Путь в 3D печать своими руками

___Итак, я решил собрать принтер который будет работать на максимальной для середины 2016 года технологической базе, оставаясь в рамках бюджетного коридора "Дешёвый" и используя максимально возможные для этого бюджета комплектующие. Купить готовый сразу не готов, переплачивать три цены за инженерные решения отвергнутые цивилизацией года три назад нет никакого желания. Принтер я рассмытриваю как хобби, никаким образом "отбивать" его цену не планирую, занимаюсь этим для собственного удовольствия. В удовольствие входит и процесс сборки, отладки и апгрейда. Эпопея будет небыстрой, для себя заложил срок в три месяца до первоначального запуска и ещё пару месяцев на отладку качество. Т.е. планирую в начале августа 2016 года запуститься и к зиме достичь целевых показателей.

___Целевые показатели по ТТХ: Сносная печать на скоростях до 400мм/с на простом заполнении (насколько позволит технология экструзии FDM) , 200мм/с в качественном режиме. Точность по ХУ 100мкм, разрешающая способность при печати не хуже 10мкм, по Z минимальная толщина слоя 100мкм, разрешающая способность - 10мкм ("точность" и толщина показатели конструктива и жёсткости конструкции, разрешающая способность - движки и электроника). Нагрев стола для начала работы - 3 мин., размер печатаемого поля - 200*300*300мм.
___Бюджет изначально планировался 20тр. Сразу стало очевидно что с такими запросами бюджет надо бы удвоить, но я буду стараться удержаться в рамках 30тр.

Поехали!
___________________________________________________________________________________________________
10.05.16
Сформулировал для себя то, что я хочу получить от данной эпопеи. Законченно выглядящий девайс, имеющий лучшую из возможных скоростей печати на сегодня, и вписывающийся в жилой интерьер по виду/шуму/потреблению/безопасности.
15.05.16
К выбору конструкции подошёл основательно и без спешки. Ввиду этого подбор и закупку всякого долгоидущего принтерного ливера уже начал, а с корпусом пока нахожусь в тягостных раздумьях. Понятно, что это будет рабоче-крестьянский фанерный кубик, а вот какой из - к концу мая решу исходя из проводимых научных изысканий.
По факту обретения ясности название темы и первый пост скорректирую, а пока, чтоб не терять время и умные мысли, буду здесь постить то, до чего докопался и что заказал уже.

18.05.16 Стартовал сезон закупок. дальше в спойлере буду перечислять всё купленное и делить на 2 категории. жизненно важное отдельно. купленное "на всякий случай" отдельно. Пока понятно что бюджет постройки который закладывал в 20тр. сам собой поднялся до 30тр. ну и чёрт с ним! Планирую закончить освоение бюджета до 10-15 июня 2016 года. Потом только докупка забытого и перезакупка спаленного.

22.05.16 По правильной мысли уважаемого AKDZG, принял решение распаралелить электронику на два этапа. Первый - MEGA + RAMPS1.4MTHVE (MEG Tterrible Huge Voltage Edition), для того чтоб запуститься и на Марлине ко всем приставать с тупыми вопросами. И второй: DUO + RAMPS1.4MTHVE-D3,3ls (DUO 3,3v limited series), и на ней уже шпилить с любыми скоростями проверяя кубик на прочность.
Вставил всё в план закупок.

31.05.16 Закономерным результатом перфекционизма стало то, что бюджет уверенно завалил за 40 тр. но вроде виден свет в конце тоннеля. основное закуплено.
_______________________________________________________________________________________________
Закупки Удалил всё по новым правилам владельца ресурса.
_______________________________________________________________________________________________
Тут буду кратенько описывать почему приняты те или иные конструктивные решения.

1. Кинематика
___Смотреть на 3D-принтеры я начал давно. И моделей работы пересмотрел множество. Были те, на которые без слёз не взглянешь, были и те, работу которых представлял с трудом, но оно шевелилось. Сразу требованиями для себя поставил механическую надёжность, не хотелось чтоб эта хлабуда рухнула не выдержав собственного веса (а такие конструкции на каких-то "спицах" я видел). Из этих пожеланий сразу отшли в мир иной разнообразные порталы в ад, гоняющие по недетской станине. Так-же эстетически хотелось закрытый корпус, а не сгусток проводов висящий на рогах направляющих оси Z.
___Поэтому пересмотрев все эти ваши монументальные Прюши, склетообразные Мендели из говна и палок и прочие Реп-Рап поделия опечалился ходом инженерной мысли. всё было не то, всё навевало грусть инженерными подходами и внешним видом. Видя как поделие на шестых валах пытается дёргать столом и гнётся на ходу чуть не пополам пришёл ко мнению что стол должен стоять. Чтоб модель на нём не шаталась - стол должен стоять как влитой. Таких моделей кинематики не много, почему-то изобретатели так и норовят сделать что попроще, подрыгать столом. Опасливо посмотрел и закрыл тему Росток'а. инопланетное чудище, не хотелось с ним бороться, к тому же с детства я живу в прямоугольных координатах и старческий мозг явно треснет от осмысления такой кинематики.
___После всего вышеперечисленного наткнулся на CoreXY и H-BOT. Так как конструктив Core не популярен у производителей корпусных китов остановился на H-BOT. Корпус решил покупать любой нормально сделанный, резать самому фанеру или искать ей замену сразу было лень. А готовые КИТЫ в наличии только под H-BOT. На этом и успокоился.

2. Шаговые двигатели
___Чисто волюнтариски изначально принял решение искать двигатели 0,9°/шаг. Хотелось поиметь в любом случае максимально достижимую точность за приемлемые деньги. Такие двигатели нашёл в последний момент занедорого, когда уже плюнул даже искать. Сразу был готов к тому, что теоретически 0,9 движок будет в два раза медленнее обычного. Как показали дальнейшие расчёты скорости хватит с запасом, при умелом выборе напряжения двигатель должен с запасом отрабатывать скорости вплоть до 400мм/с. И на практике принтер упрётся вовсе не в движки.
___Второе пожелание к движку было - высокоомный. Хотелось как можно сильнее уменьшить потребляемый ток и играть напряжением, чтоб проблема охлаждения в моём случае даже не фигурировала на повестке. Для себя после расчётов поставил планку - 4-5 ом на обмотку. Это позволяет сократить ток движка ниже 1А и повсеместно упрощает и уменьшает радиаторы и прочие вентиляторы. Тут недотянул, движок на 2,9 ом, и выбора не было. Как показали дальнейшие расчёты, и хорошо что не нашёл 5 ом, такому надо было бы городить питание 48в и выше, чего не потянула бы остальная электрическая часть принтера, и геморрой бы вырос по экспоненте.

3. Шум
___Так как одной из целей было вписать агрегат в жилое пространство, сразу ставил целью сделать его по возможности бесшумным. На дворе 21 век и ничего не мешает это осуществить. Стоить будет не так дорого, чтоб экономить на своём комфорте. Основной шум в данном устройстве как не странно будет происходить от резонанса фанеры в такт шаговым двигателям. Так как избавиться от фанеры не получится, сразу начал искать способ уменьшения шума от двигателей.
___Первое, везде где надо буду ставить прокладки. Вещь копеечная, а радикально поможет с шумом.
___Второе, покурив достаточное количество форумов и даташитов определился, что меня полностью устраивают тихие драйверы ТМС2100 даже не смотря на свои ограничения. Ограничения продиктованы дерьмовыми выходными каскадами в них, с большим сопротивлением канала, что влечёт перегрев на умеренных токах. Но ввиду того что я собираюсь строить высоковольтное чудовище (см. высокоомные моторы) мне в целом плевать на максимальный ток драйверов. Рассчитываю выставить его 0,5-0,6А и гонять на любых скоростях, лишь бы фанера не треснула от ускорений.
___В третьих, малый ток на всей электронике позволяет повсеместно обойтись пассивным охлаждением, предполагаю поставить один, максимум два тихоходных карлсона на всё устройство (исключая hotend, с ним своя песня и свои способы боротьбы с шумом). Для этой цели всё что может греться или вынесу в охлаждаемое пространство или перепаяю, чтоб повернуть к потоку головой.
___Ну и в четвёртых, подумываю пропитать фанеру каким-нибудь нажористым химикалием, чтоб резко понизить её желание резонировать, возможно покрою чем-то сверху, может быть навешу окна-двери, чтоб усложнить гуляние звуковых волн в добавок к другим плюсам такого решения.
___В связи с этим планирую закупить много чего, и тем самым отяготить бюджет в необязательной его части.
_______________________________________________________________________________________________
Сборка
_______________________________________________________________________________________________
Наладка

