Принтер MicroCube

Сегодня речь пойдёт о несколько странном принтере с рамой на алюминиевых трубках, механике H-Bot на рыболовной леске и пластиковых каретках, держащихся на кабельных стяжках. Имя этому принтеру — MicroCube.Таким собрал его я (поролон на ножках для тишины :))

У меня есть некое видение пути, которым я хочу пройти, постигая тонкости искусства печати. На этом пути, скорее из интереса и just4fun, обязательно должно быть что-то необычное и, возможно, странное, и таким интересным шагом этого пути был принтер на приводах от сидиромов с областью печати 3,6 x 3,6 x 4,0 мм, после наступило время, используя его как базу, и с минимумом вложений, сделать второй шаг к другому принтеру. Он не должен хватать звёзд с неба, или быть надёжным или универсальным — он должен лишь быть тоже в чём-то интересным.

В итоге, в списке рассматриваемых вариантов оказался MicroCube с полезной областью печати около 10 x 10 x 10 см (плюс-минус, зависит от некоторых факторов), которому и было отдано предпочтение. И в целом, принтер это то, что можно назвать 'дёшево и сердито': затраты на его сборку (особенно с повторным использованием компонентов прошлой поделки) просто копеечны. Автор заявляет, что в Германии всё купить стоит меньше сотни евро, для меня же непосредственные затраты и того скромнее - меньше 1000 рублей. Разумеется, для достижения такой экономии, конечно, в дело пошли все с трудом добытые ценные запчасти (вроде двигателей, концевиков и валов), а также пришлось пустить под нож тот самый принтер из сидиромов, в котором самой дорогой частью была электроника управления.(Одна из первых деталей нового принтера — нижний уголок рамы — занимает всю рабочую область «стола» старого принтера)

Одной из важных причин выбора этого принтера также был факт, что многие детали влезали в мою область печати (напомню, на тот момент 3,6 x 3,6 x 4,0 мм), ибо я принципиально не собирался заказывать печатные детали (иначе не интересно). Это изначально позволило напечатать (с горем пополам) все уголки рамы и вообще удостовериться, что у проекта при таком подходе есть шансы на успех. На этой волне успеха я продолжил сборку. Оказалось, правда, что X/Y каретки влезают лишь наполовину и их пришлось делить на две части, потом сплавлять паяльником. Ладно, справившись с этим и посмотрев, какие детали нужны будут дальше, я упёрся в кронштейны двигателей. Как я ни крутил, их удалось напечатать, лишь разрезав уже на 4 части. Но финалом был стол, который в конечном счёте состоит из 20 печатных фрагментов, 10 из которых приходятся на собственно каретку стола и по 5 - на два удлинителя. Я не унывал: резал, печатал, выравнивал (старый-то принтер печатал, мягко говоря, не идеально), и сплавлял сплошным швом с помощью паяльника.(Y-каретка; первая версия крепления двигателя; основная часть стола; шов)

Из основных расходов в итоге было:

• 2 метровых алюминиевых трубки 8мм
• 2 униполярных нема17, вытащенных практически с мусора
• 6 валов 8 мм от механизма подачи бумаги старых принтеров, укороченных до 20 см (последняя ножовка без зубов осталась), один из которых оказался 8,2 мм, но всё равно пошёл в дело
• 8 штук самых китайских LM8UU: сначала и они были печатными (и принтер на них даже печатал, хоть и не шибко хорошо!), но настолько кривыми, что пришлось раскошелиться
• 1 покупной двигатель на ось Z - 28BYJ-48, правда не на тот вольтаж, и он даже долго прожил
• непонятного форм-фактора флланцевый двигатель 42мм с шагом 7,5° (тоже от какого-то принтера) на ось Z после смерти предыдущего; по даташиту он, кажется, на 24 вольта, но он завёлся
• 1 кусочек кривой и грязной шпильки М5 длиной 16 см
• кусок оргстекла, из него был выпилен квадрат 18x18 см с пазом в середине
• с полкило ещё советских винтов М3, шайб и гаек под них, несколько шурупов и россыпь прочих метизов
• полдюжины 624VV подшипников для протяжки нити (вместо нужных 604UU, что тоже создало много проблем)
• пара метров лески, а потом и вощёной нити
• несколько упаковок кабельных стяжек
• тонкий покупной вентилятор 40мм и решётка на него, а также толстый 40мм от старого мфу
• метра 4 проводов для вентиляторов, концевиков и удлинения жгутов от двигателей к ардуине; я уж молчу о припое, термоусадке и пр.
• мой первый принтер из сидиромов, с которого со слезами взято было: радиатор и термобарьер, но к ним куплены новый термоблок и сопло 0,4; двигатель подачи экструдера со всеми потрохами (потроха потом заменены печатными); ардуино-бутерброд; блок питания от компа с небольшими доработками
  
  

Сборка рамыНа первом фото — пришедшие подшипники, накинутые для теста (уже от второй итерации сборки), на остальных — первая сборка рамы ещё на пластиковых и кривых подшипниках для первичного тестирования.

Оригинальная версия у меня не собиралась в виду отсутствия некоторых ресурсов, так что пришлось внести определённые изменения:

• поставлен китайский E3dV5 вместо проектного V6, что повлекло несколько проблем и последующих решений (обдув, каретка, Z-концевик, область печати и т.д.)
• купленные подшипники 624VV (604UU у всех китайцев резко кончились, а оставшиеся продавались с наценкой процентов в 300) упирались в каретки Y – пришлось отодвинуть на модели крепление под LM8UU
• каретка X переделана под клон E3DV5 (уменьшена толщина под более узкую шейку радиатора), также удлинены пазы под подшипники, чтобы было не впритык
• кронштейны двигателей были усилены боковыми рёбрами, а также все отверстия были отодвинуты на 1мм от стенки ибо автор не заложил никакого запаса, и мои откормленные двигатели вставали с перекосом и внатяг, упираясь в стенку боками.
• воздуховод охлаждения детали (и без того спроектированный так, что толку от него нет) удлинён до длины E3dV5, а для вентилятора 40мм (других у меня не было) переделана моделька воздухозаборника (иначе трубка подачи пластика не влезала) – вся эта система особо не помогает, но лучше, чем ничего.
• вместо несуразного кронштейна (ещё и под 30мм) на обдув радиатора установлен анетовский тонкий вентилятор 40x40 через найденный на thingiverse переходник: оказалось, что эта китайская зараза вентилятор мало того, что шумит как самолёт на взлёте и вибрирует как последняя сволочь, так ещё и дует еле-еле; с толстым вентилятором радиатор был холодным, теперь стал явно теплее и pla размягчается даже в тефлоне, но без пробок, так оставил так - места иначе впритык, а модель крепления подошла как родная и даже скос оказался в тему - там проходит леска/нитка, ничего не задевая.
• крепление стола на каретку, по сути, тоже импровизированное, как и сам стол — кусок акрила или какого-то другого оргстекла с отверстиями «на глаз» и первыми попавшимися винтами.
• подразумевалось, что в каретку стола вкручивается винт, давящий на концевик и его оборотом регулируется стол, но у меня винт нужен был слишком длинный, так что вместо него короткий винтик, держащий обрезанный по длине вал от флоппи-дисковода, а он уже давит на концевик — такая система вполне прижилась, так и оставил.
• авторский двигатель подачи пластика вместе со всем механизмом мне так и не удалось повторить, взял узел в сборе с прошлого принтера (временный вариант 'на коленке' оказался вполне живым); впоследствии механизм подачи был заменён на пластиковый, но pla деформируется через пару дней работы, приходится иногда перепечатывать прижим, а руки не доходят сделать его наконец нормально
• шкивы двигателей переделаны под двойное крепление (два винта вместо одного), увеличена ширина паза и уменьшена высота — теперь минимум перехлёстов приводной лески/нитки даже на коротких валах (изначально принтер рассчитан на стандартные двигатели с длинным выходным валом, а из моих таковым был только один, да и у того вал кривой); и, чтобы леска/нитка не проскальзывала (по своему желанию детали уплывали по диагонали), пришлось нитку наматывать не полтора, а два с половиной оборота — широкий паз оказался очень в тему.
• не поставлен верхний подшипник шпильки Z: как ни странно, так получается точнее, да и иначе двигатель Z клинит, не имея достаточно сил провернуть неидеально прямую шпильку; из-за этого на второй половине высоких моделей уже появляется вобблинг от раскачивания стола, но не мне пока не критично
• стол как таковой я не придумал как реализовать - в итоге это кусок оргстекла и малярный скотч; проблемы с ним, конечно, есть, но печатать можно
• двигатель оси Z я купил случайно на 5 вольт вместо 12, что вынудило экстренно заняться извратом для возврата в строй принтера, когда он умер.
  
