MOST RepRap Primer/uk
НАЙКРАЩИЙ Mendel Prusa RepRap - версія літа 2013 року
НАЙКРАЩИЙ Delta RepRap – версія літа 2014 року – рекомендована збірка <500 доларів США
3D-принтер RepRap — це самовідтворюваний прототипувальник RAP - ідентифікаторів, який використовує метод виробництва, відомий як моделювання напиленням методом плавлення (FDM), для створення фізичних об'єктів з 3D-комп'ютерних моделей. Це технологія з відкритим вихідним кодом , тому вона доступна для всіх, хто нею цікавиться. Користувачі та розробники технологій з відкритим вихідним кодом стають частиною глобальної спільноти, і їх заохочують до вдосконалення дизайну, повторного застосування технології та обміну своїми відкриттями та інноваціями з цією спільнотою.
Витратні матеріали - Електрика та нитки розжарювання
Принтер RepRap використовує електрику та пластикову нитку для створення об'єктів. Нитка схожа на ту, що використовується в дротяних стрічках (насправді, деякі люди друкували з використанням нитки для дротяних стрічок), і зазвичай виготовляється з ABS або PLA . Нитка постачається в бухтах або на котушках і зазвичай продається на вагу. Зазвичай використовуються два різні діаметри нитки: 1,75 мм та 3 мм.
Алфавітний суп: STL, SCAD, G-код, о боже!
Як і всі цифрові технології, 3D-друк сповнений акронімів та жаргону. Це не вичерпний список, а лише корисний перелік найчастіше використовуваних.
Специфікація
Це насправді не так страшно, як здається. Специфікація матеріалів – це просто список необхідних деталей.
SCAD
SCAD-файл — це файл, створений в OpenSCAD , програмному забезпеченні для створення 3D-моделей CAD (автоматизоване проектування). Це безкоштовне програмне забезпечення, доступне для Linux /UNIX, Windows та Mac OS X. OpenSCAD може експортувати STL-файли для друку.
STL
STL-файл (що належить STereoLithography) – це файл, який описує тривимірну фігуру як сукупність суміжних граней (групу з'єднаних трикутників) і служить основним тривимірним файлом, з якого створюються відбитки.
g-код
G-код – це ASCII-файл, який слугує набором інструкцій для певного друку. По суті, це карта, яка веде до надрукованого об'єкта, повідомляючи принтеру, куди і як швидко рухати осі, яку температуру встановити для гарячої частини та нагрітого платформи, а також що робити після завершення друку. G-код – це те, що контролер принтера перетворює на дію.
Нарізка
Нарізання — це процес перетворення тривимірної моделі програмного забезпечення (STL-файлу) в G-код. Слайсер (програма для нарізання) робить саме те, що, здається, може зробити; як і слайсер у відділі делікатесів, він бере велику тривимірну фігуру, описану STL-файлом, і нарізає її на послідовні тонкі шари в напрямку z (вертикально).
Контролер принтера
Принтер MOST використовує контролер принтера Melzi . Контролер принтера – це мозок обладнання. Він перетворює G-код на дію, керуючи кроковими двигунами, відстежуючи температуру гарячої частини екструдера та нагрітої платформи для складання, а також повідомляє користувача про стан та помилки. Він спирається на спеціальний вид програмного забезпечення, яке називається «прошивкою». Існує кілька різних варіантів прошивки RepRap; принтер MOST використовує Repetier . Прошивка написана на версії C++, призначеній для роботи з платами прототипування Arduino з відкритим кодом , на яких базується контролер принтера Melzi. Найдоступніший спосіб налаштування прошивки – це використання інтегрованого середовища розробки Arduino (IDE).
Arduino
Контролер принтера побудовано на електронній платформі з відкритим кодом, відомій як Arduino . Принтери RepRap стали можливими лише з появою Arduino; ми б не робили те, що робимо, якби не ця виняткова технологія.
Arduino IDE
Arduino IDE — це програмне забезпечення, яке використовується для розробки програм для роботи на Arduino та платах на базі Arduino.