Пока с корпусом есть непонятки, решил заняться другой темой в которой есть свобода выбора, а именно с двигателями.
Обычно их покупают одной единственной модели "потому что так повелось". Однако, выбор движков сейчас определяет потом как возможность и эффективность работы на высоких скоростях, так и возможность лёгкой установки различных моделей драйверов и связанные с этим вопросы шума и нагрева.
Для начала посмотрел что-же реально есть из альтернатив. Так как посадочные места жёстко nema17 то всё другое откинул сразу. Так-же поступил и с шагом. Откинул те, которые 0,9 градуса. По моим вычислениям принтер с таким мотором не сможет беспроблемно работать со скоростью перемещения выше 100мм/с. Если кто-то опытный убедит в обратном - буду рад, потому как теоретическая точность позиционирования с моторами с шагом в 1,8 градуса будет примерно 0,15мм(это на полном шаге). Не сказать чтоб очень круто.

Ну и прошёлся по доступным моделям. Производителей оказалось немало, параметры разнятся:



непонятно, толи наши узкоплёночные друзья пишут числа, как придётся, то-ли и правда у разных производителей параметры гуляют например по весу на 20%.

так как движки в фанерном кубике не ездят и не летают, то их вес и размер не влияет на точность позиционирования. а вот запас мощности влияет как на скорости, ускорения, так и на шум который они издают и как правило более мощный мотор при одинаковых вводных работает потише. Кроме того запас мощности позволяет накинуть мощщи чтоб уйти от пропуска шагов и прочих неприятных неожиданностей.
Без меры же мощность увеличивать тоже не получится, ограничением выступят уже токи которые жрёт мотор и возможность драйвера их выдать. Как мы все уже знаем, модный тихий драйвер ТМС2100 сильно ограничен в токах на мотор. Кто-то пишет что 1А предел, кто-то что 1,2А, самые рисковые парни пишут про 2,5А с охлаждением, во что я слабо верю. Остальные драйвера лояльнее к токам, поэтому я решил закладываться на этот, тем более что и тишина тоже как фактор важна и скорее всего именно ТМС2100 я и поставлю в результате, но это пока в будущем. сейчас про движки.
Так вот если брать те, которые жрут малый ток, при этом с запасом по мощности, то вдруг выяснится, что ограничением становится уже напряжение которое драйвер в состоянии выдать на двигатель. Например если взять из последней таблички мотор под названием 17HS0413 то выяснится, что он на полную мощность захочет получить аж 73 вольта в плевке, если я правильно посчитал. А ни один драйвер выше 40 с копейками не даст.

И вот хотелось бы спросить опытных, оно правда без шансов этот двиг запитать через тмс2100 и снять с него всю заявленную мощность?

Даже обычные 4401 не работают на всю мощность на наших принтерах, не говоря уже о более мощных. В случае с TMC2100 более мощные двигатели берут для снижения температуры самого двигателя, которая как известно тоже ограничена 80 градусами. Пока TMC2100 не до конца изучены, но уже точно ясно, что на RAMPS их лучше не ставить, а сразу монтировать на внешний радиатор с обдувом http://3deshnik.ru/forum/viewtopic.php?f=8&p=4060#p4060

Вот ещё табличка с движками:

так я задумался движком помощнее именно потому что наслушался рассказов о пропуске шагов и работе движка на разрыв с соответствующим звуком. неправ?
то что 2100 надо вообще по сути никуда не вставлять понятно сразу. два радиатора и в поток воздуха. Но вот вопрос, сколько с него тока можно взять? вы же работаете, написали бы как чего, а то вся инфа полугодовой давности. и с тех пор тишина.

и да, эти движки в табличке судя по написанному ещё лучше чем те что я привёл. боюсь только что по факту они все будут одинаковые независимо от написанного в табличках.

MEG писал(а): так я задумался движком помощнее именно потому что наслушался рассказов о пропуске шагов и работе движка на разрыв с соответствующим звуком. неправ?

Пропуск шагов происходит из-за перегрева драйвера в первую очередь. Оригинальных TMC2100 точно хватает по мощности для 3D принтера. У меня пропускает шаги без шума - раз и ступенька.
Пока эмпирический Vref 1,2В - 1,3В. Сколько это в переводе на ток я не считал. Я пока сам только тестирую эти драйверы. На Mendel90 и движках 42BYGHW609 работают чётко и бесшумно. Воткнуты в RAMPS и обдуваются бесшумным вентилятором. Vref 1,1В. На СПринтере иногда ловлю пропуски шагов по X с возвратом через некоторое время в исходные координаты. Возможно дело не в драйверах, а в рельсах. Планирую поставить двигатели 42BYGHW811 для снижения шума и температуры на двигателях, когда они закрыты ширмой.

AKDZG писал(а): TMC2100 точно хватает по мощности для 3D принтера.

ну что такое хватает? на какой скорости? на каком ускорении? так-то понятно что медленно и лениво хватает любого движка и любого драйвера ))

8

AKDZG писал(а): 42BYGHW811

почему его а не 804 ?

MEG писал(а): ну что такое хватает? на какой скорости? на каком ускорении? так-то понятно что медленно и лениво хватает любого движка и любого драйвера ))

Меня "лениво" не устраивает. Ускорения 3000, скорость на заполнении 150 (СПринтер). Сейчас тестируют китайские драйверы на ускорении 6000 и скорости 150, возможно результаты появятся в профильной теме.

MEG писал(а): почему его а не 804 ?

804 не видел пока. 811 хорошо себя зарекомендовали.

Моторы могу рекомендовать вот эти http://ru.aliexpress.com/item/CE-certif ... 27068.html . На мой субъективный взгляд, они тише и мягче работают, чем другие 4401. Мощи у них хватит с запасом для любого драйвера. Только учтите, что они без шлица на валу (шестерёнку экструдера хуже затягивать).

Насчёт корпуса напоминаю, что на подходе модель 232. На мой взгляд, очень практичный вариант - большая площадь печати 200х300 и разумная высота печати 200.

AKDZG писал(а): 804 не видел пока. 811 хорошо себя зарекомендовали

так-то на 804 драйверам будет проще. ток радикально меньше.

и да. нашёл ещё чудесные движки:

хитрой намотки. вот такому и тока и напряжения должно хватить. и ампер мало жрёт, греться драйвер так точно будет меньше.
я про "42hs03 parallel"

MEG писал(а): так-то на 804 драйверам будет проще. ток радикально меньше.

Думаете это важно? Лучше радиаторы для TMC2100 найдите красивые

думаю важно. на выходе драйверов стоят ключи. греются именно они. их нагрев зависит строго от падения напряжения в открытом состоянии которое константа. по этому если повесить движок жрущий 2 ампера на 20 вольт или 1а на 40 вольт то для работы принтера будет выглядеть одинаково. а вот на нагрев драйвера пойдёт в два раза меньше тепла во втором случае. может и колхоза с чудовищными радиаторами в потоке жидкого гелия удастся избежать! да и надёжность повысится.
проблема только в том, что если я правильно считаю все низкоамперные движки как назло рассчитаны на слишком высокое напряжение и больше чем на 30-40% мощности их не заведёшь. вот только тот что в последней табличке намотан хитро и есть шанс что его можно запитать на все деньги и ставить любое ускорение и скорость, пропуска быть не должно и нагрев должен быть в меру. но естественно такие движки по закону подлости есть только за двойной прайс.

MEG писал(а): естественно такие движки по закону подлости есть только за двойной прайс.

Проблема с TMC2100 всё равно решается через мегамощный теплоотвод бесплатно http://3deshnik.ru/forum/viewtopic.php?f=8&p=4077#p4060 . Думаю, с любыми движками эти явно кривоватые драйвера без такого теплоотвода работать не будут.
Если же не использовать ТМС2100, то вообще проблем нет. Так стОит ли покупать движки вдвое дороже?

проблема решается научным подходом и никак по другому. Проще всего сказать драйверы говно, ставьте проверенную циркулярную пилу и радуйтесь. но у всех разные потребности, и уверен, если предложить людям сделать агрегат бесшумным, многие за это и доплатят. Более того, это так или иначе будет кем-то сделано. Я вот мириться с пилой точно не намерен.
Ну и простой вопрос, какого результата можно добиться используя дешевейшие движки с дешевейшим же драйвером, не вдаваясь в подробности сколько мощности нужно принтеру, какие теплопритоки будут при работе. Ответ - можно добиться только дешевейшего результата. Я вот хочу копнуть вглубь и добиться минимальными деньгами другого. Тихого, холодного, надёжного.
Сейчас докурю даташит на 2100 и станет понятно что и как.