Кто сказал, что рельса в голове - это плохо?

    Здравствуйте, уважаемое сообщество владельцев 3д принтеров, сочувствующие и просто любопытствующие . Вот неожиданно появилось время для самовыражения себя, как блогера))). Поэтому скоро закончу серию про тулченджер, а пока ловите злободневное.

    Долгое время мучило меня желание внедрить в принтер “нормальный” автоуровень. Нормальный, это такой, который реагирует на касание сопла о стол, без всяких посторонних датчиков. Тут владельцы принтеров с различными датчиками (бл-тачами, индуктивными, емкостными, тензо, механическими, оптическими и всякими прочими экзотическими) на законном основании могут расчехлять тухлые помидоры и следовать сразу в комментарии, выражая свою гражданскую позицию. Лично мне как-то ничего из вышеперечисленного не “зашло”. Более-менее сносные результаты получились с тензой (там тоже получалось детектировать касание сопла о стол), но слишком много приходилось возиться с настройками/калибровками. Если в двух словах - тензодатчики очень чувствительны абсолютно ко всему вокруг, и приходилось либо искусственно сильно занижать точность измерений (а в чем тогда профит???), или ловить искажения результатов от различного натяжения боуден-трубки в разных точках стола))). И калибровать тензодатчики при эксплуатации приходилось время от времени, что совсем уж неинтересно.

    Итак, после непродолжительного, но очень бурного периода сношений с тензой...

... и родилась концепция автоуровня, который у нас есть сейчас: Сопло должно быть датчиком и иметь возможность чуть приподниматься вверх при касании о стол, тем самым разрывая контакт нормально замкнутого концевика. Для этого,очевидно, сопло должно быть подпружинено (в нашем случае вместе с термоблоком, термобарьером и радиатором), чтобы при опускании стола возвращаться в исходное положение, а контактами концевика должно быть что-то токопроводящее (например 2 контактных площадки на печатной плате, в которую упирается всё это подпружиненное хозяйство). Объяснение получилось так себе, так что вот как это выглядит в натуре:

    Собственно, после “созревания” концепта, вопрос оставался только один: как обеспечить безлюфтовое, повторяемое линейное перемещение подвижной подпружиненной части головы вдоль вертикальной оси. В воображении рисовались какие-то микро-валы, втулки, линейные подшипники и всё это надо было еще как-то крепить к неподвижной части. Выглядело это плохо повторяемым, люфтящим и не изящным. В-общем всё не то. Кроме того любой из более-менее подходящих вариантов оказывался редкостной экзотикой, которую нужно было заказывать в интернетах, ждать неделями, потом тестить неделями, и в случае неудачи повторять процесс. Предвкушение того, что процесс реализации может затянуться на долгие месяцы, давило психологически.

    И вот, отчаявшись найти ответ на вопрос кто виноват и что делать, я решил выбрать вариант D:

    Коллега с незатуманенным конструкторскими изысканиями сознанием, подумав секунд 5, изрек: “вообще-то для линейного перемещения давно уже придуманы рельсовые направляющие, так что ставь рельсу с кареткой и не дури голову”, молча принес обрезок рельсы mgn9 с кареткой, положил их мне на стол, и вышел покурить.

    Идея ставить рельсу сначала показалась неправильной. Казалось, что каретка с рельсой слишком тяжелые, габаритные и неудобные. Весь следующий день я ломал голову в поисках альтернатив, но ничего толкового не придумывалось. Обрезок рельсы зловеще смотрел на меня из темноты склада, постепенно вытесняя всё кроме себя из моего сознания. Товарищ, видя мои мучения, решил перейти на “высокий слог” и сказал: “не тра////ай мозг, рисуй с рельсой и не вые////айся”. Ничего не оставалось, кроме как согласиться. Экспериментальная концепт-модель из всякого и палок (фоток, к сожалению, не сделали, а сам оригинал почил в бозе где-то в недрах RnD) завелась как-то сразу и показала неплохие результаты повторяемости.

    На волне энтузиазма буквально за неделю была рождена и собрана первая предсерийная печатная голова с доработанным напильником “кастомным” радиатором, который изначально был предназначен для каких-то других экспериментов, фрезерованными печатными платами (спасибо Сергей aka Contemplator) и “рельсовым” автоуровнем. Вот фотки этой головы (что примечательно, фото на гугл-диске датируются 13ым февраля 2020 года, около года назад дело было)):

   Эта голова, тоже завелась без проблем, автоуровень заработал как ему положено, реагируя на касание сопла о стол, и нашей радости не было предела. Ура!

