MOST RepRap Primer/ru
A MOST Mendel Prusa RepRap - Летняя версия 2013 года
3D-принтер RepRap — это самостоятельный прототип RAP id , который использует производственный метод, известный как моделирование методом послойного наплавления (FDM), для создания физических объектов из 3D-компьютерных моделей. Это технология с открытым исходным кодом , поэтому она доступна всем, кто ею интересуется. Пользователи и разработчики технологии с открытым исходным кодом становятся частью мирового сообщества, и их поощряют изменять конструкции, повторно применять технологию и делиться своими открытиями и инновациями с этим сообществом.
Расходные материалы - Электричество и Нить
Принтер RepRap использует электричество и пластиковую нить для производства объектов. Нить похожа на ту, что используется в газонокосилках (на самом деле, некоторые люди печатали нитью для газонокосилок) и обычно изготавливается из ABS или PLA . Нить поставляется в катушках или на катушках и обычно продается на вес. Обычно используются два разных диаметра нити: 1,75 мм и 3 мм.
Alphabet Soup: STL, SCAD, g-code, о боже!
Как и все цифровые технологии, 3D-печать переполнена аббревиатурами и жаргоном. Это не исчерпывающий список, а просто полезный список наиболее часто используемых.
BOM
На самом деле это не так страшно, как кажется. Спецификация материалов — это просто список необходимых деталей.
SCAD
Файл SCAD — это файл, созданный в OpenSCAD , программном обеспечении для создания твердых 3D-моделей CAD (Computer-aided design). Это бесплатное программное обеспечение, доступное для Linux /UNIX, Windows и Mac OS X. OpenSCAD может экспортировать файлы STL для печати.
STL
Файл STL (относится к STereoLithography) — это файл, описывающий трехмерную фигуру как набор смежных граней (группу соединенных треугольников) и служащий основным трехмерным файлом, с которого производятся отпечатки.
g-код
G-код — это файл ASCII, который служит набором инструкций для данной печати. По сути, это карта, которая ведет к печатному объекту, сообщая принтеру, куда и как быстро перемещать оси, какую температуру устанавливать для горячего конца и нагреваемого стола и что делать после завершения печати. G-код — это то, что контроллер принтера преобразует в действие.
Нарезка
Нарезка — это процесс перевода 3D-модели программного обеспечения (файла STL) в g-код. Слайсер (программное обеспечение для нарезки) делает именно то, что, как он звучит, должно; как слайсер в отделе деликатесов, он берет большую 3D-форму, описанную файлом STL, и нарезает ее на последовательные тонкие слои в направлении z (вертикально).
Контроллер принтера
Принтер MOST использует контроллер принтера Melzi . Контроллер принтера — это мозг устройства. Он превращает g-код в действие, управляя шаговыми двигателями, отслеживая температуру горячего конца экструдера и нагреваемой платформы сборки, а также уведомляет пользователя о состоянии и ошибках. Он использует специальный вид программного обеспечения, называемого «прошивкой». Существует несколько различных разновидностей прошивки RepRap; принтер MOST использует Repetier . Прошивка написана на версии C++, предназначенной для работы с открытым исходным кодом плат прототипирования Arduino , на которых основан контроллер принтера Melzi. Наиболее доступный способ настройки прошивки — использование интегрированной среды разработки (IDE) Arduino.
Arduino
Контроллер принтера создан на основе электронной платформы с открытым исходным кодом, известной как Arduino . Принтеры RepRap стали возможны только с появлением Arduino; мы бы не делали то, что делаем, если бы не эта исключительная технология.
Arduino IDE
Arduino IDE — это программное обеспечение, используемое для разработки программ для работы на Arduino и платах на базе Arduino.
Прошивка
Прошивка — это на самом деле программное обеспечение. Это программа, которая работает на контроллере принтера, преобразуя g-код в действие, обрабатывая вводимые данные и предоставляя обратную связь пользователю. Она написана на C++, поэтому понятна человеку, но может быть сложной для непосвященных. Необходимо ознакомиться с ограниченными частями прошивки, поскольку обновления выходят регулярно, и с большим опытом работы с принтером пользователи захотят настроить свой принтер, что действительно требует взлома прошивки.
Экструзия
Экструзия — это процесс, при котором материал проталкивается через матрицу для формирования непрерывной или полунепрерывной формы, поперечное сечение которой определяется формой матрицы. В случае принтера RepRap экструзия производит только нить меньшего диаметра, но, что более важно, повышает температуру нити, так что она сплавляется с нитью, нанесенной до нее (отсюда и FDM). Форма объекта, производимого принтером, определяется траекторией сопла экструдера над платформой построения.
Экструдер
Экструдер принтера MOST представляет собой экструдер на основе троса Боудена (экструдер Боудена). Экструдер RepRap состоит из двух частей: горячего конца и холодного конца. Холодный конец — это привод экструдера, где нить комнатной температуры зажимается между текстурированным роликом и натяжным роликом и проталкивается в горячий конец. На горячем конце нить нагревается непосредственно перед выдавливанием на платформу построения или печатаемый объект. Существует ряд различных конструкций компонентов экструдера, принтер MOST Prusa предназначен для нити диаметром 3 мм и использует привод Wade's; MOST Delta предназначен для нити диаметром 1,75 мм и использует привод Airtripper. Оба используют горячий конец с J-образной головкой и соплом диаметром 0,5 мм.
Боуденовский трос
Трос Боудена — это гибкий кабель, заключенный в оболочку (трубку), так что кабель может двигаться вперед и назад и даже может быть сжат до некоторой степени, поскольку оболочка удерживает его от изгиба. Мы используем трос Боудена, чтобы разделить экструдер и горячий конец. Таким образом, только фактический горячий конец должен перемещаться по печатному столу, а тяжелый экструдер располагается сбоку. Это позволяет печатать быстрее.
Приводная шестерня
Зубчатый болт Зубчатый болт — это текстурированная часть привода экструдера. На нем вырезаны зубья, которые врезаются в нить, так что крутящий момент, создаваемый шаговым двигателем, преобразуется в линейное движение нити. ( Зубчатая обработка — это метод обработки, обычно используемый для изготовления шестерен. Все шестерни для RepRap печатаются вместо этого.) MOST Prusa использует зубчатый болт в своем экструдере Wade.
Приводная шестерня Приводная шестерня делает то же самое, что и болт с нарезкой, просто это не болт. Приводная шестерня mk7 популярна и обычно работает в приводе экструдера Bowden Airtripper . MOST Delta использует Airtripper, включая приводную шестерню mk7.
Натяжитель привода экструдера
Нетекстурированное прижимное колесо называется натяжителем. В случае принтера RepRap это обычно подшипник скейтборда (608zz или эквивалент). Натяжитель прижимается к приводной шестерне пружинами.
Hot End (или Hotend)
Горячий конец состоит из нагревателя и датчика температуры (термистора), аккуратно сгруппированных в зоне расплава металла. Он нагревается электрически, а температура тщательно контролируется и устанавливается в зависимости от материала, из которого изготовлена экструдируемая нить.
Насадка
Сопло — это место, где экструдированная нить выходит из экструдера. Существует два распространенных диаметра сопла: 0,5 мм и 0,35 мм. Важно отметить, что существует связь между диаметром сопла и оптимальной толщиной слоя.
MOST Prusa Motion Control
MOST Prusa основан на Prusa Mendel , который представляет собой портальный или декартов робот, состоящий из трех линейных осей, x, y и z, каждая из которых приводится в движение индивидуально управляемыми шаговыми двигателями. Оси x и y используют ремни синхронизации и шкивы, тогда как ось z использует пару индивидуально управляемых ходовых винтов. Точное расположение осей поддерживается контроллером принтера (который также управляет температурами) и основано на отслеживании количества «шагов», сделанных каждым двигателем после возврата в исходное положение.
Ось X
Ось X на MOST Prusa собрана вокруг черных пластиковых деталей. Она подвешена к оси Z.
Ось Y
Ось Y на MOST Prusa собрана вокруг белых пластиковых деталей. Она крепится непосредственно к раме и служит домом для платформы сборки.
Ось Z
Ось Z на MOST Prusa собрана вокруг желтых пластиковых деталей. Эта ось движется на ходовых винтах, управляемых парой шаговых двигателей, установленных в верхней части принтера.
Шаговый двигатель
Шаговый двигатель — это электродвигатель, который перемещается только на фиксированное число градусов за раз и поэтому может использоваться для относительно точного управления движением и позиционирования. Количество «шагов» за полный оборот определяется конструкцией двигателя. Принтеры MOST используют 200-шаговые (1,8 градуса) двигатели; для полного оборота в 360 градусов требуется 200 шагов.
Микрошаг
Шаговые двигатели могут управляться электрически для выполнения дробных шагов, так что 200-шаговые двигатели могут фактически выполнять 800 или 1600 или даже 3200 шагов для совершения полного оборота. Это называется микрошагом и используется контроллером принтера для увеличения разрешения принтера. Контроллер Melzi настроен на 1/16 микрошага, поэтому он делает 3200 шагов за оборот.
Концевой выключатель (или концевой выключатель)
Концевой выключатель — это выключатель с рычагом, который сталкивается с чем-то на оси, с которой он связан, указывая на то, что ось достигла своего крайнего положения (дома). Большинство программ контроллера используют это положение в качестве начала отсчета печатаемого пространства.
Домой
Возврат в исходное положение — это процесс определения физического начала каждой из трех осей. Он выполняется путем перемещения каждой оси до тех пор, пока не коснется концевого выключателя (концевого упора). Затем эти точки по сути запоминаются контроллером принтера, который отслеживает количество шагов по часовой стрелке и против часовой стрелки. Возврат в исходное положение происходит до начала печати и является ключом к управлению движением и позиционированию с помощью RepRap.
Ремень ГРМ
Ремень ГРМ по сути является гибкой шестерней. Это ремень с зубьями, отлитыми в нем, а «шаг» ремня — это расстояние между одной и той же точкой на соседних зубьях (похоже на период синусоидальной формы волны). Принтер MOST использует ремень ГРМ T5; расстояние между центрами соседних зубьев составляет 5 мм.
Ходовой винт и накидная гайка
Ходовой винт — это просто резьбовой стержень, на котором ездит накидная гайка. Гайка удерживается линейным подвижным элементом, так что она не вращается вместе с ходовым винтом, поэтому она «накидная». На MOST Prusa есть четыре накидные гайки; по одной над и под натяжителем оси x и концами двигателя. Ходовые винты могут быть очень точными, что важно для оси z, поскольку высота слоя обычно составляет малую долю миллиметра.
Обратная реакция
Люфт является результатом зазора между зацепленными деталями, такими как шестерня-шестерня, шкив-ремень ГРМ или ходовой винт-накидная гайка. Это не существенная проблема с конструкцией принтера MOST, но о ней стоит знать. Пластиковые шестерни на приводе экструдера будут изнашиваться, создавая больший люфт, который станет очевидным при втягивании нити; со временем все большее количество движения будет потребляться для компенсации увеличивающегося люфта - меньше нити будет втягиваться. Люфт действительно имеет большое значение там, где необходима высокая точность, например, по оси z. К счастью, гравитация и небольшая пружина спасают положение; ось x всегда прижимается к нижней накидной гайке, эффективно устраняя люфт.
Подшипники
В принтере MOST используются два типа подшипников. Один из них — вращающийся подшипник 608zz, недорогой подшипник для скейтборда, а другой — линейный подшипник LM8UU. Идентификаторы подшипников (608 и LM8UU) используются в разговорной речи при обсуждении принтеров.
Шагов на миллиметр
Все перемещения, выполняемые принтером, осуществляются путем шага двигателей таким образом, чтобы они вращались на некоторое расстояние. Это вращение преобразуется в линейное движение 1) зубчатым ремнем и шкивом, 2) ходовым винтом и накидной гайкой или 3) прижимным роликом и нитью.
В случае зубчатых ремней вращение шкива проходит через некоторое количество зубцов ремня по зубьям шкива. Принтеры MOST используют 12-зубчатые шкивы, поэтому один полный оборот дает линейное перемещение на 60 мм (12 зубцов × 5 мм/зуб). Поскольку двигатели имеют 200 шагов/оборот, а Melzi использует 1/16 микрошага, для перемещения зубчатого ремня на 1 мм требуется в общей сложности 53,333 шага ((200 шагов/об × 16 микрошагов/шаг) / 60 мм).
Ходовые винты практически одинаковы, за исключением шага резьбы. Резьбовой стержень М8 имеет шаг 1,25 мм, для совершения полного оборота требуется 3200 шагов (200 шагов/об x 16 микрошагов/шаг), поэтому для перемещения накидной гайки на 1 мм вдоль резьбового стержня требуется 2560 шагов (3200 шагов/об / 1,25 мм/об).
Прижимные ролики должны вести себя так же, как шестерни, поэтому можно было бы рассчитать шаги/мм движения нити, если бы привод экструдера с зубчатой передачей и прижимной ролик рассматривались как трансмиссия. Однако текстурированный ролик по-разному взаимодействует с различными материалами нити, и даже изменение цвета в одном и том же материале может привести к разному поведению в системе экструдера (в результате обратного давления на привод экструдера, мягкости материала и, вероятно, других интересных явлений). На практике шаги на миллиметр нити определяются эмпирически путем измерения количества фактически экструдированной нити и факторизации шагов по отношению ожидаемого движения к фактическому движению. Это не то, из-за чего стоит волноваться; существует множество способов управлять скоростью экструзии, и в конечном итоге важно, чтобы полученная печать была размерно обоснованной и эстетически приемлемой.
Все это важно, поскольку прошивка использует эти ключевые биты информации для перемещения всех осей на нужную величину. Если эти значения неверны, принтер не произведет печать, соответствующую размерам модели, и, вероятно, даже не произведет пригодную для использования печать (имейте в виду, что слайсер вычисляет все движения на основе объема нити, необходимого для заполнения промежуточного пространства). Пользователи принтера должны установить эти значения в прошивке, а термины «шаги на миллиметр» и «E шагов на миллиметр» часто используются. Первый термин относится к трем линейным осям, а последний относится к экструдеру (E = экструдер).
MOST Delta Motion Control
Почти все, что было сказано выше для MOST Prusa, справедливо и для принтера MOST Delta, за исключением того, что кинематика сильно отличается. В то время как конструкция декартового принтера использует один двигатель для линейного перемещения одной оси, дельта-принтер одновременно перемещает все двигатели для позиционирования конечного эффектора. Вместо правильного прямоугольного призматического объема построения, дельта имеет приблизительно цилиндрический объем построения.
Топоры?
У дельты на самом деле нет осей (x, y, z), поэтому три линейных управляющих элемента движения принтера называются «башнями» или «вершинами». Важно однозначно идентифицировать вершины, поскольку у каждой есть двигатель и связанный с ними концевой выключатель, и порядок, в котором все они подключены к плате контроллера, имеет значение. Все платы контроллеров разработаны для декартовых принтеров, их клеммы двигателя и концевого выключателя обозначены как «x», «y» и «z», поэтому логично идентифицировать вершины для соответствия. Если во время ввода принтера в эксплуатацию вы заметили, что печать зеркальна (например, печать разборчива, когда рассматривается ее отражение), причина, вероятно, в том, что башни x и y перевернуты на контроллере. Поменяйте местами провода двигателей x и y и соответствующие им провода концевого выключателя, и принтер должен печатать правильно. (Внимание: никогда не подключайте и не отключайте провода двигателя при включенном питании!)
Калибровка
В то время как калибровка декартового принтера требует только знания шага ремня, количества зубцов на шкиве и шагов для завершения оборота шкива, дельта-принтеры требуют дополнительных данных, чтобы гарантировать, что отпечатки производятся в масштабе, а конечный эффектор перемещается в плоскости xy во время печати. Расстояние между точками поворота стяжных стержней и эффективным радиусом принтера также должны быть точно известны. Также крайне важно, чтобы во время сборки принтера были приняты меры по обеспечению того, чтобы вершины были равномерно распределены, а длины стяжных стержней были идентичны и тщательно измерены. Еще одним дополнительным требованием является то, чтобы все каретки задействовали свои соответствующие концевые выключатели в плоскости, параллельной платформе построения. Это делается путем установки высоты регулировочных винтов концевых выключателей на каждой из кареток.
Кинематика принтеров Delta менее интуитивна, чем та, что используется в декартовых принтерах, и их калибровка может быть сложной, но есть и свои плюсы. У Delta значительно большие рабочие диапазоны при аналогичном размере основания, и после калибровки обычно требуется меньше вертеться, чтобы продолжать работу. Конструкция MOST Delta очень прочная и переносит транспортировку гораздо лучше, чем конструкция Prusa. Delta также намного проще в сборке и имеет меньше деталей, поэтому они также дешевле. Наконец, конструкция легко адаптируется к различным целям, что делает ее очень гибкой.
Разное
Подогреваемая строительная платформа
Подогреваемая платформа сборки — это печатная плата, которая ничего не делает, кроме как вырабатывает тепло. Тепло помогает начальному слою прилипнуть к поверхности сборки и помогает уменьшить деформацию детали во время печати. Это не является обязательным и значительно увеличивает требования к источнику питания. MOST Prusa имеет подогреваемую платформу сборки; MOST Delta — нет (но ее можно легко добавить, если также заменить источник питания).
M2, M2.5, M3 — Что это вообще такое?
RepRap собран с использованием метрических винтов, которые не так распространены в США, как в других частях мира. Метрические винты имеют довольно простую систему обозначений — M, за которой следует число, представляющее диаметр винта, а затем длина винта. M2 — это винт со стандартной резьбой диаметром 2 мм; M2×10 — это винт диаметром 2 мм и длиной 10 мм под колпачком.
Типографский жаргон
Опровержение
Втягивание — это просто вытягивание нити из экструдера. Это необходимо при переходе от одной точки печати к другой, когда нить не должна выдавливаться, например, между соседними печатными деталями. Конструкция Боудена сохраняет энергию в сжатой нити между приводом и горячим концом и натяжении в оболочке Боудена. Дополнительная энергия поступает за счет изменения плотности при нагревании нити в горячем конце. Между этими (и, вероятно, другими интересными явлениями) существует тенденция к вытеканию пластика из сопла даже после остановки привода экструдера. Количество вытекающего материала минимизируется путем вытягивания нити из горячего конца; привод экструдера переключается в обратный режим. Количество вытягиваемой нити устанавливается во время операции нарезки.
Избыточная или недостаточная экструзия
Слайсер выполняет все вычисления, чтобы вычислить объем пластика для экструзии на длину пройденного расстояния сопла экструдера. Это все объемно, но выражается в g-коде в линейном расстоянии (мм нити), отсюда важность получения шагов E достаточно точных в прошивке. Однако в конечном счете скорость экструзии меняется, и пользователь должен подстроить настройки, чтобы получить хорошую печать.
Переэкструзия — это состояние, при котором выдавливается слишком много нити. Это проявляется в наличии неровных вертикальных сторон, выпуклых отпечатков и шлифовании сопла поверх отпечатка из-за недостаточного зазора. Быстрый способ оценить незначительную переэкструзию — провести пальцем по твердым слоям заполнения в верхней части отпечатка и оценить, насколько он гладкий на ощупь. Если он похож на акулью кожу (грубее в одном направлении), то скорость экструзии слишком высокая. Если он гладкий, то скорость экструзии правильная или слишком низкая.
Недостаточная экструзия — противоположное состояние — выдавливается слишком мало нити. Это проявляется разрывом экструдата во время длинных частичных проходов заполнения внутри печати и отверстиями или зазорами в сплошных слоях заполнения. Ощупывание частичных слоев заполнения кончиком пальца полезно для диагностики — если печать кажется резкой, то происходит разрыв.
Не оценивайте скорость экструзии на основе первых нескольких слоев или одного сплошного слоя заполнения. Терпение окупается; наблюдайте за принтером и оценивайте на разных этапах печати.
Недоэкструзия может быть вызвана не только неправильными настройками: сопло может быть заблокировано чем-то, или температура может быть слишком низкой, чтобы расплавить нить в достаточной степени. В таких случаях привод экструдера не сможет протолкнуть нить через сопло с заданной скоростью. Это заметно по щелчку от пропуска нити в экструдере или, в более серьезных случаях, по скрежету. Если положить два пальца на нить на входе экструдера, также становится ясно, движется нить или нет.