Химера — 3D принтер с высоким качеством печати — часть 1

Перевел SaorY для mozgochiny.ru

Доброго дня, мозгоинженеры! Последние пару лет я «охотился» за простым и дешевым 3D-принтером, но с высоким качеством распечатываемых поделок. Что я нашел и сделал своими руками, читайте в этом мозгоруководстве.

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-165

 

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-11

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-12

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-13

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-14

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-15

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-16

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-17

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-18

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-19

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-110

 

Имея три разных частично собранных 3D-принтера я услышал об удивительной технологии печати — DLP стереолитографии. А после этого приобрел все необходимые компоненты для создания полнофункционального принтера с великолепным качеством печати и затратил на это менее 100$.

По своей конструкции DLP принтеры это одна ось движения, видеопроектор и минимальный набор электроники, без всяких нагревателей и рабочего стола, без забитых сопел и неправильно выставленной температуры экструдеров, так как в них по-просту нет экструдера. А смола, применяемая в этих принтерах, по цене сопоставима с нитью FDM принтеров.

Весь этот мозгопроект я осуществил для того, чтобы показать, что 3D-печать не так недоступна, как кажется, и для нее не требуются особые затраты и специальное оборудование. Я не рассчитывал получить от этого принтера-самоделки качества как у дорогих принтеров, но результат превзошел все мои ожидания. Поделка хотя имеет несколько недочетов, но безусловно работоспособная. Наглядно процесс печати можно посмотреть в видео 12 шага.

Химера — это мифологическое существо, состоящее из трех разных животных, и эта самоделка собрана также их трех повторно использованных/доработанных деталей (проектор, игрушки и компоненты старого компьютера), отсюда и название.

Заранее извиняюсь за качество и малое количество фотографий в этом мозгоруководстве, увы, работаю в плохо освещенной мастерской и на устаревшем оборудовании, как куплю хорошую камеру, тогда обновлю и дополню фотоотчет. И я всегда открыт к конструктивной критике и полезным советам для улучшения этого принтера-самоделки!

Обновление на 14 июля 2015 года: этот проект выиграл приз в конкурсе 3D-печати, благодарю за интерес к поделке и всех голосовавших за меня!

 

 

Шаг 1: DLP принтер — что это?

Начнем с теории, в 1986 году Чарльз Халл создал стереолитографию как способ, использующий ультрафиолетовое излучение для плавления полимерной смолы с получением в итоге твердых объектов. Прошло время и проекционные технологии открыли миру высокоточную, довольно дешевую и доступную форму ультрафиолетового излучения. DLP (Digital Light Processing)-принтеры отличаются от FDM (fused deposition molding)-принтеров, которые широко распространены, тем что, FDM-устройство использует систему экструзии, напоминающую клеевой пистолет прикрепленный к каретке движущейся в трех осях. Экструдер должен следовать по пути, который рассчитан компьютером, чтобы распечатать объект. DLP-принтер использует стационарный проектор отображающий одновременно все точки по осям X и Y на смолу, тем самым переводя ее из твердого состояние в жидкое с помощью светового излучения в форме проецируемого изображения, а также использует ось Z для перемещения.

Сверху вниз или снизу вверх

Бачок со смолой или ванная со смолой — большая разница в возможностях печати «сверху вниз» или «снизу вверх» обуславливается типом контейнера, содержащим мозгосмолу. В системе «сверху вниз» платформа и объект медленно погружаются вглубь смолы и ограничены глубиной ванны. Это не проблема, если вы планируете печатать небольшие детализированные объекты, как раз для таких я и создал этот принтер-поделку. Принтеры системы «снизу вверх» используют небольшой бачок со смолой и объект поднимается из смолы, тем самым он не ограничен размером емкости.

Вязкость — система «сверху вниз» требует смолы низкой вязкости, которая будет обтекать платформу при ее погружении и создавать нужный уровень для объекта. Без устройства очистки вам придется ждать распределения смолы, прежде чем начать печать с требуемой толщиной слоя. К счастью, выбранная мной смола обладает низкой вязкостью и великолепно ведет себя в системах «сверху вниз». Принтеры системы « снизу вверх» продавливают смолу до желаемой толщины слоя.

