1100 (и даже больше). Часть 0

Аннотация

В комментариях к статье Chobit89 о расширении области печати (с довольно провокационным названием) я упомянул свою работу по сборке 3D-принтера с довольно впечатляющими параметрами (которые, конечно же, не призваны ничего компенсировать).

Не скажу, что данное упоминание вызвало сильный ажиотаж и множество (хотя тут вопрос что есть «много», как специалист по авиационному вооружению, могу сказать, что «много» – это больше двух) реакций, но по просьбе petrov.feodot и Chobit89 (да и по причине неуверенности в текущей итерации модели, которую хочется с кем-то обсудить) я решил поделиться ходом работ по данному проекту.

Пролог

Началось всё с неожиданного сообщения с предложением напечатать образцы для дальнейших прочностных испытаний на разрывной машине.

Кратко обсудив условия работы и определив наиболее интересные материалы, я накопал в закромах катушки соответствующего пластика. Слева направо: PA-CF, PETG-CF, PA, PA-GF, PETG (снизу)

Далее были смоделированы образцы в соответствии с ГОСТ

Нарезаны

Напечатаны и протестированы на спекание слоев

После подготовки всех образцов и проведения уже нормальных испытаний были получены результаты, которые в дальнейшем были использованы для оценки подходящего для последующих изысканий материала. Немного результатов, как видно порвалось всё вполне по учебнику.

Ну или нет, я вообще-то не прочнист, мне матвед читали всего один семестр, но графики красивые, не мог не поделиться.

Определение требований

И вот, спустя некоторое время, пришло то самое сообщение, которое фактически послужило началом разработки данного проекта

После обсуждения требований были определены предварительные характеристики принтера:

• Область печати: 1200×300×250
• Горячий стол
• Термокамера (без которой печатать метровые детали как будто проблематично)
• Высокопроизводительное сопло, способное поддерживать температуру не менее 350 °C (иными словами, в сущности, вулкан и не 104-й термистор)

Характеристики не самые стандартные, но и задача, которая ставится, не самая классическая.

Выбор кинематики и при чем здесь Voron

Разработка принтера с нуля – это процесс определенно увлекательный, но не очень эффективный, в чем можно убедиться, изучив историю моего творчества на данном форуме (нет, я его так и не собрал, впрочем, материалы, закупленные для того проекта, обрели вторую жизнь и что-то даже пригодится в данном).

Как и любой уважающий себя энтузиаст в части аддитивных технологий, первое, о чем я думаю, говоря о самосборных принтерах – это семейство воронов (хотя принтер из фанеры, мебельных направляющих и моторов струйника навсегда в сердечке), поэтому первым порывом было сделать ворон побольше, однако вороны не особо рассчитаны на область печати более 400 мм по любой оси, что не помешало мне позаимствовать некоторые решения, применяемые в них.

Изначально планировалось использовать кинематику CoreXY, но, прикинув, что 4-метровые ремни – это уже слишком, я выбрал классическую CartesianXY кинематику, которая также известна как MakerBot.

Следующим вопросом стал выбор материалов. Нет, было очевидно, что основным материалом станет конструкционный станочный профиль, но оставался вопрос «какой?». После некоторого обсуждения и пары моделирований прогиба стало очевидно, что профиль 2040 явно не справляется с возложенной на него нагрузкой, поэтому выбор пал на 3060 (хотя в ходе написания этого текста я поймал себя на мысли, что, возможно, стоило-таки рассмотреть 2060).

Быстро прикинув на бумаге конструкцию, я сел за моделирование и вот что из этого вышло.

Собственно, Voron, для начала я решил использовать голову от Voron Trident потому, что зачем изобретать велосипед, если его уже давно придумали. Правда слегка изменил деталь, которая соединяет голову, каретку и ремни, т.к. оригинальная всё-таки предназначалась для CoreXY. Рама собирается примерно поровну на глухие соединения и соединительные пластины, которые я не видел необходимым размещать в сборке. Конструкция рамы задумана таким образом, что для неё критичны только размеры четырех вертикальных стоек и перпендикулярность торцов ещё некоторых профилей, что призвано компенсировать допуски на отрез профиля и минимизировать ручную подгонку элементов рамы.

В данном принтере я старался по возможности избегать использования печатных деталей в нагруженных узлах, поэтому каретки стола выглядят довольно сурово.

Стальная профильная труба 60×30 со стенкой 3 мм определенно внушает больше доверия. Опора типа SK используется для крепления стола к каретке с помощью винта М8, внутри опоры расположен шаровый подшипник GE8 – ещё одно решение, позаимствованное из конструкции ворона.

