Волшебные руки
Мастер-классы, инструкции, полезные советы, рецепты.

3D-принтер «Atomic U300» с возможностью печати моделей 300Х300Х300 мм

9


В этой статье мастер-самодельщик поделится с нами своим опытом по сборке 3D-принтера. Основой дизайна послужили устройства фирмы «Ultimaker». Но в дополнении мастер попытался решить и ряд задач компактности устройства и в тоже время не за счет уменьшения рабочего пространства.

Мастер надеется, что это руководство будет полезно для тех, кто хочет построить свой собственный 3D-принтер. Он сделал видеоуроки для каждого шага этой инструкции и постарался объяснить все нюансы характеристик и процесса сборки. Инструменты и материалы:
Какие нужны материалы мастер рассказывает на соответствующих шагах. Кроме того, можно посмотреть спецификацию и список деталей, напечатанных на 3D-принтере, по ссылкам ниже.
Atomic_U300_BOM
Atomic_U300_3d_Printed_Parts_List Шаг первый: общие вопросы, дизайн, технические характеристики и решения
Конструктивную цель проекта «Атомик U300» можно резюмировать двояко.
Первой задачей было сделать 3D-принтер с большим объемом печати и меньшим размером корпуса. Мастер хотел построить рабочий объем 300 * 300 * 300 мм в как можно меньшем форм-факторе.

Вторая задача — использовать компоненты с открытым исходным кодом и готовые компоненты. Оригинальный Ultimaker 2 имеет особые характеристики дизайна. Плата контроллера — это специально разработанный компонент, в котором используется электроника на 24 В. Размер нити тоже не стандартный. Ultimaker использует 2,85-мм нить, в отличие от 1,75-мм нити, которая используется в большинстве 3D-принтеров FDM. Задача мастера разработать 3D-принтер Ultimaker Style на базе 12V RAMPS с нитью 1,75 мм для большей совместимости.

Итак, основная задача была сформулирована следующим образом:
Стоимость до 600 $
Объем сборки 300 * 300 * 300 мм при минимальном размере машины
Использование самых популярных деталей на основе RepRap
Простая и легкая замена деталей
Все файлы с открытым исходным кодом можно найти на сайте GitHub.

3D-принтер Atomic U300 имеет следующие ключевые особенности.
1. Ось XY в стиле Ultimaker: скрещенный линейный вал печатающей головки XY, ремень с замкнутым контуром
2. Больший объем рабочей зоны при меньшем размере корпуса по сравнению с другими 3D-принтерами
(объем печати 300 * 300 * 300 мм с размером рамки всего 420 * 420 * 500)
3. Электроника с полностью открытым исходным кодом на основе RAMPS: максимальная совместимость за счет использования платы RAMPS 1.5 с 12-вольтовой системой питания, 12-вольтовой платформой с подогревом и другими стандартными компонентами
4. Система экструдирования нити 1,75 мм: более низкая стоимость и более высокая совместимость
5. Экструдер E3d V6: максимальная совместимость и низкая стоимость
6. Двойная ось Z с ременным приводом: одновременно обеспечивает большее расстояние перемещения и большую стабильность оси Z.
7. Датчик Z-зонда и автоматическое выравнивание: более удобное использование и более простое обслуживание
В процессе работы мастер руководствовался ранее сделанными моделями. А именно:
станком мастера jasonatepaint, для обработки алюминия
Некоторыми решениями самодельщика CorrugatorSupercilii

а также работой мастера SCOTT_3D
Шаг второй: рама
Основной конструктивной особенностью Atomic U300 является открытая рама из алюминиевого профиля, тогда как оригинальный Ultimaker 2 имеет закрытый корпус из алюминиевой панели.

Конструкционный алюминиевый профиль не только дешевле, но и изделия из него легко модифицировать.
Слева: оригинальный Ultimaker 2+
Справа: Atomic U300
Размер рамы 420 * 420 * 500 мм. Это практически минимальный размер для печати объекта размером 300 * 300 * 300 мм.
В таблице ниже указано соотношение размеров к рабочей области двух 3D-принтеров.
Для более эффективной сборки мастер разработал трехсторонний угловой кронштейн для нижней части рамы. Этот трехсторонний угловой кронштейн упрощает сборку трех алюминиевых профилей в перпендикулярном положении друг к другу.

Сборка каркаса начинается с нижних угловых скоб. Далее крепление внутренних кронштейнов и угловых кронштейнов надстройки.

Файлы для печати кронштейнов можно скачать ниже.
Atomic_U300_Frame_3Way_CornerBracket.step
Atomic_U300_Frame_3Way_CornerBracket.stl
Полный процесс сборки рамы можно посмотреть на видео.
Шаг третий: механизм оси XY
В оригинальной конструкции Ultimaker 2 в панели корпуса есть пазы для шариковых подшипников. Каждый паз содержит внутри шариковый подшипник для линейного вала.

