Собираем 3D принтер из LEGO-блоков - часть 1

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=6LpYUot-bZI

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=2mNMgFQJT5s

В основе этого Lego-принтера лежит модифицированный принтер Prusa I3. Изначально самоделка была плоттером формата А4 на шаговых двигателях от старого принтера, после замены которых на Nema 17, было решено добавить еще одну ось, так мозгоподелка и стала 3D принтером.

Приятным моментом было то, что блоки Lego и моторы Nema 17 идеально подходят друг к другу. Размеры блока 4х2 32х16х9,6мм, а моторы имеют отверстия М3 на расстоянии 31мм. Таким образом прикрепив моторы к Lego-конструкции с помощью уплотнителя на болты М3х15, получается прочная база-кронштейн (см. фото). Для сборки Lego-конструкций полезно руководство Lego Dimension Guide

Это мое первое мозгоруководство и оно не является окончательным руководством по созданию Lego-принтера, я привожу лишь основные моменты, и всю информацию для сборки этой самоделки я взял из сети.

!!! ВНИМАНИЕ: Несмотря на внешний вид этот 3D-принтер не игрушка! Не оставляйте без внимание работающий принтер, так как температура рабочего стола может достигать 110 градусов Цельсия, а температура печатающей головки только начинается со 170 градусов Цельсия! Поэтому будьте осторожны при работе с принтером!

Шаг 1: Материалы

Данная поделка не состоит на 100% из Lego деталей, у меня просто нет достаточного количества деталей серии Mindstorms, да еще Lego используют сервомоторы, а в 3D-принтерах применяются шаговые двигатели. И последней причиной является софт используемый для управления принтером: я пользуюсь Marlin для Atmega 2560 и Pronterface установленный на мозгоноутбуке.

Помимо большого количества Lego-блоков понадобятся несколько компонентов из Prusa i3. Стержни, в зависимости от габаритов вашего принтера, лучше приобрести по 100см, чем использовать имеющиеся в Prusa i3.

Стержни и компоненты:

- гладкий стержень 8мм 100см - 3шт.
- резьбовой стержень M5 100см
- линейный подшипник LM8UU - 11шт.
- шариковый подшипник 608 - 2шт.
- гибкая муфта 5x5 - 2шт.
- шаговый двигатель Nema 17 - 4шт.
- шкив GT2 - 2шт.
- ремень GT2 - 200см

Рабочий стол:

- Y-разный каркас (можно использовать Lego)
- рабочая поверхность
- стеклянная поверхность
- термистор 100кОм
- канцелярские зажимы - 4шт.

Электронные компоненты:

- плата Ramps
- ATmega 2560
- драйвер шагового двигателя Stepstick - 4шт.
- концевые выключатели -3шт.
- блок питания
- набор проводов и кабелей для Ramps - 1шт.
- экструдер с Nema редуктором (1x)

А также болты, гайки и шайбы в зависимости от выбранной комплектации. К примеру, шаговые двигатели к Lego-конструкциям лучше крепить болтами М3х15.

Шаг 2: Ось Y - двигатель и ремень

Строительство принтера начинается со сборки основания и основание этой самоделки насчитывает по сторонам 34х64 шипов или 19,2х51,2см., и является серединой в общей базе площадью 56х64 шипов.

После создания основания определяем расстояние для установки направляющих стержней оси Y. Y-образный каркас размещается посредством подшипников LM8UU на расстоянии 170мм. Это занимает 21,25 шипа, где 1/4 шипа получается за счет детали «забор» используемой для крепления направляющих (см. второе фото). Также в креплении применяются четыре Lego-детали «кирпич с поручнем», которые размещаются напротив друг друга (см. третье фото). Общая высота крепления составляет 4 кирпичика (каретка движется выше шагового двигателя), сами направляющие длиной 50см и крепятся хомутами (последние два фото).

Шаговый двигатель размещен с задней части мозгоподелки с помощью технических кирпичиков, на его вал установлен шкив. Кронштейн подшипника регулируемый, то есть с помощью резинок можно произвести натяжку зубчатого ремня (четвертое фото). Сами резинки крепятся на кронштейн после установки ремня на каретку.

Зубчатый ремень соединен с Lego-кареткой, в которой два синих штырька служат для установки Y-образной рамки (первое фото).

Шаг 3: Ось Z - двигатель и резьбовой стержень

После сборки оси Y начинается сборка рамки. Общая высота принтера 44 кирпичика или 42см. Итак, сначала собираются две прочных L-образных стойки высотой в 36 кирпичиков, эта высота определяет максимально возможную высоту распечатываемой мозгофигуры. Слишком высокую рамку собирать не стоит, так как это снижает прочность рамки. Для строительства этих стоек применяются технические кирпичики, каждый пятый ряд из модифицированных кирпичиков, а для жесткости все связывается пластинами (второе фото). После сборки стоек они связываются между собой по верхнему краю.

Кстати, рамку можно сделать из дерева или листового акрила.

Стержень толщиной 8мм и длиной 50см можно разместить в пространстве 1х1см, Lego-блоки 1х1 как раз точно соответствуют 8-мм. Из-за размеров экструдера сам стержень размещен спереди, на 36-м шипе основания, а не по середине.

Nema двигатели крепятся конструкцией из трех рядов пластин с отверстиями 2х4 и 2х8, между собой ряды скрепляются болтами М3х15. При установке двигателя возникает такой момент, что его центр располагается между шипами как по оси X, так и по оси Y, то есть он сдвинут относительно направляющего стержня. Поэтому его нужно сдвинуть на полкирпичика по оси Х, чтобы его центр стал точно напротив направляющей (третье фото).

Направляющие стержни крепятся в верхней части рамки (последнее фото), на вал шагового двигателя монтируется резьбовой стержень (пятое фото). Они оба будут привязаны к оси Х.

Шаг 4: Ось X - двигатель

Это самый сложный этап сборки самоделки, так как ось Х перемещается вверх-вниз по оси Z и при этом по самой оси Х двигается экструдер.

Оригинальная ось Х принтера Prusa состоит из отдельных частей, левой и правой, установленных на направляющих стержнях. Я собрал цельную большую ось Х используя большие технические кирпичики для прочности. Эта ось с двигателем, кареткой экструдера и ремнем показана на втором фото. Ее сооружение начинается со сборки правой стороны, а затем собирается левая сторона с двигателем, далее обе стороны оси соединяются с кареткой экструдера посредством подшипников, которые имеют длину 24см, ровно 3 шипа. Сами подшипники располагаются между двумя соединительными элементами нового типа (это дает 8мм, см. третье фото) и крепятся резинками или мозгохомутами.

Четвертое и пятое изображения показывают правую сторону оси Х. Направляющие стержни (толщиной 8мм и длиной 50см) оси Х располагаются между двумя синими кирпичиками и между синим и белым кирпичиками (пятое фото). Два длинных красных технических кирпичика являются соединением с левой стороной оси Х.

Шаговый двигатель оси Х расположен с левой стороны, которая является почти копией правой стороны, разница лишь в двух длинных красных кирпичиках, нужных для монтажа двигателя (восьмое фото).

Резьбовой стержень оси Z крепится с помощью серого и черного технических кирпичиков 1х8 (восьмое фото). Между 4 длинных технических штифтов устанавливается трубка от анкерного болта 5мм с наружным диаметром 8мм и закрепляется резинкой. В этой то трубке от анкера и движется резьбовой стержень.

Шаг 5: Ось X - двигатель (второй вариант)

Как и реальная Prusa самоделка имеет варианты в сборке. Так я собрал новую ось Х на основе элементов Lego Technic, хотя и старая ось прекрасно функционирует.

В первой версии оси Х направляющие стрежни располагаются на шипах кирпичиков, в обновленной оси стержни находятся на новых технических кирпичиках, что дает более качественную ось Х. А так как стержни неподвижно прикреплены к левой и правой сторонам оси Х с помощью резинок, то отпала необходимость соединять сами стороны.

Шаг 6: Каретка экструдера и ремень

После того как оси X, Y и Z были построены я приобрел 3D экструдер.

Assembled MK8 от Geeetech имеет по умолчанию сопло 0.3мм, использует рить 1.75мм и поставляется в комплекте с шаговым двигателем. Я выбрал именно этот мозгоэкструдер из-за его размеров, а именно, он по габаритам как и шаговый двигатель Nema и имеет плоскую заднюю строну.

Каретка экструдера движется с помощью все тех же подшипников LM8UU что и на других осях. На четвертом фото показано как выглядит каретка без самого экструдера, а на последних трех фото вся каретка более детально. Ее сборка начинается со сборки держателя ремня из синих штифтов, принцип как и для оси Y, вот только штифты короче, потому что держатель располагается между кареткой и осью Х.

Подшипники крепятся к каретке хомутами-стяжками (пятое фото).

Шаг 7: Концевые выключатели

Концевые выключатели останавливают каретку когда она достигла своего конечного положения, а также для обозначения стартовой (домашней, нулевой) точки оси. То есть перед началом печати каретка перемещается в по всем осям до концевика, это и есть начальная точка.

В поделке используются всего три концевых выключателя, по одному на ось. Использовать 6 концевиков, по одному на каждый конец оси, нет необходимости. Размеры печатного пространства прописываются в файле configuration.h в Marlin.

Макс PrintSize:
#define X_MAX_POS 195
#define X_MIN_POS 0
#define Y_MAX_POS 215
#define Y_MIN_POS 0
#define Z_MAX_POS 200
#define Z_MIN_POS 0

Концевые выключатели этой мозгоподелки оптические, а для обозначения конечного положения оси используются флажки (проще было использовать механические концевики). К техническим кирпичикам концевики крепятся с помощью болтов и гаек М3х15 (третье фото). Если и вы решите использовать оптические концевики, то убедитесь что флажки не двигаются во время печати!

Продолжение следует...

( Специально для МозгоЧинов #LEGO-3d-Printer