На честном слове и на одном крыле. История создания самодельного принтера.

Я давно хотел написать статью про то, что собрать 3D-принтер из подручных средств может каждый, но всё ленился и считал, что подобных статей и без меня достаточно. Но, по счастливому стечению обстоятельств, мой принтер случайно заметили в обсуждении одной популярной группе в контакте и пригласили поучаствовать в конкурсе 'Рассказ про мой 3D-принтер'. Что ж, вот рассказ про мой, слегка монструозный, принтер.Введение

Долгое время я не решался взяться за самодельный 3D-принтер. Проблемы с электроникой меня не страшили, т.к. это моя основная профессия, но вот программная часть меня всячески смущала. Опыт программирования у меня, конечно, есть, я даже 2 года работал программистом в одной научной конторе, но я не занимался этим уже почти 10 лет и, в том случае, если мне пришлось бы самостоятельно писать прошивку и интерфейс управления это заняло бы не один год, а осилить такие длительные проекты у меня просто не хватит запала.

К тому же, почти во всех статьях о самостоятельной сборке принтера (по факту просто сборки из заранее купленных деталей согласно инструкции), которые мне попадались, авторы наперебой рассказывали о том, что необходима адская точность изготовления всех деталей, только лазерная резка для деталей корпуса, только оптически выверенные направляющие и т.д., а съемная квартира, старенькое авто и прочие факторы указывали на то что денег на покупку всех этих деталей я не смогу выделить быстро. И вообще в статьях недвусмысленно намекали на то, что даже сборка из готового набора – это не для простых смертных.

Но тема 3D-печати продолжала меня всячески интересовать, я продолжал читать различные статьи и радоваться успехам новых 3D-печатников. И вот, однажды, мне попались 2 небольших статейки (к сожалению, не смогу их сейчас найти, чтобы вставить ссылку и выразить благодарность их авторам), в одной из которых автор жаловался, что купленную в Китае прюшу пришлось весьма серьезно дорабатывать напильником, а в другой рассказывалось о том, как детали корпуса выпиливали из фанеры лобзиком, так как добраться до лазерной резки возможностей не было. Всё это зародило во мне надежду, что ничего сверхъестественного в этом принтере нет.

Час - полтора целенаправленного гугления, и я узнал о том, что существует несколько готовых прошивок, подготовка моделей осуществляется в программах - слайсерах и все это можно запросто скачать.

Тем самым проблема точности выполнения конструкции меня больше не волновала, а проблема с ПО оказалась решена до меня, и я решился начать.

Тут хотелось бы заметить, что я пишу, ориентируясь на новичков, которые ещё много чего не знают о 3D-принтерах, не понимают, что откуда и куда, но которым тоже хочется. Ведь именно таким я был на тот момент, когда решился собрать свой 3D-принтер.

Этап конструирования и сборка.

С самого начала я решил, что постараюсь делать принтер максимально бюджетным. Т.е. либо изготавливать составные части самостоятельно, либо использовать выдранные из разобранной оргтехники.

Итак, разложим принтер на основные составные части. Принтер состоит из «рамы», контроллера с драйверами двигателей и прочей электроникой, исполнительных механизмов (шаговые движки) и экструдера.

'Раму', понятное дело, я собрался делать полностью самостоятельно и из подручных средств. Двигатели я тоже твёрдо решил не покупать, а повыдёргивать отовсюду откуда только смогу, а затем уже выбрать подходящие. А вот с электроникой дело обстоит немного по-другому. Дело в том, что я никогда до этого не имел дела с ардуино и вообще считал, что она нужна только для тех, кто вообще ничего не понимает в электронике, а может только кодить. А тут от данной платформы никак не отвертеться, так как прошивка которую я собирался использовать (Marlin) именно под ардуино.

Сначала я решил, что ардуино тоже буду делать самостоятельно. Т.е. нарисую схему, разведу плату, изготовлю её ЛУТ-ом, ну и всё спаяю. Всё это я делать умею, поэтому трудностей не боялся. Но сами элементы, всё же необходимо покупать. Пробежавшись по ценам, я понял, что купить готовую плату не просто проще, но и, самое главное, дешевле! А ведь я ставил себе задачу сделать максимально дёшево, а не максимально самостоятельно). В общем я понял, что разумнее ещё раз разобрать всё в уме на составляющие, и составить список того, что целесообразнее покупать, чем делать.

Начал подбор я с электроники. Понятно, что в качестве контроллера я взял Arduino Mega2560. Драйвера шаговых движков самостоятельно тоже не имело смысла изготавливать (хотя позже я удивлялся тому, что на них понапаяли, и даже, в качестве эксперимента, один слегка доработал). А раз уж ардуино и драйвера движков покупные, то я, скрепя сердце (и представив себе все те мотки проводов, которые я бы городил вместо него), решился и на покупку RAMPS 1.4. Также я думал, что обойдусь без LCD экранчика, но он шёл по сходной цене в одном комплекте с RAMPS и драйверами движков. Таким образом начал формироваться список покупок.

Далее я занялся экструдером. Бегло пройдясь по этой теме, я понял, что изготовить его самостоятельно можно, но крайне много возни. Особенно много вопросов вызывало изготовление сопла. Я уже обдумывал как именно я буду всё это делать, но тут наступил мой день рождения, и я решил сделать себе подарок и не обременять себя слишком трудоёмкой работой. В итоге мой список покупок на небезызвестном китайском сайте выглядел так:

1. Arduino mega2560

2. Ramps 1.4 + 5 драйверов движка + Lcd экранчик

3. Экструдер MK8 в сборе с соплом 0,3мм и терморезистором

4. Хитбэд MK3 (как позже оказалось, в моих целях именно его можно было и не покупать)

5. Два 10 метровых мотка филамента для 3D-ручек (ведь на чём-то нужно было испытать)

Касательно остального, я решил слабину себе не давать и придерживаться курса малобюджетности.

Двигатели. По поводу шаговых двигателей я дал клич по своим друзьям и знакомым, среди которых тоже немало самодельщиков, и они мне принесли несколько разномастных движков. Кроме того, я сам распотрошил шесть старых не рабочих принтеров и один сканер, которые по счастливой случайности забыли выбросить на работе. Оказалось, что не все принтеры работают с шаговиками, в некоторых была реализована отличная система с движком постоянного тока, лентой с чёрными рисочками и двумя фотодатчиками (в общем, принцип работы как у колёсика в мышке: просто, надёжно, и никаких пропусков шагов). В итоге у меня было 2 одинаковых шаговика типа NEMA 17 и штук 6 разных шаговиков из принтеров. Опытным путём я нашёл 2 принтерных двигателя, с одинаковым углом поворота на один шаг, но разного размера. Так получилось 2 пары двигателей.

Далее, пока мои покупки ехали из Китая, началась самая творческая часть – рама. За основу была принята прюша (Prusa i3), просто потому что про неё я больше всего нашел тогда информации.

В качестве материалов, я набрал на работе остатки старых конструктивов, пару метров алюминиевого уголка и целую гору небольших панелей из двухмиллиметрового анодированного алюминия (к сожалению, абсолютно все с отверстиями под разъемы, кнопки и т.д.). Вместо наиболее распространенных цилиндрических направляющих, я решил взять мебельные, хотя прекрасно понимал, что будут люфты и прочие неприятности, но с этим я планировал разбираться по мере возникновения проблем.Вооружившись пилой, напильником и дрелью, я начал напиливать алюминиевый уголок довольно смутно представляя себе, как это всё будет выглядеть в итоге. Но, естественно, долго это продолжаться не могло, в итоге мне пришлось заранее продумывать некоторые основные узлы и делать соответствующие наброски. Сразу же вспомнился курс инженерной графики из института (хотя за такие эскизы меня бы тогда досрочно отправили на пересдачу)), и я очередной раз подумал, что мой диплом мне таки пригодился).Во время сборки образовалась масса перекосов, неровностей и прочего – всё успешно исправлялось с помощью напильника и такой-то матери. В итоге, получилась конструкция стремная, но работоспособная. На всех осях по паре мебельных направляющих, оси X (подвижный стол) и Y (подвижная каретка с экструдером) на ремнях (сначала использовал ремень от сканера, но затем всё же купил 2 метра ремня из Китая), ось Z на двух резьбовых шпильках с обычной метрической резьбой.

Забавная ситуация получилась тогда, когда я выбирал на какой оси использовать тот или иной двигатель из имеющихся. Вроде бы логично поставить 2 движка NEMA 17 на ось Z, но оказалось, что принтерные двигатели на столько слабенькие, что не могут катать стол и возить экструдер, а вот с червячной передачей они вполне справляются. В итоге у меня на оси Z стоят 2 внешне разных двигателя, а на X и Y одинаковые.

(А ещё приглашаю посмеяться над зажимами для крепежа шпилек на оси Z к движкам, сделанными из пивной банки)Пару вечеров я провёл в танцах с бубном (штангенциркулем) в настройках коэффициентов прошивки и всяких состояний концевиков (не буду подробно на этом останавливаться, ибо и так уже было несколько статей на эту тему) и, наконец, всё подключено, спаяно, залито и готово к пробной печати.