Прошивка
Прошивка — це насправді програмне забезпечення. Це програма, яка працює на контролері принтера, перетворюючи G-код на дію, обробляючи вхідні дані та надаючи зворотний зв'язок користувачеві. Вона написана на C++, тому зрозуміла для людини, але може лякати непосвячених. Необхідно ознайомитися з обмеженими частинами прошивки, оскільки регулярно випускаються оновлення, і з більшим досвідом роботи з принтером користувачі захочуть налаштувати свій принтер, що дійсно вимагає злому прошивки.
Екструзія
Екструзія – це процес, у якому матеріал проштовхується через матрицю для формування безперервної або напівбезперервної форми з поперечним перерізом, що визначається формою матриці. У випадку принтера RepRap екструзія створює лише нитку меншого діаметра, але, що більш важливо, підвищує температуру нитки таким чином, що вона сплавляється з ниткою, нанесеною перед нею (звідси FDM). Форма об'єкта, що виготовляється принтером, визначається шляхом руху сопла екструдера над платформою для друку.
Екструдер
Екструдер принтера MOST — це екструдер на основі троса Боудена (екструдер Боудена). Екструдер RepRap складається з двох частин: гарячого кінця та холодного кінця. Холодний кінець — це привід екструдера, де філамент кімнатної температури затискається між текстурованим роликом та натяжним роликом і проштовхується в гарячий кінець. На гарячому кінці філамент нагрівається безпосередньо перед екструдуванням на платформу для друку або об'єкт. Існує кілька різних конструкцій компонентів екструдера: принтер MOST Prusa розроблений для філаменту 3 мм і використовує привід Wade; MOST Delta розроблений для філаменту 1,75 мм і використовує привід Airtripper. Обидва використовують гарячий кінець J-подібної головки з соплом 0,5 мм.
Трос Боудена
Трос Боудена – це гнучкий кабель, замкнений в оболонці (трубці) таким чином, що кабель може рухатися вперед і назад, і навіть може бути певною мірою стисканий, оскільки він обмежений від згинання оболонкою. Ми використовуємо трос Боудена, щоб екструдер і гарячий кінець можна було розділити. Таким чином, потрібно переміщати лише сам гарячий кінець над друкованою платформою, а важкий екструдер розміщується збоку. Це дозволяє швидше друкувати.
Привідна шестерня
Зубчастий болт Зубчастий болт – це текстурована частина приводу екструдера. У ньому є зубці, які врізаються у філамент, завдяки чому крутний момент, що створюється кроковим двигуном, перетворюється на лінійний рух у філаменті. ( Зубчаста обробка – це метод обробки, який зазвичай використовується для виготовлення шестерень. Натомість усі шестерні для RepRap друкуються надрукованими.) MOST Prusa використовує зубчастий болт у своєму екструдері Wade.
Привідна шестерня Привідна шестерня виконує ту саму функцію, що й зубчастий болт, просто це не болт. Привідна шестерня mk7 є популярною і зазвичай виконує роботу в приводі боуден-екструдера Airtripper . MOST Delta використовує Airtripper, включаючи його приводну шестерню mk7.
Натяжний ролик приводу екструдера
Нетекстуроване притискне колесо називається натяжним роликом. У випадку принтера RepRap це зазвичай підшипник скейтборду (608zz або еквівалент). Натяжний ролик притискається до приводної шестерні пружинами.
Гарячий кінець (або Хотенд)
Гарячий кінець складається з нагрівача та датчика температури (термістора), акуратно розміщених у зоні металевого розплаву. Він нагрівається електрично, а температура ретельно контролюється та встановлюється залежно від матеріалу, з якого виготовлений екструдований філамент.
Насадка
Сопло – це місце, де екструдований філамент виходить з екструдера. Існує два поширених діаметри сопел: 0,5 мм та 0,35 мм. Важливо зазначити, що існує зв'язок між діаметром сопла та оптимальною товщиною шару.
MOST Prusa Motion Control
MOST Prusa базується на Prusa Mendel , портальному або декартовому роботі, що складається з трьох лінійних осей, x, y та z, кожна з яких керується окремо керованими кроковими двигунами. Осі x та y використовують зубчасті ремені та шківи, тоді як вісь z використовує пару окремо керованих ходових гвинтів. Точне розташування осей підтримується контролером принтера (який також керує температурою) та базується на відстеженні кількості «кроків», зроблених кожним двигуном після повернення до початкового положення.
Вісь X
Вісь X на MOST Prusa зібрана навколо чорних пластикових деталей. Вона підвішена до осі Z.
Вісь Y
Вісь Y на MOST Prusa зібрана навколо білих пластикових деталей. Вона кріпиться безпосередньо до рами та є місцем розташування платформи для складання.
Вісь Z
Вісь z на MOST Prusa зібрана навколо жовтих пластикових деталей. Ця вісь рухається на ходових гвинтах, керованих парою крокових двигунів, встановлених у верхній частині принтера.
Кроковий двигун
Кроковий двигун — це електродвигун, який рухається лише на фіксовану кількість градусів за раз, тому його можна використовувати для відносно точного керування рухом та позиціонування. Кількість «кроків» за повний оберт визначається конструкцією двигуна. БІЛЬШІСТЬ принтерів використовують 200-крокові (1,8 градуса) двигуни; для повного оберту на 360 градусів потрібно 200 кроків.
Мікрокрокове виконання
Крокові двигуни можна керувати електрично для виконання дробових кроків, так що 200 крокових двигунів можуть фактично виконувати 800, 1600 або навіть 3200 кроків для повного оберту. Це називається мікрокроком і використовується контролером принтера для підвищення роздільної здатності принтера. Контролер Melzi налаштовано на мікрокрок 1/16, тому він виконує 3200 кроків за оберт.
Кінцевий вимикач (або кінцевий обмежувач)
Кінцевий вимикач — це вимикач із важелем, на який щось впливає на осі, з якою він пов’язаний, що вказує на досягнення вісь свого крайнього положення (дому). Більшість програмного забезпечення контролерів використовують це положення як початок точки відліку простору друку.
Самонаведення
Переміщення до початкової точки (homing) – це процес визначення фізичного початку кожної з трьох осей. Він здійснюється шляхом переміщення кожної осі до досягнення кінцевого вимикача (упору). Ці точки потім, по суті, запам'ятовуються контролером принтера, який відстежує кількість кроків за годинниковою стрілкою та проти годинникової стрілки. Переміщення до початкової точки відбувається перед початком будь-якого друку та є ключем до керування рухом та позиціонування за допомогою RepRap.
Ремінь ГРМ
Зубчастий ремінь — це, по суті, гнучка шестерня. Це ремінь із влитими в нього зубцями, а «крок» ременя — це відстань між однаковими точками на сусідніх зубцях (подібно до періоду синусоїдальної хвилі). Принтер MOST використовує зубчастий ремінь T5; відстань між центрами сусідніх зубців становить 5 мм.
Ходовий гвинт та гайка
Ходовий гвинт — це просто різьбовий стрижень, на якому крутиться накидна гайка. Гайка утримується лінійним рухомим елементом, щоб вона не оберталася разом з ходовим гвинтом, отже, вона «накидна». На MOST Prusa є чотири накидні гайки: по одній над і під як натяжним колесом осі X, так і на кінці двигуна. Ходові гвинти можуть бути дуже точними, що важливо для осі Z, оскільки висота шару зазвичай становить невелику частку міліметра.
Негативна реакція
Люфт є результатом зазору між деталями, що зчеплюються, такими як шестерня до шестерні, шків до зубчастого ременя або ходовий гвинт до затискної гайки. Це не є суттєвою проблемою для більшості конструкцій принтерів, але про це варто знати. Пластикові шестерні на приводі екструдера зношуються, створюючи більший люфт, який проявляється під час відведення філаменту; з часом на компенсацію збільшення люфту витрачатиметься все більше руху – менше філаменту буде відведено. Люфт є справді великою проблемою там, де потрібна висока точність, як-от на осі z. На щастя, сила тяжіння та невелика пружина рятують становище; вісь x завжди притиснута вниз до нижньої затискної гайки, ефективно усуваючи люфт.
Підшипники
У принтері MOST використовуються два типи підшипників. Один з них – це обертовий підшипник під назвою 608zz, недорогий підшипник для скейтборда, а інший – лінійний підшипник під назвою LM8UU. Ідентифікатори підшипників (608 та LM8UU) використовуються розмовно, коли йдеться про принтери.
Кроки на міліметр
Весь рух, що виконується принтером, здійснюється шляхом крокового перемикання двигунів таким чином, щоб вони оберталися на певну величину. Це обертання перетворюється на лінійний рух за допомогою 1) зубчастого ременя та шківa, 2) ходового гвинта та нерозривної гайки або 3) притискного ролика та нитки.
У випадку зубчастих ременів, обертання шківа проходить через певну кількість зубців ременя через шестерні шківа. Більшість принтерів використовують шківи з 12 зубцями, тому один повний оберт забезпечує лінійний рух 60 мм (12 зубців × 5 мм/зуб). Оскільки двигуни мають 200 кроків/оберт, а Melzi використовує 1/16 мікрокроку, для переміщення зубчастого ременя на 1 мм ((200 кроків/оберт × 16 мікрокроків/крок) / 60 мм) потрібно загалом 53,333 кроки.
Ходові гвинти майже однакові, за винятком використання кроку різьби. Різьбовий стрижень M8 має крок 1,25 мм, для повного оберту потрібно 3200 кроків (200 кроків/оберт x 16 мікрокроків/крок), тому для переміщення нероз'ємної гайки на 1 мм вздовж різьбового стрижня потрібно 2560 кроків (3200 кроків/оберт / 1,25 мм/оберт).
Pinch rollers should behave just like gears, so one should be able to calculate steps/mm of filament movement if the geared extruder drive and the pinch roller was treated as if it were a transmission. However, the textured roller interacts differently with different filament materials and even color changes in the same material can result in different behavior in the extruder system (resulting from back pressure on the extruder drive, softness of the material and probably other interesting phenomena). In practice, the steps per millimeter of filament is determined empirically by measuring the amount of filament actually extruded and factoring steps by the ratio of expected movement to actual movement. This isn't something to get excited over; there are many ways to manipulate extrusion rate and ultimately what matters is that the print produced is dimensionally sound and aesthetically acceptable.
All of this matters because the firmware uses these key bits of information to move all the axes just the right amount. If these values are wrong, the printer won't produce a print matching the dimensions of the model and probably won't even produce a usable print (keep in mind that the slicer figures all the movements out based on volume of filament required to fill intervening space). Printer users must set these values in firmware and the terms "steps per millimeter" and "E steps per millimeter" are frequently bandied about. The first term refers to the three linear axes and the latter refers to the extruder (E = extruder).
MOST Delta Motion Control
Pretty much everything stated above for the MOST Prusa holds true for the MOST Delta printer except that the kinematics are vastly different. Whereas the Cartesian printer design uses a single motor to move a single axis linearly, the delta printer simultaneously moves all of motors to position the end effector. Instead of having a right rectangular prismatic build volume, the delta has a roughly cylindrical build volume.
Axes?
The delta doesn't really have axes (x, y, z), so the three linear motion control portions of the printer are referred to as "towers" or "apexes". It's still important to uniquely identify the apexes since each has a motor and an associated limit switch and the order in which all of these are wired to the controller board matters. All of the controller boards are designed for Cartesian printers, their motor and limit switch terminals are labelled "x", "y" and "z", so it's only logical to identify the apexes to match. If during commissioning of the printer you notice that the print is mirrored (for instance print is legible when its reflection is viewed) the reason is probably that the x and y towers are reversed on the controller. Swap the x and y motor leads and their respective limit switch leads and the printer should print correctly. (Warning: never connect or disconnect motor wires while the power is on!)
Calibration
Whereas calibration of a Cartesian printer requires only knowledge of the belt pitch, number of teeth on the pulley and steps to complete a revolution of the pulley, delta printers require additional data to ensure that prints are produced to scale and the end effector moves in the x-y plane while printing. The distance between the tie rod pivot points and the effective radius of the printer must also be accurately known. It is also extremely important that care is taken during assembly of the printer to ensure that the apexes are equally spaced and the lengths of the tie rods are identical and carefully measured. One additional requirement is that the carriages all engage their respective limit switches in a plane parallel to the build platform. This is done by setting the height of the limit switch adjustment screws on each of the carriages.
Delta printer kinematics are less intuitive than that used by Cartesian printers and calibrating them can be challenging, but there are payoffs. Delta's have significantly larger build envelopes in a similarly sized footprint, and once calibrated typically require less twiddling to keep going. The MOST Delta design is very robust and tolerates transporting much better than does the Prusa design. Deltas are also much easier to build and have fewer parts, so they're cheaper, too. Finally, the design is easily adapted to different purpose, making it very flexible.
Miscellany
Heated Build Platform
The heated build platform is a circuit board that does nothing but produce heat. Heat helps the initial layer to stick to the build surface and helps reduce warping of the part during printing. This isn't strictly required and greatly increases the requirements on the power supply. The MOST Prusa has a heated build platform; the MOST Delta does not (but it can be added easily, if the power supply is also changed).
M2, M2.5, M3 - What's it all about?
The RepRap is built with metric screws, which aren't as common in the US as in other parts of the world. Metric screws have a pretty simple naming convention - M followed by a number representing the diameter of the screw followed by the length of the screw. M2 is a 2mm diameter standard thread screw; M2×10 is a 2mm diameter screw 10mm long below the cap.
Printing Jargon
Retraction
Retraction is simply backing the filament out of the extruder. It is necessary when moving from one print point to the next when no filament should be extruded, like between adjacent printed parts. The Bowden design stores energy in compressed filament between the drive and hot end and tension in the Bowden sheath. Additional energy is supplied by a change in density upon heating the filament in the hot end. Between these (and probably other fascinating phenomena) there is a tendency for plastic to ooze out of the nozzle even after stopping the extruder drive. The amount of oozed material is minimized by backing filament out of the hot end; the extruder drive is put in reverse. The amount of filament retracted is set during the slicing operation.
Over or Under Extrusion
The slicer does all the math to figure out the volume of plastic to extrude per length of extruder nozzle distance travelled. It's all volumetric, but it's expressed in g-code in linear distance (mm of filament), hence the importance of getting E steps reasonably accurate in firmware. Ultimately, though, the extrusion rate changes and the user must tweak settings to produce a good print.
Over extruding is a condition in which too much filament is extruded. It's revealed by the presence of bumpy vertical sides, bulbous prints and the nozzle grinding over the top of the print due to insufficient clearance. A quick way to assess minor over extrusion is to rub a finger over solid infill layers at the top of the print and note how smooth it feels. If it has a shark skin-like feeling (rougher in one direction) then the extrusion rate is too high. If it's smooth then the extrusion rate is just right or too low.
Під час екструдування спостерігається протилежний стан – екструдується занадто мало філаменту. Це проявляється розривами екструдату під час довгих часткових заповнювальних проходів всередині відбитка та дірками або проміжками в суцільних шарах заповнення. Відчуття часткових заповнювальних шарів пальцем корисне для діагностики – якщо відбиток відчувається гострим, значить, відбувається розрив.
Не оцінюйте швидкість екструзії на основі перших кількох шарів або одного суцільного шару заповнення. Терпіння окупиться; спостерігайте за друкарнею та оцінюйте її на різних етапах друку.
Недоекструзія може бути спричинена не лише неправильними налаштуваннями: можливо, щось блокує сопло, або температура може бути занадто низькою для достатнього розплавлення філаменту. У таких випадках привід екструдера не зможе проштовхнути філамент через сопло з заданою швидкістю. Це помітно як клацання від пропускання філаменту в екструдері або, в більш серйозних випадках, як скрегіт. Якщо покласти два пальці на філамент на вході екструдера, також можна зрозуміти, чи рухається він, чи ні.