  

О двигателе Z даже скажу чуть подробнее. Так как у меня был случайно заказан 28BYJ-48 на 5 вольт вместо 12, я боялся, что он рано или поздно кончится – так и вышло, но не совсем само по себе. Выставление тока из-за низкого вольтажа на нём было непростой задачей — чуть меньше, он дрыгается и не едет, чуть больше — раскаляется. В какой-то момент после довольно длительного удачного использования я попытался выставить ток чуть меньше, чтобы охладить двигатель (тут надо ловить тонкую границу, но я её проглазел) и запустил печать, забыв за ней следить, в следствие чего нагруженный выходной вал двигателю было уже не провернуть. Однако, при этом редуктору хватило сил сломать последнюю шестерню, ибо они все пластиковые и хлипкие. Как итог, двигатель в утиль, ближайший в продаже - 240 рублей, да ещё и с ненужным униполярным драйвером в нагрузку. Пришлось брать из коробки шаговиков что-то униполярное от старого принтера с шагом 7,5° (фланцевый, диаметр 42мм), перерезать общие отводы, крепить его на валы на кабельных стяжках (в надежде, что продержится хоть немного) и на глаз калибровать. Подбор джерков и ускорений — отдельная история — в печати он кое-как работал, а в режиме парковки или ручного передвижения стола он только шумел и дико дрыгался.

Пока принтер снова печатал с двигателем, висящим на на соплях, я занялся моделлингом нового более-менее универсального крепления для двигателей этого типоразмера в срочном порядке. Вообще, я изначально хотел перейти на этот размер на стол из-за улиточной скорости оси Z, даже в ущёрб точности — я всё равно печатаю слоем 0,25 мм, а шаг 7,5° это прекрасно позволяет. Из-за скорости начало печати занимало несколько минут, сопло успевало расплавить всё вокруг пока принтер переходил на другой слой, Z-Hop вообще пришлось отключать. Это происшествие просто ускорило процесс. Как результат - намного меньшее разрешение оси Z, но многократно большая скорость движения стола, как следствие - быстрый старт печати и экономия нервов. Единственное – я не стал придумывать сочленение выходного вала двигателя и шпильки – примотал изолентой и усадил термоусадкой, даже не снимая выходную шестерню. Использование жёсткого сочленение приводило к тому, что стол клинило на какой-то определённой высоте, а придумывать гибкую муфту между шпилькой 5мм и валом 3 мм я не хотел, в результате это решение осталось на постоянной основе.Двигатель на стяжках (шпилька ещё не закреплена); прикидки двигателя на стандартное крепление; финальная модель крепления; двигатель установлен — сопряжение со шпилькой решил не изобретать, а изоленты и термоусадки было достаточно.

Возвращаясь к принтеру в целом. Не смотря на простоту его конструкции, дебажить её - та ещё анальная боль. В зависимости от множества факторов, часть из которых включают фазу луны, курс японской йены и мировую популяцию дикой саранчи, можно попасть на много часов экспериментов из-за того, что ослаб натяг нитки/лески, случайно сдвинулся концевик, съехал или треснул уголок или случилось любое из десятка разных происшествий, которые радуют меня практически каждый день.

Вообще, конструкция принтера, конечно, очень спорная. Его эксплуатация в моём случае это день печати через два дня перенастройки и разбора полётов. Главный источник геморроя — шкивы привода лески/нитки. Во-первых, если их печатать из pla, их прижим ослабевает, от чего они прокручиваются на валу. Во-вторых, если мотать нитку, как рекомендует автор (полтора витка), она начинает проскальзывать и модели сдвигаются равномерно по диагонали (сначала лечилось капанием на шкив канифоли в спирте, потом стал просто мотать по 2,5 витка). В-третьих, геометрию в каждом узле соблюсти очень сложно — собирать надо с линейкой и угольником, а потом не дышать рядом (это вопрос больше качества печати уголков и нарезки алюминиевой трубки, но например, ось Z выставить всё равно тот ещё квест). Говоря о конструкции, могу ещё заметить, что автор изначально весь принтер делал на двигателях 28BYJ-48, что не только ужасно медленно, но и добавляет жуткий люфт по всем осям - очень странное решение, но очень хорошо, что версия для nema17 тоже увидела свет.

Принтер, помимо двигателя Z, новых шкивов и переделки креплений двигателей, ждал ещё один большой апгрейд - механизм подачи пластика. Переставленная со старого принтера самоделка работала, но двигатель там стоит слабый, а, следовательно, нужен хорошо настроенный прижим, чтобы одновременно был достаточен, чтобы пластик не проскальзывал, но недостаточный, чтобы двигателю становилось тяжело. На просторах thingiverse моделей много, но подходящую именно мне (по размеру, удобству печати, крепления и под имеющийся в наличии только 608 подшипник) я искал долго и наконец напечатал, и установил. В итоге на меньшем токе лучше подача пластика, намного меньше щелчков при быстрой подаче, лучший внешний вид. Так как модель рассчитана на печать всякими мягкими материалами и там нет зазоров, загрузка пластика стала удобнее. Единственная проблема — сам прижимной механизм печатать надо не из pla, ибо он медленно, но верно деформируется — периодически его приходится менять, когда ослабевает прижим, но всё лень решить эту проблему.Использованный механизм подачи с прошлого принтера, с которым новый принтер отпечатал пару катушек без особых проблем. После был дополнен пневмофитингом, а затем и вовсе заменён на печатный вариант. Фото обновлённой версии не сохранились.Вид на принтер сзади, где видно обновление механизма подачи, хоть и не совсем в фокусе (лень отдельно уже фотографировать).

В целом, принтер способен при точной сборке печатать очень хорошо. Для меня принтер - переходный вариант, так что я на качестве особо не зацикливался и принципиально результаты не фотографировал, но для примера всё же приведу сравнение печати прошлого принтера и текущего.Разница в печати одной и той же модельки прошлым и нынешним принтером. Уже интереснее. И это 0,25 слой — при меньшей толщине выходит ещё лучше, но уж очень долго.Даже ABS-ом печатает. Правда, без подогрева отлипают уголки даже с каймой, но это всё промежуточный вариант.(Что-то со встраиванием видео у меня явно проблемы, так что на всякий случай ссылкой: https://youtu.be/HzmwLKnx10k)

Единственный попавший на видео фрагмент процесса печати — больше не приходилось снимать, качество в пальце не совсем первично ибо деталь печаталась специально под эксперименты с ацетоном, так что не совсем страшно, что порядок печати стенок выставлен наоборот (точечные подтёки на поверхности).

Но, если забыть обо всех недостатках и невыполненных пока планах, машинка может вполне неплохо печатать и как промежуточный экспериментальный вариант мне понравилась. Как браузер для скачивания другого браузера, этот принтер, скорее, годится больше для печати следующего, или пробы пера в новой области, нежели для какого-либо серьёзного практического применения, но меня это вполне устраивает. Не знаю, будет ли ещё какой-нибудь промежуточный экспериментальный принтер на пути к кубу из профиля или нет, но даже спустя пару месяцев отладки в режиме 'день печатаю, два калибрую', я остался доволен, что потратил время на сборку такого интересного и необычного агрегата. А пока я думаю и медленно закупаю компоненты для следующей машины, потихоньку дорабатываю текущую - благо, тут не паханное поле для модификаций.

Продолжения этой истории не последует: принтер никогда не будет завершён, он меняется каждый день, но в итоге будет разобран в жертву следующему поколению, и конец этой истории будет началом следующей.