Искривление — эффекты искривления присущи принтерам обоих типов, но проявляются по-разному. В принтерах «снизу вверх» каждый слой объекта создается из смолы зажатой между дном ванной и предыдущим слоем, что в сочетании с использованием смол низкой вязкости вызывает очень малые деформации слоев. А в системах «сверху вниз» объект может свободно скручиваться и изгибаться если должным образом не прилипнет к платформе. К тому же смолы низкой вязкости, как правило, имеют более высокую усадку на единицу объема.

Нагрузки объекта — на объекты в системах «снизу вверх» действуют различные силы во время всего сеанса печати. Сила всасывания каждого слоя пытается оторвать объект от платформы, механизмы наклона/сдвига «раздают»силы во всех направлениях одновременно, сила гравитации тянет весь объект вниз. В принтерах системы «сверху вниз» распечатываемый объект имеет почти туже плотность, что и жидкая смола, поэтому сила гравитации не существенна. И силой действующей на мозгообъект является только сжатие.

Важным преимуществом принтеров системы «сверху вниз» является простота, для принтеров «снизу вверх» нужны механизмы наклона/сдвига, а еще дорогие и «грязные» покрытия ванны, в то время принтеры «сверху вниз» так и двигаются, только вверх-вниз, и в качестве резервуара для них можно использовать почти любую емкость.

Поэтому, несмотря на то, что принтеры системы «снизу вверх» могут печатать более габаритные и качественные объекты с меньшим расходом смолы, я решил создать принтер типа «сверху вниз» из-за простоты и несложной конструкции.

 

 

Шаг 2: Компоненты

Как сказал Эдисон: «Изобретательство требует воображения и кучи всякого хлама». Несколько идей у меня было, так что время я потратил на кучу хлама (да, есть у меня одна кучка). Там я и нашел каретку от старого принтера, стальные направляющие, старые дисководы, шаговые двигатели и разные электрокомпоненты. Купить мне пришлось лишь только DLP-проектор.

Итак, список деталей:

  • проектор Mitsubishi XD221U 1024×768 — 1шт. — примерно 50$
  • дисковод в сборе — 1шт.
  • Arduino UNO/Duemilanove или ATmega328 — 1шт. — 4$
  • драйвер-плата Easydriver V4.4 — 1шт. — 2$
  • провода, паяльник и т.д.
  • набор для травления плат (опционально), если вы умеете делать платы самостоятельно
  • блок питания 5В, 0.5А (по необходимости), некоторые дисководы можно запитать от Arduino через USB порт, но возможно потребуется блок питания для подключения драйвера через Arduino или M+ , чтобы заставить моторчик работать. Это зависит от мощности вашего USB, моему дисководу это не требуется.
  • МДФ или доски (опционально, для рамы) — 60х120см
  • смола, например, MakerJuice red G+ — 35$ за пол литра

В итоге, сам принтер можно собрать почти из ничего, но на смолу придется потратиться. Учитывая скидки и подарочные карты, а также то, что почти все компоненты у меня уже были, я потратился только на проектор и весь мозгопринтер обошелся мне в 39,99$.

 

 

Шаг 3: Выбор проектора

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-111

 

Спектр предлагаемых на рынке проекторов широк, и так как это самая важная деталь 3D-принтера, необходимо выбрать хороший. Я выбирал из нескольких проекторов для своего принтера, а именно dell 2300 и 2400, и infocus 2104. Но теоретически, любой DLP-проектор можно использовать в самоделке, следует лишь при его выборе учитывать нижеследующие моменты.

Типы проекторов

— DLP-
Вам нужен проектор использующий DLP ( цифровая обработка света)-технологию для проецирования. Эта технология основана на массиве микрозеркал для подсвечивания и отключения пикселей. Сами микрозеркала отражают свет идущий непосредственно от лампы через рассеивающую линзу.

-LCD
Что вам точно не нужно, так это LCD (жидкокристаллический дисплей)-проектор. LCD-проектор направляет свет через LCD-панель, в которой для включения/выключения пикселей применяются транзисторы, и при включенном пикселе свету нужно пройти сквозь несколько слоев пластика, стекло и поляризационные фильтры, прежде чем изображение спроецируется. При этом большая часть ультрафиолетового излучения, которое необходимо для затвердевания смолы, поглощается LCD-панелью, прошедшего же не достаточно для преобразования смолы. Повторюсь, LCD-проекторы не могут использоваться для 3D-печати (это я точно знаю).

Разрешение
Разрешение это количество пикселей в проецируемом изображении. Основное разрешение мозгопроектора является важным параметром, поскольку определяет качество распечатываемого объекта. Линейка разрешений проекторов такова: 800×600, 1024×768, 1280×800, 1280×1024 и 1600×1200. Понятно, что чем выше разрешение, тем лучше будет качество распечатываемых объектов, но проекторы с высоким разрешением не дешевы. Я не советую проекторы с разрешением ниже 1024×768, которое наиболее распространено, можно использовать проекторы и с низким разрешением, только соответственно и качество объектов будет хуже.

ПРИМЕЧАНИЕ: между поддерживаемым разрешением и основным есть большая разница. Поддерживаемое — это максимальное разрешение видеосигнала, который подается на проектор, а основное — это фактическое разрешение спроецированного изображения. Не поддавайтесь на рекламные уловки обещающие невероятное качество проектора 1080p (1920×1080), на деле как правило оно 400х320. Обычно это присуще безымянным китайским проекторам, просто будьте в курсе.

Люмен
Это параметр показывающий с какой яркостью проектор будет отображать изображение. Чем выше значение параметра, тем быстрее проектор будет нагревать смолу. Минимального значения для хорошей печати я не знаю, но проектор XD221U имеет 2300люмен и затрачивает больше времени, чем я бы хотел, а именно 10сек для каждого слоя.

 

 

Шаг 4: Доработка проектора

 

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-112

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-113

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-114

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-115

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-116

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-118

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-119

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-120

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-121

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-122

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-123

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-124

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-125

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-126

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-127

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-128

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-129

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-130

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-131

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-132

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-133

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-134

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-135

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-136

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-137

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-138

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-139

 

Выбранный мной проектор без модификаций не трансформирует смолу, так как фокусное расстояние слишком удалено и время отвердевания смолы составляет 15сек на слой, что слишком долго. Поэтому следует сократить фокусное расстояние и удалить ультрафиолетовый фильтр для увеличения УФ-потока. Сделать это не составит труда, нужно просто удалить квадратное стеклышко перед лампой, так смола будет твердеть быстрее.

Уменьшить фокусного расстояния до 17.5см будет сложнее. Прилагаемая инструкция и нижеследующие пункты помогут в разборке проектора, если он конечно XD221U, но принципы доработки одинаковы для большинства мозгопроекторов.

ВНИМАНИЕ: Я не несу ответственности за любой ущерб и любые травмы, которые могут возникнуть во время реализации этого мозгоруководства. Вы действуете самостоятельно и осознанно, и должны знать что безопасно, а что нет. Сохраняйте здравый смысл и все будет хорошо.

А теперь самое интересное! (пункты примерно соответствуют фото)

Изменение фокусного расстояния

1-3. Снимаем крышку лампы и вынимаем саму лампу из проектора. Нужно лишь раскрутить два винта и разжать два зажима.

4. Раскручиваем 8 винтов нижней крышки проектора.

5-6. На задней панели раскручиваем три винта, плоской отверткой поддеваем ее и снимаем.

7-9. Аккуратно, чтобы не повредить шлейф идущий к панели с кнопками, поднимаем верхнюю крышку проектора. Ослабляем зажим, удерживающий шлейф на плате и отсоединяем этот шлейф.

10-12. Снимаем регулятор зума разжав два зажима удерживающих его. После этого, раскрутив два винта, снимаем рамку зума.
ВНИМАНИЕ: При манипуляциях с линзой НЕ КАСАЙТЕСЬ ее, иначе для получения четкой проекции придется дополнительно очищать ее .

13-14. Откручиваем четыре маленьких винта удерживающих объектив. Обычной отверткой это не получится сделать из-за недостатка пространства, я для этого использовал плоскогубцы и биту для мульти-отвертки. Итак, раскручиваем винты и вынимаем их.