Тут я бы очень хотел написать, что всё с первого раза получилось, но, к сожалению, это не так.20 метров пластика купленные для первых тестов ушли в утиль. Несмотря на небольшую удаленность от столицы нашей родины, доехать туда и купить пластик в ближайшие дни не представлялось возможным, и, недолго думая, я побежал и купил триммерную леску, причём единственная подходящая по сечению в магазине оказалась «звёздочкой», но меня это не остановило). После нескольких десятков экспериментов с изменением скорости, температуры и кручением всевозможных характеристик в слайсере, результат был уже заметно лучше, хотя всем известная модель Бэт-будда угадывалась с трудом.Проблемы были по всем фронтам. В механике различные заедания и перекосы, в электронике недостаточная мощность блока питания, низкий ток двигателей, в ПО неверно выставленные коэффициенты и вообще неполное понимание принципов работы. Я не буду вдаваться в подробности того, как я решал каждую проблему, скажу только, что одно из самых важных – это температура.

Затем я докупил пару сменных сопел меньшего (0,1) и большего (0,4) диаметра. Худо-бедно начала получаться несложная печать, и я решил сделать что-нибудь покрупнее, разбив на части. Выбор пал на маску Корво из Dishonored. И вот тут я прочувствовал все «радости» печати нейлоном. В первую очередь, это адская усадка. Даже если мне удавалось добиться адгезии к столу, его усаживало с такой силой, что выгибался столик. Кроме того, из-за усадки загибались так же верхние края детали, принтер задевал за них соплом, пропускал шаги, сбивался, и 5 часовая печать начиналась сначала. Вторая проблема нейлона — это сопли. Нейлон никак не поддаётся ретракции – он слишком вязкий и тягучий. Если не отключить ретракцию при печати, то он начинает «жевать» полу-расплавленную пробку из филамента, в итоге она разрастается, деформируется, а затем застывает и филамент намертво застревает в экструдере. Соответственно, длинная паутина везде, где только можно. И еще один пункт я не учёл – нейлон ничем нельзя склеить. Точнее, теоретически можно, например, растворить его в концентрированной муравьиной кислоте, но такого добра у меня нет. Курение различных форумов показало, что единственно разумный способ соединить две детали из нейлона — это сварка. (на фото тёмные полосы это места сварки)В защиту нейлона могу сказать только одно – изделия получаются чертовски прочными.

Короче говоря, всё это время 3D-печать была для меня интересна, но мучительна. Но маску Корво я таки успел сделать к Хэллоуину, и в довесок на скорую руку соорудил себе маску варбосса)Значительно позже я приобрёл себе по катушке ABS (какой фирмы не помню, коробка утеряна) и Prototyper от Filamentarno! и более-менее наловчился печатать и на них. Тут не могу не рассказать об одной особенности. У меня всё время возникали проблемы с первым слоем – он был неровным, неоднородным и не очень хорошо прилипал к столу, но один из участников сообщества (Infoman), мне предложил гениальную по своей простоте идею – печатать на фанерке. Причём, чем хуже фанерка, чем больше на ней микро волосков, тем лучше держится изделие. После того как я стал печатать на фанерке процент брака снизился весьма и весьма.

Правда, в последнее время я закопался в делах и как-то отвлёкся от 3D-печати, но желание написать эту статью побудило меня достать принтер со шкафа и опять что-нибудь напечатать)

Заключение.

Многие мои друзья и знакомые удивляются и не сразу верят, когда я им рассказываю про то что я самостоятельно сделал 3D-принтер. Но после проделанной работы, я понял, что собрать бытовой 3D-принтер проще, чем не суметь его собрать. В связи с тем, что некоторые составные части разумнее купить, нежели делать самостоятельно, никаких специфических знаний мне не потребовалось. При сегодняшнем обилии мануалов и советов по сборке, настройке, и допиливанию, достаточно уметь гуглить и держать в руках отвертку или, в самом крайнем случае, паяльник.

Думаю, что в заключении будет честно сказать, что самодельный принтер из подручного хлама получился всё же несколько хуже покупных. К примеру, слабые движки не позволяют печатать на более высокой скорости, а кривые резьбовые шпильки на оси Z дают весьма заметный вобблинг. Но тем не менее, он вполне годится для домашнего некоммерческого использования.

Так же хотелось бы в самом конце подвести итог насколько мне удалось осуществить идею бюджетности. На всё, включая покупку всяких мелочей, типа недостающих винтиков и прочего, не учитывая только стоимость пластика, у меня ушло чуть меньше 5 тысяч рублей. Честно говоря, большинство обычных офисных «2D» принтеров стоят дороже, не говоря уже о 3D-принтерах, даже из дешёвых китайских наборов. Так что я считаю, что замысел вполне удался.

Несколько примеров печати нейлоном из раннегоИ фото с котиком и запоротой моделькой напоследок