсатора и не пропускает низкочастотный сигнал), кто-то корректирует параметры ШИМ в прошивке.

Параметры RC-фильтразависят от двух параметров - мощности нагрузки, читай кулера и частоты ШИМ сигнала. Чем выше частота ШИМ, тем меньшие номиналы компонентов потребуются. Формулы можно легко найти в интернете. Так, частота ШИМ в Marlin составляет 122 Гц, в Repetier Firmware - 16 Гц, а в Lerdge - 50 Гц.

Так, например в Marlin за это отвечают параметры #define FAST_PWM_FAN и #define FAN_SOFT_PWM, а так же #define SOFT_PWM_SCALE 0. Какие числа подставлять и что означает каждый параметр можно почитать тут и тут.

Один из вариантов решения проблемы с ШИМ - покупка карлсонов, которые поддерживают ШИМ. Касательно Sunon это выглядит так.

Вывод

Собирать свой принтер каждый волен из тех, компонентов, которые считает нужным/имеют разумную цену/может достать/ по карману (нужное подчеркнуть), но для оценки их качества и целесообразности применения нужно руководствоваться здравым смыслом. Купить Noname-рельсы за 1000 рублей и потом их менять каждый год, матерясь, что печатать не получается как у Имярек, или же купить Hiwin/YTA и забыть об этой проблеме навсегда? Слушать визжание кулера с подшипником скольжения за 50 рублей или купить Sunon за 150 рублей? Решать каждому.