В станке Ultimaker 2 Aluminium Extrusion Clone от jasonatepaint, для оси XY разработан отдельный кронштейн. Решение неплохое, но кронштейн «крадет» немного места.

Слева: Original Ultimaker 2 — шарикоподшипник и посадочное отверстие для подшипника в панели
Справа: Ultimaker 2 Aluminium Extrusion Clone от jasonatepaint — кронштейн для шарикового подшипника.
Мастер разработал новый кронштейн для шарикоподшипника оси XY с минимальным использованием пространства.

Благодаря конструкции бокового крепления эти кронштейны намного меньше, а также используются как угловые соединительные кронштейны. С помощью этой конструкции мастер смог сократить расстояние между рамой и линейным валом.

Ремень с замкнутым контуром очень важен для стабильности системы движения оси XY. После некоторых исследований мастер выяснил оптимальную длину ремня GT2 доступного на рынке. Это 760-миллиметровый ремень GT2 с замкнутым контуром.

В качестве каретки Atomic U300 использует оригинальные детали Ultimaker 2. Эти детали легко найти во многих интернет-магазинах.
Для фиксации положение линейных валов используются стопорные кольца.
В следующей видео-инструкции подробно показано, как собрать каретку и объясняется механизм оси XY Ultimaker и полный процесс сборки.А файлы для печати деталей можно скачать ниже.
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Back_Left.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Back_Right.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Front_Left.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Front_Right.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Back_Left.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Back_Right.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Front_Left.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Front_Right.stl
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Back_Right.step
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Back_Left.step
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Front_Right.step
Atomic_U300_XY_Bracket_Y_Front_Left.step
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Back_Right.step
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Back_Left.step
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Front_Right.step
Atomic_U300_XY_Bracket_X_Front_Left.step
Atomic_U300_XY_Alignment_Jig.stl
Atomic_U300_XY_Alignment_Jig.step

Шаг четвертый: печатающая головка
Мастер потратил много времени и труда на разработку и улучшение новой печатающей головки, потому что большая часть качества 3D-печати зависит от печатающей головки. Кроме того, конструкция печатающей головки влияет на расстояние перемещения по осям X и Y. И это ограничивает размер печати X и Y одной и той же длиной кадра. Он переделывал и настраивал конструкцию печатающей головки более десяти раз.
Каретка подшипника оси X и оси Y, были разделены чтобы минимизировать опорную структуру при 3D-печати, а охлаждающий вентилятор экструдера был размещен внутри печатающей головки, чтобы минимизировать ее ширину.
Слева: печатающая головка CORE-XY HyperCube Evolution от SCOTT_3D
Справа: печатающая головка Ultimaker Style Atomic U300 от MakeTogether

В видео можно посмотреть процесс сборки головки.И файлы для печати.
Atomic_U300_Printhead_Main.stl
Atomic_U300_Printhead_XbearingCarriage.stl
Atomic_U300_Printhead_headFastner.stl
Atomic_U300_Printhead_blowerHoler.stl
Atomic_U300_Printhead_Set.step

Шаг пятый: кронштейн двигателя XY
Для оси XY типа Ultimaker нужно соединить двигатели X и Y с валом. Т.е. нужны кронштейны для крепления мотора XY к раме профиля 2020.

Такие кронштейны мастер разработал самостоятельно. Для двигателей X и Y используется один и тот же кронштейн. Так же можно применить эту конструкцию кронштейна в других проектах при подключении шаговых двигателей NEMA 17 к рамкам профиля 2020.

Слева: шаговый двигатель и кронштейн двигателя
Справа: двигатель и шкив соединены с 200-мм замкнутым ремнем GT2.
Разместив двигатели XY за пределами рамы, мастер смог минимизировать размер рамы по осям X и Y.
Поскольку зубчатый шкив связан с двигателем за пределами рамы, необходим более длинный линейный вал, 450 мм. Кроме того, задние кронштейны подшипников оси X и Y изменены, чтобы освободить немного места для наружного шкива привода ремня.
В следующем видео показано, как собрать и прикрепить кронштейны двигателя XY.Файлы для печати кронштейнов.
Atomic_U300_XY_Bracket_Motor.step
Atomic_U300_XY_Bracket_Motor.stl

Шаг шестой: ось Z
Ключевыми особенностями конструкции оси Z Atomic U300 являются двойная Z-ось и система ходовых винтов с ременным приводом.

На каждой стороне портала с двумя осями Z есть три кронштейна, которые удерживают два линейных вала и один ходовой винт T8. Все компоненты левой и правой стороны на 100% симметричны.

Мастер спроектировал все кронштейны как единое целое, чтобы предотвратить любую ошибку при сборке для двух линейных валов.
В устройстве устанавливаются два Z-двигателя в параллельном режиме . Для этой цели используется «адаптер двигателя Dual Z» при подключении двигателей Z к плате RAMPS 1.5.
Прежде чем разработать новое соединение ременного привода для двигателя оси Z и ходового винта, мастер протестировал два типа соединения.

Более популярный тип — это муфта. Она дешевле и более универсальна. Можно прикрепить к двигателю ходовой винт Т8 любой длины.

Другой тип — это шаговый двигатель со встроенным ходовым винтом T8. Такой способ обеспечивает максимальную стабильность. Но есть всего несколько вариантов длины ходового винта. Таким образом, высота печати может быть ограничена длиной встроенного шагового двигателя, доступного на рынке.
Помимо этих недостатков, высота двигателя в обоих случаях уменьшает рабочую зону.
Из-за этого мастер разработал нижний кронштейн, на котором крепятся ходовой винт T8 и шаговый двигатель. Ходовой винт и двигатель связаны ремнем диаметром 110 мм. Самое сложное — сделать простую и прочную конструкцию для обеспечения вращения ходового винта Т8. Для этого он использовал зубчатые шкивы, шарикоподшипники и стопорные кольца вала.
Установка нижних и верхних скоб в точном положении имеет решающее значение для качества печати. Поэтому было сделано приспособления для разметки положения, чтобы установить кронштейны в нужной точке.
На картинке ниже вы можете увидеть приспособления для разметки положения, выделенные красным цветом.
Средний кронштейн работает как каретка для печатного стола. Два алюминиевых профиля между средними кронштейнами образуют раму печатного стола.
Мастер использовал алюминиевый профиль диаметром 380 мм чтобы прикрепить к нему верхний кронштейн.
В следующей видео-инструкции можно подробно посмотреть процесс крепления кронштейнов.Atomic_U300_Z_Bracket_Bottom.stl
Atomic_U300_Z_Bracket_Mid.stl
Atomic_U300_Z_Bracket_Top.stl
Atomic_U300_Z_Bracket_Bottom.step
Atomic_U300_Z_Bracket_Mid.step
https://content.instructables.com/ORIG/F1M/O77D/KDEJ0MDE/F1MO77DKDEJ0MDE.step
Atomic_U300_Z_Bracket_Jig_Bottom.step
Atomic_U300_Z_Bracket_Jig_Top.step

Шаг седьмой: электроника
В данном устройстве мастер использует следующие комплектующие.
Модуль главного контроллера: Arduino Mega + RAMPS 1.5 + DRV8825
Модуль дисплея: 12864 Full Graphics Display
Источник питания: 12В-30А SMPS (импульсный источник питания)
Шаговый двигатель: Nema17 HS4401
Экструдер: E3D V6 clone + E3D Titan clone
Подогреваемая кровать: алюминиевая нагревательная кровать 310 мм * 310 мм (12 В, 15 А)Для принтера Atomic U300 мастер рассчитал минимальный ток, 20 А, и выбрал блок питания на 360 Вт (12 В, 30 А).
Блок питания крепится к задней части принтера с помощью крепежной скобы, напечатанной на 3D-принтере.
На видео можно посмотреть процесс подключения модуля блока питания на 360 Вт и выключателя питания.Модуль контроллера состоит из трех основных деталей: Arduino Mega, плата RAMPS и набора микросхем драйверов шагового двигателя DRV8825.

RAMPS 1.5 — это модернизированная модель RAMPS 1.4. Она не только визуально компактнее, но и более стабильна в электронном отношении, чем версия 1.4.

Что касается драйвера шагового двигателя, то предпочтение отдано DRV8825 вместо A4988, потому что DRV8825 обеспечивает более надежный вывод на печать и производит меньше шума, чем A4988.


Текущая настройка драйвера сложна и также имеет решающее значение для общей производительности 3D-принтера. Весь процесс можно посмотреть на видео.Мастер разработал корпус с возможностью крепления на раму для основного модуля контроллера. В корпусе есть выключатель питания и охлаждающий вентилятор для микросхем RAMPS 1.5 и DRV8825. Охлаждающий вентилятор подключен к сети напрямую и работает постоянно.

В качестве дисплея был используется модуль «128 * 64 Full Graphic Smart Display» . Нужно загрузить, установить и активировать файл библиотеки «U8glib.h» в прошивке Marlin.

Для ЖК-дисплея 12864 он разработал корпус с кронштейном. Можно использовать этот дизайн корпуса для любых других 3D-принтеров, в которых используется рама для профиля 2020.
Для концевого выключателя осей X и Y была выбрана горизонтальная версия.
Atomic_U300_controllerCase_Cover.stl
Atomic_U300_controllerCase_Main.stl
Atomic_U300_LCDdisplayCase_Back.stl
Atomic_U300_LCDdisplayCase_Cover.stl
Atomic_U300_powerSupplyBracket.stl
Atomic_U300_controllerCase_Cover.step
Atomic_U300_controllerCase_Main.step
Atomic_U300_LCDdisplayCase_Back.step
Atomic_U300_LCDdisplayCase_Cover.step
Atomic_U300_powerSupplyBracket.step

Шаг восьмой: кровать
В проекте используется алюминиевая кровать с подогревом размером 310 мм * 310 мм. Есть два способа монтажа подогреваемой кровати. Один из них — припаять четыре провода прямо к клемме подогреваемой кровати. Другой способ — использовать 4-контактный разъем.

Для крепления подогреваемой кровати я используются опорные кронштейны и комплекты регулировочных пружин.
Для улучшения сцепления печатаемого объекта с кроватью мастер использует наклейку BUILDTAK 304 мм * 304 мм.


При использовании подогреваемой кровать размером 310 мм * 310 мм, которая потребляет 15 А электрического тока, необходимо использовать модуль расширения мощности, поскольку разъем на плате RAMPS 1.5 может выдерживать ток только 11 А.

Силовой переключающий транзистор (MOSFET) в этом модуле будет управляться электрическим сигналом от платы RAMPS. Этот модуль расширения мощности может обеспечивать ток 30 А. Мастер разработал кронштейн для модуля, который можно прикрепить к алюминиевому профилю 2020.
На видео ниже показано, как подключить и прикрепить 310-миллиметровую кровать с подогревом.Atomic_U300_bedBracket.stl
Atomic_U300_bedBracket_Jig_Left.stl
Atomic_U300_bedBracket_Jig_Right.stl
Atomic_U300_powerExpansionModuleBracke.stl
Atomic_U300_bedBracket.step
Atomic_U300_bedBracket_Jig_Left.step
Atomic_U300_bedBracket_Jig_Right.step
Atomic_U300_powerExpansionModuleBracket.step

Шаг девятый: хотенд и экструдер
У печатающей головки Atomic U300 установлен хотэнд типа E3D V6, 50-миллиметровый охлаждающий вентилятор и индуктивный датчик Z-зонда. Мастер доработал конструкцию, чтобы максимально увеличить расстояние перемещения печатающей головки вдоль линейных валов осей X и Y.

В 3D-принтере Atomic U300 есть функция автоматического выравнивания головки. Мастер использует 12-вольтовый датчик расстояния.
В следующем видео инструкции по сборке печатающей головки с охлаждающим вентилятором и датчиком Z-зонда, и подключение их к плате RAMPS.Существует два типа экструзионных механизмов 3D-принтера FDM. Одна из них — это система экструдера «Direct», в которой набор из шагового двигателя и механизма экструдера установлен на верхней части печатающей головки. Такая печатающая головка весит больше и движется медленнее, второй тип — экструдер Боудена. В системе экструдера Боудена мотор и редуктор экструдера расположены отдельно и проталкивают нить через длинную и тонкую трубку Боудена.
Слева: система прямого экструдера Prusa i3
Справа: комплект экструдера Боудена Ultimaker 2+
3D-принтеры в стиле Ultimaker используют систему Боудена, чтобы сделать печатающую головку легче. Более легкая головка может печатать быстрее. Но система Боудена может вызвать серьезные проблемы при 3D-печати, например, застревание нити. Основная причина неисправностей системы Боудена — нестабильность и недостаточная мощность при подаче нити.
Ключевым моментом является использование более мощного и надежного редуктора экструдера. После тестирования мастер выбрал клон экструдера E3D Titan . Экструдер E3D Titan увеличивает мощность двигателя в три раза за счет использования зубчатой передачи «3: 1».

Мастер прикрепил экструдер к передней части принтера.

Шаг десятый: прошивка
Для платы RAMPS 1.5 нужно настроить и загрузить «прошивку Marlin» с помощью Arduino IDE. Для 3D-принтера Atomic U300 он изменил несколько пунктов в файлах «configuration.h» и «configuration_adv.h». В таблицах ниже приведены эти конфигурации.


Ниже можно скачать файлы прошивки Marlin.
Atomic_U300_Marlin_Configurations
Atomic_U300_Marlin_Firmware_download

Шаг одиннадцатый: завершение, подключения и тестовая печать
Последним компонентом для создания 3D-принтера является держатель катушки с нитью. Держатель катушки с нитью выглядит очень просто, но при неправильной конструкции может стать источником проблем. Если держатель катушки не вращается плавно, это может создать нагрузку на экструдер.
При тестовой печати мастер настроил все детали принтера, чтобы напечатать круг диаметром 300 мм с 2-мм юбкой снаружи. Т.е. размер детали 304 мм * 304 мм. Затем был распечатан абажур шириной 300 мм.

Оставьте ответ