История одного эксперимента, или уходим от консольного стола на ZAV Pro v3

День добрый. Есть у меня старая рабочая лошадка - 3D-принтер ZAV Max Pro из МДФ с боуден системой подачи пластика. Принтер всем нравится, но мне захотелось избавиться у него от консольного стола, т.к. иногда замечал колебательные движения, которые делал свободный край стола при печати. Они небольшие, на качество почти не влияют, но глаз мозолят. С чем это связано – с микролюфтом подшипников на валах, или с недостаточной жёсткостью самого не маленького стола (300х200мм) – я не знаю, да и играть в угадайку мне не хотелось. В свете этого я решил провести эксперимент. Основная его суть в том, чтобы с минимальными изменениями готового корпуса принтера, а также с минимальными финансовыми вложениями, переделать консольное крепление стола на не консольный вариант. Кроме этого, я решил внести и другие экспериментальные изменения, относительно моего первого принтера из МДФ:

• директ на BMG (ускорится ли печать? улучшиться ли её качество? как пойдут флексы?);
• стол на разъёмном подключении с термозащитой от перегрева выше 120 градусов (удобство замены и обслуживания?);
• шпули на подшипниках (сколько проходят?);
• композитный корпус (резонансы и т.п. нюансы);
• ну и прочее по мелочи (изогнутая система обдува радиаторов платы управления, интегрирование термометра в пассивную термокамеру, использование резьбовых заклёпок для центровки пружин и т.п. мелочи).

Чтобы не ломать нормально работающий принтер, и не остаться без оного на время эксперимента (а оно, я подозревал, будет длительным), мной был приобретён корпус принтера ZAV Pro V3 из композитного материала. После этого в Fusion 360 были смоделированы изменения, которые нужно было внести в уже сделанные детали дна – отверстия под дополнительные трапециевидные винты и крепления для блоков подшипников к этим винтам.

После были сделаны кондукторы для этих отверстий. При этом, при проектировании креплений и отверстий для них, я изначально заложил возможность замены блоков подшипников с трапециевидными винтами на мотор-винты, о чем нисколько не пожалел в будущем. 

После внесённых изменений, корпус принтера был собран. А далее пошли эксперименты с креплением дополнительных трапециевидных винтов. Сначала думал использовать заводские крепления KP08, но у них был очень большой люфт, поэтому я от них отказался. В итоге остановился на печатном креплении с использованием двух 608-х радиальных подшипников, через которые проходит трапециевидный винт Т8.

Держится этот винт с помощью зубчатого шкива, который размещается аккурат между двумя 608-ми подшипниками. Также были напечатаны натяжитель ремня, в котором устанавливались два гладких шкива, и проставка под мотор-винт с дополнительным радиальным 608-м подшипником в её верхней части, чтобы исключить перекос винта из-за натяжения ремня. 

Далее всё это было установлено в корпус принтера и синхронизировано кольцевым ремнём GT-2 длиной 1310 мм и шириной 6 мм.

Затем была установлена электроника и остальная механика принтера, сделана разводка высоковольтной и низковольтной линий, установлена защита на кольцевой ремень.

Также был спроектирован колпак для принтера. При этом колпак проектировался в первую очередь как защита от пыли, чтобы она не оседала на смазанные рельсы и валы.

Теперь немного об электронике и механике принтера. В качестве платы управления используется Lerdge-K с платой Wi-Fi и блоком автовыключения питания. В виду того, что корпус принтера сделан из композитного материала с металлическими поверхностями, все элементы в подвале принтера (плата управления, реле, блок питания и т.п.) прикручены к корпусу через диэлектрические проставки, которые предотвращают любой контакт элементов с поверхностью металла корпуса. Также, все нагревательные элементы подключаются к плате или через управляемое реле (для нагревателя стола), или через управляемый мосфет (для нагревателя хотенда), т.к. их дешевле поменять, чем чинить плату управления, если нагреватель решить выйти из строя и утянуть что-либо с собой. Для стола использована силиконовая 300 ваттная грелка на 220 вольт, которая подключена через нормально замкнутое термореле, размыкающееся на 120 градусах. И нагреватель стола, и его термодатчик подключаются к шлейфу на разъёмах, что даёт возможность их замены без отсоединения всего шлейфа от платы в подвале принтера. 

Сам нагревательный стол крепится к раме с помощью винтов м3 с потайной головкой. Винты прикручены к столу с помощью резьбовых заклёпок, которые отлично центрируют упорные пружины для выравнивания стола.

На оси «X» и «Y» были установлены рельсовые направляющие Hiwin MGN9H с широкими каретками. В качестве подающего механизма на этом принтере я решил использовать директ на базе фидера BMG. Для этого было распечатано специальное крепление.

Как и в случае со столом, вся проводка к голове идёт подключаемым шлейфом на разъёме, который вставляется в ответную часть со стороны принтера и имеет переходную плату со стороны печатающей головы.

Это позволило уменьшить длину проводов в подвижной части шлейфа и дало возможность производить замену электронных компонентов печатающей головы без необходимости распутывания всего шлейфа, идущего к голове. Достаточно вынуть разъём из переходной платы и заменить вышедший из строя компонент. Ну и раз механика и электроника принтера почти собраны, то пора отправлять ранее начерченные детали колпака и стенок с дверцей на лазерную резку и потом собрать всё в одно целое. По итогу всего этого получилась неплохое «остекление». На колпаке по бокам я установил небольшие печатные ручки, что очень облегчает его снятие и установку. Также встроил в колпак электронный термометр, на котором отображается температура в получившейся пассивной термокамере.

Далее была спроектирована и распечатана система для обдува драйверов на плате управления.

Затем были спроектированы и сделаны (сначала из пластика, а потом из алюминия) крепления свободного края консольного стола к передним трапециевидным винтам. Данные крепления фиксируются на свободном крае стола с помощью двутавра.

После этого начались эксперименты с печатью на таком модернизированном принтере. Увы, во время этих экспериментов вылезла проблема с пропуском шагов по оси Z, т.к. мощности одного двигателя (даже 17HS8401S-T8) не хватало для нормальной работы дополнительных передних винтов, что проявлялось именно на мелких передвижениях. Проблема была решена путём замены одного из блоков подшипников с трапециевидным винтом на второй мотор-винт. Данный мотор-винт был подключен к плате управления в качестве дублирующей оси Z. Также, оба мотор-винта и оставшийся блок подшипников с трапециевидным винтом были синхронизированы всё тем же кольцевым ремнём.

Ну и в качестве украшения была установлена цветная предостерегающая информационная табличка, которая также закрывает неприглядный алюминиевый двутавр.

После установки второго мотор-винта проблема с пропуском шагов по Z ушла. И по итогу я получил тот результат, который и хотел – ушёл от стола с консольным креплением. Теперь при печати стол не вибрирует, а принтер нормально работает и радует глаз.

Итого, для переделки стола принтера на не консольный вариант, мне понадобились следующие элементы:

1. Трапециевидный винт 350 мм с гайкой;
2. Второй мотор-винт на 350 мм с гайкой;
3. Три зубчатых шкива с посадочным отверстием 8 мм под ремень GT-2, шириной 6 мм для двух мотор-винтов и трапециевидного винта;
4. Кольцевой ремень GT-2, шириной 6 мм и длиной 1310 мм;
5. Четыре 608-х подшипника;
6. Два гладких шкива для натяжителя ремня;
7. Два фрезерованных упора для крепления свободного края стола к передним трапециевидным винтам;
8. Двутавр 25х8х25х1,5 мм длиной 250 мм;
9. Две печатные проставки под мотор-винты (в них устанавливается по одному 608-му подшипнику);
10. Печатный блок для двух 608-х подшипников с трапециевидным винтом;
11. Печатный натяжитель;
12. Около 60 см кабель-канала 25х16 мм для защиты ремня;
13. Винты М3 различной длины и гайки к ним;
14. Печатная декоративная панель для закрытия двутавра;
15. Самоклеящаяся цветная табличка на декоративную панель.

В плане возможного вопроса: «А стоило ли оно того?», скажу, что конкретно для меня – стоило. По итогу всех этих переделок я получил (как и говорил выше) то, что хотел - хороший принтер с не консольным столом, который не вибрирует при печати деталей. Кроме того, я приобрёл ещё и бесценный опыт, как в плане моделирования, так и в плане переделки готового изделия под свои нужды.