3D принтер своими руками

3D принтер своими рукамиПока не настали те времена, когда 3D принтер можно будет купить в любом магазине электроники по цене картриджа для него же, а цены на готовые 3D принтеры в специализированных интернет-магазинах, мягко говоря, вызывают удивление. Поэтому человеку со здраво мыслящей головой проще сделать 3D принтер своими руками из 4-ех моторчиков и нескольких железок, продающихся в любом строительном центре за пару тысяч рублей, тем самым сократив бюджет на постройку 3D принтера как минимум в два, а то и во все десять раз.

Мы тоже не будем отставать от этого человека с головой, и сделаем 3D принтер своими руками из доступных материалов!

Неподготовленного читателя сперва может смутить вид самодельного 3D принтера, но хочу напомнить, что смысл RepRap 3D принтера в том, что он может сам для себя печатать детали. Поэтому собрав изначально 3D принтер своими руками из подручных материалов вы постепенно обновите все его детали и станете обладателем вот такого вот пластикового красавчика, как на фото. Ну или какого-нибудь другого… какого сами захотите :)

Delta 3D принтер своими рукамиСоздавать 3D принтер своими руками я начал с конструкции, относящейся к классу Delta-роботов. Попытался создать так называемый Дельта 3D принтер. Он обладает достаточно простой конструкцией для изготовления своими руками, которую вполне возможно сделать достаточно жесткой, чтобы обеспечить высокую точность при достаточно высоких скоростях 3D печати, характерных именно для Dleta 3D принтеров.

Как видно из фотографии, все оси у Delta 3D принтера располагаются параллельно на трех ребрах жесткости, которые одновременно могут быть и направляющими для кареток осей. Ребра жесткости образуют треугольник с углами в 120°, образуя латинскую букву Δ - Дельта. Отсюда и название.

Но пока я временно заморозил строительство делта 3D принтера своими руками по причине того, что для его печатающей головки требуются шариковые шарниры стоимостью не менее 300 рублей за штуку. А надо их по 4 на каждую ось. Итого выходит 300 руб Х 4 шт Х 3 оси = 3600 рублей только на одни шарниры. Это уже немного не бюджетно, поэтому я в фоновый мозговой процесс погрузил задачу снижения стоимости шарниров для Дельта 3Д принтера.

А пока этот процесс выполняется, я начал делать 3D принтер своими руками по более традиционной конструктивной схеме — в виде кубика с ортогональным размещением осей X и Y, а также подъемным столиком с подогревом в качестве оси Z. И в процессе конструирования у меня появились некоторые мысли по поводу того, как минимизировать размер занимаемого 3D принтером пространства на рабочем столе. В итоге должно получиться не менее компактно по площади, чем у Delta-принтера, и гораздо меньше в высоту. Слишком большая высота — это как раз один из минусов Delta 3D принтеров.

217_Корпус моего первого 3D принтера выполнен из обычной ламинированной ДСП. Ее всегда можно купить в любом строительном торговом центре или в фирмах по распиловке ДСП. Когда делаешь 3D принтер своими руками в виде кубика, то получаешь дополнительные преимущества в виде защиты от сквозняков, от которых часто страдают модели, печатаемые ABS-пластиком. На круглые дырки в стенке не обращайте внимания — они остались от предыдущего недоделанного проекта, и на самом деле их там быть не должно :)

Как видите, в верхней крышке короба 3D принтера проделано оконце для подачи пластика в печатающую головку. Я решил сделать выносной экструдер, чтобы максимально облегчить вес печатающей головки, оставив на ней только нагреватель и сопло (так называемый «горячий конец» — HotEnd 3D принтера).

Сама печатающая головка висит на направляющих осей X и Y, которые тоже прикручены к верхней крышке 3D принтера. Когда делаешь 3D принтер своими руками, то нужно стараться выбирать для монтажа только ровные поверхности, полученные промышленным способом. Так, например, поверхность ДСП можно считать условно ровной (укладывающейся в приемлемые допуски по точности). Поэтому мы можем смело разместить в разных концах этой поверхности по одной направляющей, и считать их параллельными (плоскости ДСП, разумеется), без необходимости их юстировки (точного выставления параллельности).

219_Параллельность этих же направляющих в другой плоскости мы будем выставлять уже при помощи собранной каретки оси X. Сперва мы перемещаем каретку X вдоль оси Y в одно крайнее положение и засверливаем отверстия для крепежа, затем ведем вдоль оси Y в другое крайнее положение и засверливаем уже с другого конца. Фиксируем держатели направляющих винтами также перемещая каретку сперва в одно крайнее положение, затем в другое.

На фотографиях выше также очень хорошо виден подъемный столик с подогревом. Это ось Z нашего 3D принтера. Он тоже сделан своими руками из обычного куска ДСП, у которого по углам вырезаны отверстия для крепления подшипников скольжения, ходящих вдоль четырех направляющих. Направляющие и подшипники скольжения — это то, что в любом случае скорее всего придется купить.

Если же вы хотите сделать 3D принтер своими руками, минимизируя количество покупных компонентов, то направляющие и подшипники скольжения можно вынуть из старых струйных принтеров. Как раз парочку я недавно нашел на помойке, когда вывозил мусор. Но так везет все реже, поэтому что-то все равно придется покупать :)

222_ 224_

Приводом для перемещения каретки по осям X и Y служат зубчатые ремни, вращаемые шаговыми двигателями. На оси X стоит всего один шаговый двигатель, т.к. ему достается самая легкая работа — таскать печатающую головку, состоящую из лёгенького HotEnd’а. Вдоль оси Y будут трудиться уже два шаговых двигателя на зубчатых ремнях, каждый из которых будет тянуть свою сторону каретки оси X. Изготавливая 3D принтер своими руками лучше лишний раз перестраховаться и исключить возможные перекосы каретки из-за недостаточной жесткости, а жесткости будет всегда не хватать, когда во главу угла ставиться максимальная экономия.

Если поставить всего один двигатель на ось Y, расположив его с одной стороны каретки оси X, то вторая сторона каретки будет перемещаться по направляющей рывками. Расположив же сразу два двигателя с разных сторон каретки оси X, мы не только обеспечим синхронное движение подшипников скольжения на направляющих, но также сможем в любое время скорректировать перпендикулярность осей X и Y, немного подкрутив вручную один из двигателей, оставив другой неподвижным. Таким образом, делая 3D принтер своими руками и ставя два двигателя на одну ось, мы оставляем себе большее пространство для маневра в плане регулировки точности 3D принтера.

221_Одной из самых важных задач при настройке 3D принтера своими руками является регулировка параллельности плоскости XY и плоскости столика с подогревом, перемещаемого по оси Z. В каждой точке столика сопло печатающей головки должно находиться строго на одном и том же расстоянии от поверхности печати. Это необходимо, чтобы при формировании первого слоя детали не произошло отслоения пластика от подогреваемого столика. Если сопло будет слишком далеко от стола, то пластик просто не сможет к нему прилипнуть, что может привести к порче всей детали.

Для обеспечения возможности установки параллельности столика 3D принтера, его делают регулируемым с четырех сторон винтами, внатяг подпертыми пружинами. Регулировка осуществляется поочередным подтягиванием или отпусканием регулировочных винтов в тот момент, когда сопло находится в непосредственной близости от регулируемого в данный момент винта. Придется несколько раз подгонять печатающую головку 3D принтера к каждому из винтов, чтобы выставить плоскость достаточно точно.

218_Если вы не очень доверяете своему глазомеру, то для выставления одинакового расстояния от сопла печатающей головки до нагревательного столика 3D принтера можно воспользоваться обычным листом бумаги. Если лист перестает двигаться по столу, значит сопло его уже прижало, и регулировочный винт можно оставить в этом положении.

Теперь про ось Z, вдоль которой будет подниматься подогреваемый столик 3D принтера. От разрешающей способности оси Z в большей степени зависит итоговое качество напечатанной детали. Поэтому чем меньший шаг может обеспечить ваша ось Z, тем более детализованной получится итоговая деталь. Но, правда, и печататься она будет гораздо дольше, это мы уже будем решать отдельно для каждой напечатанной детали. Главное, чтобы у нас была возможность печатать максимально точно, если уж мы делаем 3D принтер своими руками.

Для этого привод оси Z обычно делается на винтовой передаче, а не на зубчатом ремне. Если взять в качестве винта строительную шпильку с шагом резьбы в 1 мм и шаговый двигатель с 200 шагами на один оборот (стандартный двигатель с 1,8° на шаг), то минимальное теоретическое перемещение оси Z нашего 3D принтера получится 1/200 мм или 0,005 мм (5 микрон)! На практике такое перемещение вряд ли осуществимо с применением стандартных направляющих и подшипников скольжения, поэтому даже 0,05 мм нам хватит за глаза.

Я решил для своего подъемного столика установить две винтовых передачи с разных сторон и вращать их двумя шаговыми двигателями, подключенными параллельно. Такая возможность уже заложена в ставшую стандартом плату RAMPS 1.4, где под ось Z предполагается подключение сразу двух двигателей. Однако есть риск получить артефакты на итоговой детали в виде волнистых перепадов между напечатанными слоями. Это будет свидетельствовать о несинхронном вращении винтов или о неких перепадах шага резьбы на винтах. В конце концов, строительная шпилька производится, чтобы стянуть две доски опалубки при заливке бетона, а не для оси 3D принтера с микроперемещениями :)

В любом случае, если такие артефакты появятся, то можно потом будет переделать конструкцию столика, убрав одну ось и переместив его всего на две направляющих, немного удлиннив их при этом. Что в итоге получится, читайте на моем ТехноБлоге Dimanjy и следите за обновлениями.

Кстати, снял небольшое видео 3D принтера. Показан подъемный столик в работе. Вроде движется и не клинит, хотя движочки поставил довольно слабенькие: ток обмотки всего 0,4 А и момент на валу 1,7 кг х см. Покуда движков два и подключены они параллельно, то на драйвере выставил двойной ток — около 800 мА. Не нравятся мне эти стандартные драйвера A4988 — у них после прекращения поступления шагов включается режим удержания, причем его ток значительно превышает номинальный, и движки начинают греться. На винтовой передаче вообще удержание не требуется, но я не знаю, как это отключить на этих драйверах. Прям хоть снова свои драйвера паяй :)

А вот видео 3D принтера, в котором я испытывал ось X. Перемещения довольно бодрые, но при этом корпус немного пошатывает. При печати это обязательно скажется, поэтому нужно корпус связать треугольными перемычками, которые не дадут ему расшатываться в этой плоскости. У корпусной мебели для этих целей служит обычно задняя стенка из ДВП, которая прибивается по всему периметру и не дает корпусу шататься по диагоналям.

Теперь по поводу экструдера для 3D принтера. Ему я посветил отдельную статью, потому как он является довольно ответственной частью 3D принтера. В этой статье я расскажу, как изготовить экструдер 3D принтера своими руками.

Обновление от 28.11.2015

Начал усиливать элементы конструкции. Жесткости одних направляющих не хватает. Вернее, хватило бы, но для этого нужно делать более массивные крепления самих направляющих, а это крадет драгоценные сантиметры полезной поверхности, по которой могла бы кататься каретка. Я хочу сделать конструкцию прочной и компактной (хотя одно другому противоречит).

Для бюджетного 3D принтера хорошим конструкционным материалом является фанера, но сконструировать из фанеры квадратные балки — та еще задачка, особенно если используешь для проектирования 3D принтера бесплатный софт вроде QCad :) Но, используя пространственное мышление, можно-таки нагородить что-то вроде вот этого.

Балка оси X 3D принтера Ось X 3D принтера

Благодаря точности моего ЧПУ станочка, я могу выпиливать посадочные места для подшипников качения и жестко запрессовывать их туда без необходимости их дополнительного крепежа (хрен их оттуда потом вынешь — приходится ломать всю балку и вытачивать новую). Это куда более надежно, чем пластмассовые затяжки, которые я сперва применял, насмотревшись фоток любительских конструкций 3D принтеров в интернете.

Обновление от 3.12.2015

Работа кипит. Я так вдохновился результатами конструирования 3D принтера из фанеры, что решил построить 3D принтер своими руками из фанеры целиком! Но для такого ответственного мероприятия у меня уже не хватает воображения для плоского моделирования деталей 3D принтера в QCAD, поэтому я переключился на объемное моделирование во FreeCAD. Конечно, освоение параметрического моделирования идет туговато, но кое-что уже получается. Тяжело в учении — легко в бою! Вот примерно так будет выглядеть мой 3D принтер из фанеры:

3D принтер из фанерыОсобенность данной конструкции 3D принтера будет заключаться в том, что в нее заложена возможность роста в прямом смысле слова. Верхняя печатающая часть будет легко сниматься и переставляться на более высокую коробку с осью Z.

Кстати, я, как и советовали мне в комментариях, решил пересмотреть кинематическую схему и попробовать CoreXY. Кратко об основных преимуществах кинематики CoreXY:

1. Мы не таскаем с собой двигатели — они жестко крепятся на раме. Отсюда возможность получить ускорения, недостижимые со стандартной кинематикой (когда приходится с собой таскать двигатель оси X).

2. Уравновешенность моментов на каретке. Отсутствие сил скручивания, стремящихся нарушить перпендикулярность осей X и Y.

Вот, пожалуй, и все преимущества :) Но уже их достаточно для того, чтобы отказаться от стандартной кинематики. Тем более, что кинематика CoreXY теперь очень хорошо поддерживается в популярной прошивке Marlin. Как раз с весны по лето разработчики активно допиливали именно эту кинематику.

Посмотрим, что получится.

Обновление от 9.12.2015

Ну вот, работа над корпусом почти закончена. Пробные выпиливания на моем станке с ЧПУ выявили некоторые погрешности проектирования, которые тут же исправляю в файле проекта. Ни разу еще не делал конструкцию по чертежам. 3D принтер своими руками — это мой первый проект, в котором я применил сурьезный инженерский подход — сперва подумать, потом сделать. Обычно делаю все наоборот:)

Тем не менее, то, что у меня получается на данный момент мне и самому нравится. Оказывается, правильно спроектированный 3D принтер из фанеры может быть довольно прочным. Я даже начинаю проникаться уважением к такому материалу, как фанера. Надо будет попробовать сделать из нее ее что-нибудь.

3D принтер из фанерыТеперь возвращаясь к моему самодельному 3D принтеру из фанеры, хочу отметить невероятную компактность своей конструкции. По площади основания он получился точь в точь как мой настольный лазерный принтер! Для дома — самое то.

Однако я не забыл про возможности роста. Если внимательно посмотреть на фото 3D принтера, то видно, что верхушка у него съемная. Достаточно открутить несколько винтов и переставить печатающую часть на коробку повыше, и можно печатать высоченные вазы. Более подробно с конструкцией моего 3D принтера из фанеры можно ознакомиться в статье про набор для сборки 3D принтера.

Все, что остается на данный момент — это натянуть зубчатый ремень и установить винтовую передачу на ось Z. Ах, да! Еще экструдер :)

Обновление от 15.12.2015

Ура! Я сделал 3D принтер своими руками! Переходим теперь к настройке 3D принтера.

PS.

Ради интереса можно подсчитать, сколько стоит сделать 3D принтер своими руками?

Итак,

  • Направляющие (полированные валы Ф12 мм) 1,5 м = 1 080 руб
  • Линейные подшипники LM12UU — 6 шт х 150 руб = 900 руб
  • Шаговые двигатели Nema 17 — 4шт х 750 руб = 3 000 руб
  • Ремень GT2 300 см по 300 руб/м = 900 руб
  • Шкивы 20 зубов 3 шт в наборе = 840 руб
  • Контроллер (Arduino Mega 2560 r3 + Ramps 1.4 с драйверами шаговиков) = 2 000 руб
  • Стекло с каптоном 200 х 200 мм = 230 руб
  • Нагреватель стола 220 V 200 x 200 мм = 1 000 руб
  • HotEnd E3D v5 с соплом 0,3 мм, фитингом и фторопластовой трубкой = 2 200 руб
  • Блок питания ATX 350 Вт = 650 руб
  • Лист фанеры 8 мм = 300 руб
  • Винты Ф3 х 25, гайки, шайбы = 400 руб

Итого: 13 500 руб

Все детали куплены в специализированных магазинах в Москве. Те, кто любит все заказывать в Китае, наверное, могли бы сэкономить еще больше денег.

  • Антон Киндрат

    Рекомендую собирать дельта-принтер либо с кинематикой CoreXY — главный плюс это неподвижная деталь, соответственно меньше геморроя с неравномерным охлаждением.
    На данный момент построил мендель90 и дельту — дельта во много раз лучше по качеству и скорости. Деталью мотылять — зло.

    По стоимости — вся электроника на али до 2 тысяч стоит (ардуино, рампс, драйверы, экран). Основная стоимость — моторы и направляющие.

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Антон, я как раз сейчас дельту и собираю :) Пока просто фоток еще не делал.
      По стоимости — про экструдер забыли и столики всякие нагревательные. Тоже существенных денег по сравнению со всем остальным стоят, а самому довольно трудно изготовить, даже имея токарник. Я подумал, что проще купить.

      • Дмитрий Макаров

        проще на али купить прусу3 готовую за 20к, приедет — только собрать… я в свое время тоже рвался сам собрать, подобрать комплектующие, но то с муфтами проблема — заказал алюм, то с ремнями -заказал и ремни и ролики на них, то с корпусом — заказал готовый фанерный, то с экструдером — пришлось перейти вообще на мк8, то со столом — пришлось покупать готовый, в итоге бюджет превысил 27 тысяч :) так что лучше собрать конструктор, чем лепить такие вещи самому :) конечно, если уверены в качестве конструкции, что маловероятно :) , то можно рискнуть и собрать по частям :)

        из личного опыта скажу так… основной геморой с печатными элементами, конструкций много для той же прусы3 и как в моем случае например просто не оказалось крепления под концевики, пришлось импровизировать… ровно как и со столом, не совпадали отверстия под направляющие, пришлось фанерный стол отложить до лучших времен и вырезать стеклотекстолитовый квадрат вместо него…

        • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

          Дмитрий, не забывайте, что вы на блоге ЧПУ-шника :)

          У меня рука не поднимется покупать что-то из фанеры. Я такого хозяйства сам напилю тонны. И про качество конструкции — прямо обижаете! Я на своем станке даже сталь обрабатываю (потихоньку правда), а вы говорите, что качество конструкции маловероятно.

          Свою конструкцию 3D принтера я планирую как минимум из алюминия, потому как собрав станок с ЧПУ своими руками уже не понаслышке знаешь про жесткость конструкции и зависящую от нее точность конечного аппарата.

          Остальную комплектуху я, конечно, тоже закупал. И стол с подогревом, и Ардуину Мега + RAMPS, и шаговики с ремнями и шкивами, но у меня бюджет так далеко не зашел пока.

          Ну а про покупку нарезанных лазером фанерных тулкитов для сборки очень хорошо написано на Хабре (ссылку, может даже откопаю). Подробненько там так с матюками и фотками все выложено, что такое фанера после лазера, что такое китайский лазер, на котором все эти тулкиты пилят и сколько потом это все обрабатывать напильником.

          • Дмитрий Макаров

            да напильником обрабатывать не придется, ко мне как корпус на прусу пришел лазером нарезаный так я его и поставил, просто уже по материалу вы вне бюджета минимального. т.к. по акции той же можно взять за 15 к принтер

          • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

            Ладно, поживем — увидим, что у меня с бюджетом получается. Все же интереснее самому собирать. Покупать начинаю я только когда у самого либо не выходит, либо очень медленно.
            Кстати, правильно произносить Prusa — Прюша, т.к. его, оказывается, чех придумал с такой фамилией :)

          • Дмитрий Макаров

            хах ) да хоть Николай Егорыч :D не суть :D

  • Дмитрий Макаров

    по затратам на принтер… в принципе по китаю те же ценники, даже дороже с нынешней политикой… прибавьте покупку корпуса и получите 15-16т.р. ) сколько и стоит готовая китайская пруса ))) собственно то о чем я и говорил )

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Но у меня в итоге получился-таки не Прюша, а CoreXY :)

      • Дмитрий Макаров

        не суть важно… цена сейчас на все принтеры reprap примерно одна… вы уложились в 14к только потому, что у вас есть чпу на котором без особых проблем можно нарезать корпус (а он стоит не дешево… даже фанерный), а по факту, если посчитать все затраты, получите те самые 16к, даже побольше :) это с чпу фрезером не все так просто и дешевле собрать модулями самому за 50к чем искать 200-400к на его покупку в сборе :)

        впрочем сколько людей, столько мнений )

        • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

          Ну да, тут спор-то, в общем-то, ни о чем. Смотря что кому нужно. Если нужно поскорее запустить 3D-печать, то лучше, конечно, купить.
          У меня стояла задача именно научиться делать 3D принтеры. Для этого, очевидно, нужно делать самому :)

  • Дмитрий Макаров

    кстати… а от чего вы пружины брали?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Я ставил пружинки от дверных замков.
      Знаете, есть такие замочки, где стоит простой подпружиненный шарик. Он служит только для того, чтобы дверь просто не распахивалась от ветра. Это и не замок по сути. Рублей по 30 такие замочки в хозмаге.

      Там и шарики такие неплохие :) Я их набрал для магнитных шарниров Дельты.

      • Дмитрий Макаров

        хах ) надо глянуть будет )) а то у меня стоят пружины от навесов тумбочки )) так так их хрен закрутишь )) врезаются в текстолит )))