15. Вынимаем объектив и начинаем вращать колесо настройки фокуса до его предела, затем осматриваем объектив и находим небольшой винтик в корпусе, скрепляющий сам корпус объектива с колесом настройки фокуса и не дающий последнему «слетать».

Выкручиваем этот винт, тем самым давая возможность колесу настройки перемещаться дальше, то есть уменьшать фокусное расстояние.
ВНИМАНИЕ: Без стопорного винта колесо настройки фокуса может выпасть из проектора, если вы слишком далеко переместите его, помните об этом при фокусировке.

16. Выполняя действия в обратном порядке собираем проектор, но пока не устанавливаем в него лампу. После завершения сборки доработанный объектив уже позволяет настроить близкое фокусное расстояние, необходимое для печати объектов с высоким разрешением.

17-18. На колесе настройки проектора XD221U есть выступ, который не позволяет слишком далеко раскрутить колесо, что вроде бы хорошо, так как предотвращает выпадание последнего. Но этот выступ также и не дает настроить нужный для печати фокус,что плохо. Для устранения этого недочета надфилем стачиваем на 1-2мм выступ.

Опытным путем я нашел угол «выпадения» колеса настройки, он составил 300°, если за 0 ° принять максимум правой стороны колеса. На 5мм ближе «точки выпадения» колеса настройки я к корпусу проектора приклеил кусочек пластика, который будет стопорить настоечное колесо. Полученное фокусное расстояние составило примерно 17см от передней панели корпуса проектора и проекционную область 10х7.5см.

Доработка лампы (демонтаж УФ-фильтра)

19. Изучив лампу, в ее верхней части можно увидеть квадратное стеклышко, которая является УФ-фильтром.

20. Выкручиваем винт, крепящий металлическую рамку крепления фильтра.

21-22. Маленькой плоской отверткой поддеваем рамку, чтобы вынуть зажимы и открываем ее.

23. Вынимаем стеклянный фильтр, наклонив корпус лампы, чтобы фильтр выпал вам в руку.

24. Убираем фильтр на полку, где он будет безопасно храниться, в дальнейшем проектор можно будет снова собрать для просмотра фильмов или игр.

Устанавливаем лампу в проектор и включаем его. Если он исправен, то вы молодец! Если нет, то отключаем его и проверяем правильность мозгосборки, подключение шлейфа кнопок, отсутствие повреждений платы и т.д. После этого, подаем на проектор видеосигнал, выдвигаем колесо настройки фокуса на максимум и измеряем фокусное расстояние, просто подставив лист бумаги.

hymera_manual

 

 

Шаг 5: Ось Z

 

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-140

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-141

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-142

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-143

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-144

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-145

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-146

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-147

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-148

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-149

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-150

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-151

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-152

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-153

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-154

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-155

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-156

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-157

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-158

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-159

Механизм оси Z является второй по важности частью принтера-самоделки. Она должна двигаться плавно, без колебаний и скручиваний. Я рассматривал один из вариантов ее сборки, но он требует большого количества измерений, резки, сверления, манипуляций с линейными подшипниками, крепежом, шкивами или червячным ходом, и многими другими моментами, которые присущи созданию механизма линейного движения. Но был согласен на меньший, легкодоступный, дешевый, уже собранный и высокоточный вариант, то есть все в одном пакете.

И как многие я нашел, что лазерная дека в сборе от компьютерного дисковода идеально подходит для моей цели. Одну из таких я уже использовал для другой поделки, и остался доволен результатом. Какой точно дисковод нужно использовать, я не берусь сказать, главное чтобы дека была функциональна и в ней использовались шаговые двигатели (4 подходящих провода), а не обычный моторчик постоянного тока (2 провода). Как правило, более новые дисководы выпускаются с нужными нам двигателями, так я, исследовав около 50 дисководов последних лет, убедился, что 90% записывающих DVD имеют нужный двигатель, 50 % читающих DVD, и лишь 10% CD оснащены шаговыми моторами.

На фото показано, что нужно взять от дисковода и и что с этим делать. До этого я не использовал этот конкретный узел, но он соответствует требованиям и может быть использован.

Вскрытие дисковода

1. С помощью скрепки открываем лоток для диска.
2. На боковых сторонах корпуса нажимаем зажимы и снимаем лицевую панель.
3. На нижней части дисковода раскручиваем болты и снимаем нижнюю крышку.
4. Отсоединяем все шлейфы и кабели, подсоединенные к плате, раскручиваем все винты, крепящие плату.
5. Поднимаем плату и отсоединяем шлейф, идущий к лазерной головке.
6. Переворачиваем дисковод и снимаем верхнюю крышку.
7. Откручиваем винты, крепящие деку.
8. Поднимаем и вынимаем деку, некоторые приводы имею резиновые прокладки защищенные пластиковыми шайбами, из пластиковой рамы вынимаем деку с этими резинками, не повреждая их, в итоге вам нужна дека со всеми четырьмя резинками.
9. По желанию можно демонтировать и другие детали, такие как шпиндель двигателя.

Выполнив все предыдущие пункты к контактам мозгомотора деки нужно припаять четыре 12см-х проводка и 4-х пиновый «мама»-разъем. Позднее, посредством этого двигатель будет соединяться с платой микропроцессора.

hymera_line

 

 

Шаг 6: Платформа

 

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-160

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-161

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-162

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-163

 

При изготовлении платформы единственное требование к ней, это чтобы к материалу, из которого она изготовлена, прилипал распечатываемый объект без отслаивания, но не достаточно сильно, чтобы при снятии объекта последний не повреждался. Чаще всего для этого используется алюминий, у меня как раз имелся лист алюминия толщиной 1мм от корпуса ЖК-монитора.. После обмера контейнера для смолы я расчертил этот лист согласно представленному на фото мозгодизайну и обрезал лишнее ножницами по металлу. Затем отогнул подвес под углом 90° к площадке, те самым получив нужную платформу. Сам подвес пришлось немного изогнуть по середине от оси Z, чтобы он должным образом двигался в контейнере со смолой. Для того чтобы площадка платформы свободно ходила по контейнеру и смола без препятствий стекала с нее, я сделал 2-х миллиметровый зазор по бокам, то есть она на 4мм меньше размера контейнера.

 

 

Шаг 7: Контейнер для смолы

 

himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast-164http://mozgochiny.ru/electronics-2/himera-3d-prin…pechati-chast2/ ‎

 

Контейнер со смолой для принтеров системы «сверху вниз» деталь простая. И в качестве него можно использовать почти любую емкость, главное учитывать несколько моментов.

Итак, контейнер должен быть:

— водонепроницаемым и без утечек
— немного больше, чем размеры распечатываемых объектов
— устойчивым к растворителям, так как смола это сильный растворитель.

Из всех имеющихся вариантов я выбрал акриловый мозгоконтейнер размером примерно 50х50х35мм, думаю этого будет достаточно для пробной печати. Позже я приобрел стеклянный контейнер диаметром 7.5см и высотой 7.5см, который идеально соответствует моим требованиям.

Продолжение следует…

(A-z Source)

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!


7 Replies to “Химера — 3D принтер с высоким качеством печати — часть 1”

  1. А почему бы вместо easy driver не использовать плату из из дисковода? На ней есть драйвера для всех двигателей в приводе и на каждую микросхему можно найти датащит.

    1. не єврей, але відповім питанням на питання. а ви щось чули про: крок, навівкрок, мікрокрок ? «шаг, полушаг, микрошаг»
      p.s.
      1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32

  2. Подскажите, проектор можно брать и другой фирмы, не Mitsubishi. И если да, то какие должны быть характеристики?

  3. Хорошая идея, только вот покупать новые приводы и проектор для этого на мой взгляд расточительно. Покупая бу можно потратить на много меньшую сумму.

  4. ничего себе бюджетный один только применяемый в этой статье проектор стоит только 48-52 тыс. рублей, что точно не 50 баксов

    1. Искал 5-10 минут в своем регионе. Предложений куча, цены колеблются от 4-5 тыс и до верха жадности. За совсем дешевыми особо не стоит гнаться.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *