Как собрать 3d-принтер своими руками? Часть первая.

Рейтинг (2.79)

В свете активной волатильности цен на рынке мы задались вопросом, из чего состоит 3D принтер? Что именно влияет на начальную цену этого аппарата и почему современные отечественные и зарубежные 3D принтеры столько стоят?

Статья будет носить скорее ознакомительный и оценочный характер, нежели представлять из себя трактат по пошаговому созданию производства 3D оборудования.

Для того, чтобы последовательно определиться со всеми этапами постройки и сформировать полное представление о процессе, давайте определим схему действий по реализации нашего проекта.

I) Идея. Для начала определимся с задачей.
II) Бюджет. Установим материальные и временные затраты на проект.
III) Характеристики и спецификации. Определим желаемые характеристики нашего 3D принтера.

IV) Чертежи и виртуальный проект. Необходимо выбрать основу 3D принтера или смоделировать его с нуля.
V) Узлы и комплектующие. Подберем комплектующие под заданные характеристики.
VI) Виды работ для сборки. Какие работы нам необходимо будет совершить, чтобы получить изделие? Например, раскрой и сварка металлических листов корпуса.

VII) Программирование и отладка устройства. Здесь нам необходимо будет определиться с программной частью нашего аппарата и подобрать нужную прошивку.
VIII) Расчёт фактических затрат. На производство и сравнение его с бюджетом.
VIV) Вывод.

В свете обширности охватываемой темы и получившегося гигантского размера текста, мы разобьем наше повествование на несколько частей. Первая часть будет посвящена предварительной подготовке к постройке нашего агрегата и затронет пункты с первого по третий нашей схемы.

Итак.

I) Идея.

Стартовым блоком нашей схемы будет "Идея", или "Задача". Тот необходимый базис, после которого в уме начинают появляться первые шестеренки и выстраиваться механизмы. Идея всегда довольно проста и лаконична. В нашем случае она звучит так: "Как построить качественный 3D принтер?".
Чтобы построить именно качественный аппарат, условимся, что будем выбирать наиболее хорошо зарекомендовавших себя производителей комплектующих и не экономить на дополнительных работах. Также наш аппарат должен соответствовать критериям безопасности бытовой техники, хотя бы в самых основных чертах. То есть дерево в качестве материала для корпуса и китайские провода с Ali отпадают. Однако и раздувать бюджет до бесконечности, равно как и сроки разработки, мы не будем.
Как правило, многие энтузиасты 3D печати, мейкеры и даже некоторые покупатели не достаточно хорошо представляют себе процесс создания и производства подобной техники на промышленном уровне и часто задают один и тот же вопрос - "Почему так дорого?" Косвенно мы постараемся ответить на него в процессе повествования и в конце сформулируем вывод с четким определением - "Почему?".

II) Бюджет.

Чтобы было, от чего отталкиваться, мы должны определить для себя финансовые и временные границы проекта. Понятно, что в процессе создания суммы финансовых и временных затрат будут варьироваться, но в этом и будет заключаться наша основная задача - сравнить предполагаемый бюджет с тем, что получится в итоге.

Сколько времени нам потребуется на создание 3D принтера? Чтобы ответить на этот вопрос, неплохо было бы определиться с его конструкцией и характеристиками. Для этого сформулируем задачи, которые он должен решать:

1) Печать твердыми, гибкими и тугоплавкими материалами. (более 300 градусов)
2) Размер рабочей области 20х20х20 см и средние внешние габариты, чтобы принтер помещался и дома и на работе.
3) Быстрая и точная механика.
4) Закрытая камера с системой конвекции.
5) Надежная электрика и электроника.
6) Наличие интуитивно понятного интерфейса, красочный дисплей.

Как видите, мы задумали машину, находящуюся примерно на уровне современных решений Imprinta, Picaso 3D и Raise3D, то есть - флагманов отрасли. Бюджет таких аппаратов находится в диапазоне от 100 до 400 тысяч рублей, в зависимости от размера рабочей области и наличия или отсутствия дополнительных опций. Попробуем разобраться, можно ли построить 3D принтер подобного уровня с меньшими затратами. Заложим в наш бюджет 100 000 рублей и 12 месяцев на производство. Посмотрим, что из этого получится.
В него должны будут входить все затраты на разработку, закупку и доставку комплектующих, подрядные работы, которые сложно выполнить самостоятельно, и прочие прямые расходы. Косвенные расходы мы постараемся рассчитать в финальной части нашей статьи.

III) Характеристики и спецификация.

1) Печатающий блок: по сформулированным условиям печатающий блок должен быть с прямым приводом (direct), чтобы иметь возможность печати большинством доступных на рынке филаментов в самом распространенном формате - 1.75. Значит нам понадобится ось, способная выдержать вес довольно тяжелого шагового мотора, самого протягивающего механизма, проводов, электроники и корпуса. В этом случае необходимо будет использовать рельсы или сдвоенные линейные направляющие. От второго экструдера, пожалуй, откажемся, добавить его в будущем будет не сложно, а разработка адекватного решения с автосменой активного сопла может съесть половину бюджета по финансам и времени.

2) Размер рабочей области и внешние габариты: чем больше будет размер нашего аппарата, тем сложнее будет его отладка, подбор комплектующих и затраты на сборку, но, поскольку бюджет ограничен, мы не можем себе позволить гиганта вроде Raise3D Pro2 с областью в 400мм по ребру куба. Остановимся на самом распространенном формате - 200мм. Этот типоформат отлично представлен в плане комплектующих, доступных к покупке, и мы сможем сэкономить время на поиске чего-то нестандартного. Внешние габариты не должны превышать размера кухонного стола, прикинем их примерно в 40 - 50 см по высоте и 35 - 40 см по глубине и ширине. Вес мы ограничивать не станем, т.к. делать чересчур тяжелый аппарат нет никакого смысла.

3) Механика и кинематика. Для надежности выберем классический "кубик" с перемещением печатающего блока по XY и стола по Z. Такой тип принтеров хорошо изучен, и можно будет избежать многих проблем, связанных с разработкой чего-то нестандартного. Как правило, большинство из производителей потихоньку переходит на вариации схем Cor XY или H-bot. Также популярна схема "скрещивающихся" направляющих, как на Ultimaker и Zortrax. Однако, эта схема с использованием директ экструдера становится слишком дорогой, т.к. придется использовать аж 8 линейных направляющих. Для компенсации веса нашего печатающего блока остановимся на варианте рельс по XY, валах и ШВП по Z и кинематической схеме Core XY. Будем использовать стандартные шаговые моторы формата Nema 17 и GT2 ремень.

4) Корпус принтера: необходимо проработать закрытую камеру. Если мы планируем печатать тугоплавкими материалами, нам также будет нужен мощный нагревательный стол. Наличие вентиляторов, обеспечивающих конвекцию прогретого воздуха, желательно. Чтобы минимизировать количество дорогого металла в конструкции корпуса, используем дибонд или оргстекло в качестве створок нашей камеры. Катушку с материалом разместим внутри корпуса, чтобы максимально избежать пыли и влаги во время процесса печати. Предусмотрим наличие фильтров для выходящего воздуха.

5) Электрика и электроника: относительно этого пункта маститые мейкеры и инженеры спорят уже довольно долго. Многим хватает и стандартного бутерброда RAMPS + Arduino Mega. Однако, глядя на флагманов производителей 3D принтеров, наш принтер должен обладать "умными" системами помощи, иметь возможность подключаться к компьютеру через USB или ethernet/WiFi, а также обладать возможностью чтения данных с SD-карты или USB-флешки. То есть быть максимально удобным и автономным. Добавим в спецификацию помощника калибровки стола через специальный датчик и контроль наличия филамента в печатающем блоке, дабы принтер вставал на паузу, если что-то пойдет не так. Блок питания и разводка проводов - классическая. Плоские шлейфы - вещь хорошая, но для нашего проекта излишняя.

6) Дисплей и интерфейс управления: какой конкретно подобрать дисплей, зависит от выбранной нами материнской платы и возможности ее подключения к тому или иному дисплейному модулю, так что для начала обрисуем "хотелки". Управляемый джойстиком, или тач-скрином дисплей, цветной, или монохромный, с возможностью отображения иконок, текстовой информации и не очень большим размером. 4,5 дюйма вполне подойдут.

.

Итак, мы разобрались с идеей, описали основные характеристики нашего принтера, прикинули бюджет по деньгам и времени. В следующей части прикинем более приземленные и конкретные вещи и определимся с комплектующими и ценами на них.

Конечно же, мы так же хотели бы услышать ваше мнение и советы относительно подборки тех или иных комплектующих, советами по выбору параметров и задач. Пишите их в комментариях! Так что не переключайтесь и ждите следующей статьи!

С Вами был 3DTool, до новых встреч!

Приобрести 3D оборудование и ЧПУ станки, вы всегда можете на нашем сайте в разделах -

3D принтеры: https://3dtool.ru/category/3d-printery/

ЧПУ станки: https://3dtool.ru/category/chpu/

Любые интересующие вас вопросы относительно аддитивной техники и ЧПУ станков, вы можете задать нашим менеджерам.

По почте: Sales@3dtool.ru
Или по телефону: +7(800) 775-86-69

Не забывайте подписываться на наш YouTube канал: