Из грязи в князи, или Как Тони Старк превращал ведро с [китайскими] гайками в легенду

«Нет предела совершенству»

Общий актуальный вид технологического монстра

Всё началось скромно. Родная болванка под названием Aurora, которая суть посредственный клон Prussa i3, с помощью некоторых готовых запчастей, а также продуманных наперёд и тесно связанных апгрейдов превратилась в то, что могло бы потягаться с дорогостоящими моделями и даже уложить их на лопатки. Без пафоса и понтов я опишу ниже – почему. Перед вами краткая история о паровозике, который смог и сможет ещё. Двинули!

Одной из первостепенных задач (помимо того, чтобы эта штучка заработала) было налаживание диалога между творением и его создателем. Для этого мной был разработан датчик Z-уровня (по сути, с нуля – от китайского оригинала остался только корпус, а все решения были переосмыслены), который впоследствии был запрограммирован на общение посредством двух цветовых сигналов (зелёного и красного) с разной частотой мигания, в зависимости от ситуации / ошибки / команды и другого производственного контекста. По итогу получился новый датчик Z-уровня, возможности которого значительно превосходят китайские, японские и другие аналоги.

Hello world! Детские фото датчика. Слева направо - датчик в зародыше, только-только проверен концепт на макетной плате (1), первый тест платы датчика без корпуса (2), намотка новой, более мощной катушки на датчик (3), датчик в процессе разработки и отладки прошивки (4), вступил во взрослую жизнь (5)

А так датчик выглядел в стоке до всех манипуляций

Небольшой шоупринт с новым датчиком (до внедрения кастомной системы охлаждения)

Материал, который я чаще всего использую – Bestfilament Watson

Сушилка филамента. Сухой филамент - залог прочной и качественной распечатки! Об этом уже написана уйма статей. Так что тут ничего нового

Разработанный мною датчик Z-уровня имеет оптический триггер срабатывания и обладает аналоговым и цифровым фильтрами по входу с оптореле. К плате Mks подключается через экранированный кабель, что исключает любые наводки от кинематики принтера, да и просто от длины кабеля. По питанию оснащён собственным источником опорного напряжения, а также оснащён фильтром помех по питанию от индуктивности катушки иглы измерителя. Даже при самой активной работе как иглы измерителя, так и кинематики принтера в цепи измерения флуктуации напряжения не более 0.0001В.

Оснащён двумя микроконтроллерами. Один отвечает за измерения, обработку данных и общение с управляющей платой принтера. Второй же отвечает за управление катушкой, отвечающей за положение измерительной иглы. Контроллер катушки настолько точно следит за положением иглы и плавностью её хода, что в ходе тестирования его работы выступал в роли магнитного левитатора для измерительной иглы. Такой контроль положения позволяет добиться максимальной точности измерения даже при кривой установке датчика. При этом датчик полностью совместим интерфейсом управления с BLtouch и, тем более, устанавливается в корпус обычного BLtouch взамен китайского. В результате установка датчика на принтер и изменения в прошивке принтера точно такие же, как и при установке оригинала.

Я потратил три месяца на разработку этого датчика и ещё один на отладку, но результат превзошёл все ожидания. Я забыл про существование таких дефектов печати как слоновья нога или недоэкструзия первого слоя. С ним первый слой всегда идеально ровный. Датчик был протестирован его на нескольких принтерах и даже на заводском 4х-осном ЧПУ. И во всех случаях он выдавал погрешность равную погрешности кинематики самих ЧПУ. В итоге для моего принтера она стала +- 0.0022.

Когда моё детище ощутило себя мужчиной, оно стало снабжать себя деталями самостоятельно, как и любой взрослый мальчик. В частности, с помощью детали ниже был усилен кинематик оси Z, что позволило ликвидировать биение вала при движении:

Далее нужно было решить проблему нагрева и термостойкости.

Алюминиевый нагреватель был выкинут первым делом, а на его место встал латунный. Также на него был надет силиконовый чёрный чехол, чтобы уменьшить ИК-излучение и нагрев деталей вокруг нагревателя, заодно повысив его термостабильность. Также был заменён термистор на 104NT-4-R025H42G, что позволило добиться почти идеальной температурной стабильности и точности. Была заменена и горловина нагревателя на полностью металлическую - 1.75 мм.

Когда-то на месте термобарьера стояли два маленьких вентилятора. Один был для термобарьера, а другой для системы принудительного охлаждения. Они шумели как иерихонские трубы – так, что даже соседи с других этажей жаловались на их вой, как и на шум движков. Но если шум движков решился драйверами TMC2208, то с термобарьером и СО пришлось сильно попотеть.

Базовая СО не могла обеспечить охлаждение в принципе и существовала чисто номинально. В итоге были куплены две тихие улитки от GDS с двойным воздухозаборником и форм-фактором 5020. Разработанная и распечатанная мною СО с таким монстром практически мгновенно отверждает SBS пластики или TPU, позволяя мне печатать мостики и почти забыть о существовании поддержек.

Мой термобарьер имеет крепление для датчика Z уровня собственной разработки, а ещё специальную прорезь с откосом, которые направляют избыток воздушного потока на датчик, защищая его от воздействия близко расположенного нагревателя (1 см) и обеспечивая температуру на поверхности датчика не более 30°С, что позволяет мне проводить измерения сетки стола даже с нагретым соплом, не беспокоясь о температурном дрефе показаний датчика.

Сама же улитка даёт настолько мощный поток воздуха на радиатор термобарьера, что даже при нагреве хотэнда до 250°С, сам корпус нагревается не выше 32-35°С. Это даёт очень резкий перепад температур для пластика, что позволяет мне добиться идеальных ретрактов даже TPU пластиком.

Что касается шума, то в настоящее время зверёныш приобрел навыки ниндзя – можно даже не понять, в какой момент он закончил печатать. Единственный источник шума – кулер блока питания. Соседи довольны – а я так вообще!.. В доказательство – видео в конце статьи.

До и после установки кастомной системы охлаждения

В качестве дальнейшего улучшения экструдер был переведён с боуден типа на директ, что так же сильно положительно сказалось на качестве ретрактов:

Благодаря усиленным пружинам, стол ещё меньше гуляет при печати, и практически не сбивается даже при транспортировке, а золотая отражающая термолента на корпусе защищает плату управления и корпус от нагрева со стороны кровати (стол печати):

Наконец, была произведена замена китайского ПВХ шланга на нормальный качественный кабель канал и китайских соплей на нормальную медную витую пару. До кучи стоит упомянуть, что в принтере установлен модуль MKS Wifi, который позволяет мне печатать по воздуху, хотя в настоящем обзоре управление было пущено через кабель.

В начале я написал эпиграф «Нет предела совершенству», и не просто так: улучшая принтер, мы в итоге получаем аппарат бюджетного ценового диапазона, который выдает качество на уровне лучших коммерческих образцов. Бюджет всех переделок моего образца, включая самостоятельные разработку и изготовление печатной платы датчика по фоторезистивной технологии не превышает 15 тыс. руб., что является более чем приемлемой ценой за высокую точность и качество готовых деталей.

В завершение – фотоподборка аппарата и обещанное видео практически бесшумной работы:

Продолжение следует...