Самодельный 3д принтер на Black Pill (STM32F401CCU6)

Добрый день.

Хотелось бы рассказать мой тернистый путь в построении самодельного 3д принтера.

Долгое время я мечтал о 3д принтере, но не мог определиться, купить готовый или собрать самому.

Все началось с анализа предлагаемых моделей на Алиэкспресс. Я понимал, что из - за возрастания цен покупать готовый вариант не имеет смысла, так как пользоваться принтером буду не часто. Отсмотрев «кучу» видео о самодельных 3д принтерах, я определился, какой функционал принтера мне нужен. Большая часть самоделок была выполнена с помощью платы расширения для Arduino Mega 2560 под названием RAMPS. Ничего плохого в этом решении нет, так как оно быстрое и простое. Но мне никогда не нравилась концепция “бутерброда” , и в следствии подорожания Arduino Mega, я решил найти другую электронную основу для своего самодельного 3д принтера. Просмотрев множество предложений, я понял, что покупать плату, рассчитанную на 8 бит в 2021 году уже неактуально, а готовые решения на 16 и 32 бит стоят неоправданно дорого и большинство из представленных моделей имеют множество функций, которые я не буду использовать. Вдруг я «натыкаюсь» на статью уважаемого 3dmaniack с его решением и платой под названием RABPS. Я в короткие сроки повторяю проект, но сталкиваюсь с непредвидимой проблемой. Плата RABPS основана на микроконтроллере Blue Pill (STM32F103C8T6), но существует две версии микроконтроллера с Flash-памятью 64кбайт и 128кбайт. Естественно, наши «друзья из поднебесной», подменяя маркировки, продают более дешевый вариант под видом дорогого. Вследствие чего, прошивка весом более 120 кбайт не уместилась на плату. Эта неудача не остановила меня, а наоборот, дала стимул искать пути решения. И продолжая поиски, я нашел мини проект автора zooinginer, основанный на все той же плате RABPS, но на базе микроконтроллера Black Pill (STM32F401CCU6). С минимальными доработками в виде пары перемычек и перерезанных дорожек, данный микроконтроллер будет функционировать в этой плате. Большое отличие STM32F401CCU6 от STM32F103C8T6 в том, что под этой маркировкой всегда идет Flash-память 256 кбайт, что достаточно для прошивки. Ну вот и все, я нашел ответ на все мои запросы и осталось только разработать печатную плату и изготовить ее.

Далее я разделю свой путь на 3 части.

1) Изготовление платы;

2) Прошивка;

3) Корпус и кинематика.

Хотелось бы начать свой рассказ о тернистом пути самодельного 3д принтера.

Итак, в данной части статьи я рассмотрю все, что относится к плате, от проектирования до готового решения.

Как говорилось в введении, я взял за основу проект уважаемого 3dmaniack с его решением и платой под названием RABPS и проект автора zooinginer с адаптацией платы RABPS к Black Pill (STM32F401CCU6). Имея опыт работы в программе Sprint Layout, за пару вечеров был создан проект печатной платы, но, как это бывает, не обошлось без ошибок. От банальной ошибки в размерах компонентов платы, что достаточно быстро исправляется, вплоть до ошибок в технологии ЛУТ. Забегая вперед, я от него ушел в сторону фоторезиста.

Приступим.

Печатаем фотошаблоны, по которым будет засвечиваться фоторезист. Я печатал на лазерном принтере и плотность тонера на шаблоне была средней, что впоследствии привело к плохому результату.

На не засвеченных участках видны фиолетовые разводы и точки. Это говорит о том, что в этих местах фоторезист через просветы в шаблоне стал засвечиваться. Это привело к тому, что в процессе смывания лишнего фоторезиста стали смываться и нужные дорожки. Решение этой проблемы простое: следует сделать графитовую пыль, натирая стержень карандаша на наждачной бумаге, и постепенного втирать её в шаблон. Как следствие, шаблон становится контрастней и проблема устраняется. Исправив дефект в шаблоне и получив отличный результат, смываем ненужный фоторезист в 3% растворе кальцинированной соды, и переходим к процессу травления. Травлю я в растворе перекиси и лимонной кислоты. Процесс не быстрый. Хотя при нагреве раствора он идет быстрее. После травления, убираем остатки фоторезиста с дорожек, замочив плату в том же 3% растворе кальцинированной соды на ночь, и радуемся хорошему результату.