    А дальше были долгие и нудные допиливания, новые и новые итерации... Вот далеко не все детали, ушедшие в брак и так и не увидевших 3д принтера))):

    В итоге результатом процесса непрерывного совершенствования в течении года стала вот такая штукенция, которую на данный момент мы ставим на все принтеры Z-Bolt:

    На первый взгляд большой разницы по сравнению с предсерийной версией нет, но по факту она огромна. Переработана была абсолютно каждая деталь и не один раз)).

    Тем не менее конструкция достаточно проста. Её основа-это каркас из алюминия, вот такой:

     По бокам устанавливаются вентиляторы обдува детали, сзади через дистанцирующие стойки - плата коммутации. Спереди крепится рельса с кареткой, снизу плата автоуровня:

    К рельсе на 4 винта крепится радиатор:

    В радиаторе есть 4 винта для крепления вентилятора, который крепится вместе с передней декоративной накладкой. По бокам радиатора расположены винты фиксации хотэнда. Снизу радиатора есть 2 позолоченных контакта, которые соприкасаются с контактными площадками на плате автоуровня.

    В процессе установки ПГ на принтер ставится пружинка, которая упирается в радиатор и прижимает его к контактным площадкам платы, немного помогая гравитации, которая и сама неплохо справляется.

    Таким образом, при касании сопла о стол радиатор может приподниматься, при этом контакты радиатора и платы размыкаются. Фиксируя момент размыкания контакта (он же момент касания сопла о стол) в разных точках стола, мы можем построить карту перепадов его высоты. Так и работает автоуровень получивший название RealTouch. Нагляднее можно посмотреть в видео в конце статьи.

    Возвращаясь к вопросу “правильного” автоуровня, возможно владельцам принтеров со столами 200х200мм и меньше все эти изыскания покажутся оверинжинирингом и бесполезной тратой времени. Также это мнение могут разделять уважаемые Техногуру, которые левой ногой с повязкой на глазах по ходу печати подстраивают уровень полуметровых столов на своих принтерах и печатают АБСом на холодных столах в комнатах со сквозняком и на открытом воздухе. Владельцам же принтеров с областью построения 200х300 и больше (знакомым с эффектом выгибания стола при нагреве) это должно быть полезно, ну или как минимум интересно.

    Также, помимо автоуровня, в этой печатной голове реализованы и другие полезности:

    - Сменные хотэнды, которых можно иметь в запасе под разные случаи столько, сколько нужно: При этом подстраивать офсет между вновь установленным хотэндом и датчиком автоуровня (как, например, в случае с bltouch), не нужно: 

    - Съемный обдув крепится на 2 винта, что позволяет быстро менять тип хотэнда в голове и ставить, например, volcano или даже supervolcano:

    - Более-менее простая и уже неоднократно проверенная “в бою” установка директа (для буквоедов оговорюсь - микро-боудена) с сохранением функции автоуровня:

           Модельки крепления лежат в открытом доступе вместе с исходниками, если хочется чего-то поправить. Как говорится - мелочь, а приятно.

    Ну и по традиции - все это находится в открытом доступе - вот ссылка на BOM. Там же найдется 3д-модель головы, инструкция по сборке, ссылка на проект печатных плат на easyeda. Кому интересно - изучайте, пользуйте, вдохновляйтесь. Предвосхищая недовольные комменты и настойчивые просьбы в ЛС - подготовкой и оформлением чертежей для вас я позволил себе не заниматься. Конструкция постоянно дорабатывается, вносятся изменения/улучшения, на постоянное поддержание в открытом доступе чертежей актуальной версии тратится много времени, появляется путаница и много всяких вопросов, ответы на которые также занимают много времени, которого у меня, к сожалению, очень мало. Для ознакомления/вдохновления/повторения конструкции и, возможно, переделки её на более доступные комплектующие, не требующие доступа к металлообработке - более чем достаточно выложенных БОМа, 3д модели и инструкции по сборке. Единственная моя убедительная просьба ко всем вдохновившимся - делитесь результатами своих изысканий с сообществом, в этом и есть смысл оупенсорса.

    Для тех, кто не хочет утруждать себя резкой, фрезеровкой и изготовлением печатных плат, но голова понравилась и хочется такую себе - есть специальный телеграм-канал.

    Видео-обзор на печатную голову Z-bolt c автоуровнем:

Всем спасибо, и да пребудет с вами opensource!