Моторы также разгружены на раму с помощью упорных подшипников. Что касается модели, то по всем расчетам выходит, что при использовании винта TR8×4 (двухзаходного) и микрошага ½ (точность позиционирования 0.01 мм) с учетом потери момента при дроблении шага его всё ещё более чем должно хватать для удержания стола и доп нагрузки (для расчетов использовалась масса в 30 кг, что должно покрывать эксплуатационную нагрузку более чем с запасом). Даже если их не хватит, конструкция позволяет заменить их BTна NEMA 23 с минимальными доработками.

Винты TR8×4 по расчетам ИИшки должны удовлетворять условиям устойчивости на сжатие. Как и многие другие, этот расчет я спихнул на изуверский интеллект, у самого-то меня техмех (он же сопромат) был ровно один семестр, и про устойчивость на сжатие препод упоминал ровно один раз фразой вроде: «Это сложный расчет делать надо, оно вам читаться не будет и не надо учить на экзамене не будет этого» - только с сильным армянским акцентом. Поэтому большую часть курса мы изучали работу на изгиб и это, вероятно, единственный расчет, который я могу провести самостоятельно, при желании. Опять же, если и нет, то я оставил себе конструктивную возможность заменить их на TR16×4.

К слову о нагрузке, «парные» моторы расположены не по краям стола, а смещены к середине.

Это сделано из расчета на то, что если разместить левый и правый моторы по углам, то на задний мотор придется практически ровно половина веса стола, а при смещении передних моторов к центру стола (центру масс) нагрузка распределяется равномерно между тремя точками опоры (со скидкой на размещение модели на столе). К тому же это уменьшает расстояние между опорами балки, что должно снизить её провисание.

Крепление балки оси X также выполнено с возможностью изготовления из листового металла, но в первой ревизии будет пластиковым.

Сама балка оси X представляет собой профиль 2020, потому что не будет испытывать серьезных нагрузок, и такая конструкция уже давно доказала своё право на жизнь.

Стол принтера также выполнен на раме из профиля 3060, основание стола из листа АМг2М толщиной 6 мм тоже сыграет свою роль в жесткости стола (как минимум я на это надеюсь).

Для обогрева стола будут использованы 4 коврика 235×235 по 500 Вт каждый, что в совокупности даст мощность, равную электрочайнику, управляться они будут отдельной платой, индивидуально, благо Klipper позволяет такие извращения.

В качестве рабочей поверхности будут использоваться 4 листа PEI каждый размером 310×310. Подобное решение используется на OrangeStorm Giga, не вижу причин, почему бы оно не сработало и тут.

Электроника тоже является важной частью принтера

Последний аспект, который заслуживает упоминания – выбор электронной начинки.

Основой хотэнда послужит проверенный керамический термоблок CHC PRO с термистором PT1000.

Хотелось бы использовать CHC XL или что-то из этой сверхпоточной оперы, но, помимо вдвое большей цены, под них ещё необходимо адаптировать голову. Помимо термоблока частью хотэнда станут биметаллическое горло, биметаллическое медное сопло с закаленной вставкой и совместимый с Volcano Afterburner радиатор. Вопрос установки в голову CAN-платы мной пока не решен, но это было бы определенно удобно.

Также что-то в принтере должно думать и крутить осями. Я планирую использовать плату BTT Manta M8P т.к. в ней как раз хватает драйверов для всех моторов (а ещё, очевидно, я – жертва маркетинга), впрочем, если всё же установить CAN плату в голову, то можно будет обойтись и обычной платой на 5 драйверов. Как бы ни был велик соблазн поставить на манту BTT CB я встречал мнение, что его цена не вполне согласуется с его низкой производительностью, поэтому для хоста придется использовать отдельный одноплатник.

Ну и для питания всего этого добра потребуется блок питания ватт на 200-300, учитывая, что стол питается от 220 В.

Эпилог

На данный момент это всё, чем я могу поделиться в части разработки данного принтера, теперь вы в курсе предыстории этого проекта и можете изучить все мои мысли по поводу его реализации. Возможно (почти точно), я что-то упустил, постараюсь ответить на все возникшие вопросы. Следующим этапом данного проекта станет закупка всех необходимых комплектующих и сборка рамы, но это произойдет не ранее, чем на следующей неделе, т.к. на этой у меня всё равно нет времени заниматься чем-то кроме проектирования, поэтому я постараюсь учесть все высказанные замечания и мысли, так что судите строго, я более всех заинтересован в том, чтобы выявить все потенциальные слабые места на раннем этапе.