Далее идет необязательная часть, а именно, покрытие платы паяльной маской. Есть много видов масок, я остановился на пленочной паяльной маске Dynamask 5000, купленной в магазине «Чип и Дип». Процесс нанесения очень прост. Постепенно отклеивая защитную пленку, притираем маску к плате. Далее по шаблону засвечиваем маску, а после этого, смываем не засвеченные места в 3% растворе кальцинированной соды, и отправляем дубится в духовку на один час при температуре 100градусов Цельсия. Получаем.

Затем переходим к пайке компонентов.

Так как у меня нет приспособления (мини – станка) для сверления плат, я использую обычный шуруповерт. Но из-за его массы при малейшем наклоне часто ломается сверло. Я попытался большинство компонентов перевести в smd исполнение, к примеру, стабилизаторы напряжения, резисторы и конденсаторы. Все номиналы указаны в схеме. В результате получил такую красоту.

Это вторая часть рассказа о самодельном 3д принтере.

Речь пойдет о прошивке, а точнее о проблемах, с которыми я столкнулся.

Для меня этот этап был самым долгим. Сначала я разбирался с программой Visual Studio Core и ее дополнением platformio ide. Затем были “танцы с бубном”, из-за подбора версии platformio ide, так как с некоторыми версиями прошивка отказывалась собираться. Я сначала поставил Visual Studio Core не на диск C, а на дополнительный, из-за этого прошивка тоже не компилировалась. Еще немало времени отняло то, что, когда вы открываете прошивку не нужно сразу жать build (сначала надо подождать минут 10-20, что бы загрузились все библиотеки с интернета). Уважаемый zooinginer в свой статье описал что нужно сделать, чтобы прошивка скомпилировалась и встала на Black Pill. С долгими мучениями с помощью diman77 все же удалось скомпилировать и собрать прошивку, а затем по видео о настройке Marlin я выставил параметры для моей конфигурации и под мой самодельный Smart_Controller.

Под статьей я оставлю все нужные ссылки. Если вам будет интересен мой самодельный Smart_Controller могу выложить по нему отдельную статью.

Это третья часть рассказа о самодельном 3д принтере.

Речь пойдет о выборе кинематики и воплощении чертежей в жизнь.

В интернете много видов кинематики, но для себя я выделил три: Prusa (“дрыгостол”), H-Bot и Ultimaker. Коротко опишу плюсы и минусы этих кинематик ( на мой взгляд).

Prusa (“дрыгостол”)

Плюсы: простота сборки, цена комплектующих, легкий доступ к детали.

Минусы: открытая рабочая камера.

H-Bot

Плюсы: точность печати, закрытая рабочая камера .

Минусы: растяжение ремня в следствии его большой длины.

Ultimaker

Плюсы: точность печати, закрытая рабочая камера, использование коротких ремней .

Минусы: зависимость качества печати от качества направляющих валов.

Так как мне не нужен принтер для массовой печати, я остановился на кинематике “дрыгостола”. В интернете есть множество готовых чертежей, но мне хотелось сделать что-то свое. За курс «Компьютерной графики» в институте я хорошо научился чертить в AutoCAD. За 3- 4 дня был создан чертеж рамы. Далее, мне предстоял выбор: вырезать детали из фанеры своими руками или обратиться в компанию по лазерной резке. Я обратился к профессионалам. Плюс лазерной резки в ее точности и качестве. Затем я потратил пару дней на то, чтобы полностью склеить раму 3д принтера.

На этом все. Надеюсь ничего не забыл.

Нужные ссылки:

3dmaniack

zooinginer

Все что нужно