3D-принтер своїми руками

Вихід перших апаратів для 3D-друку викликав чимало захоплених відгуків. Воістину, це одна з найяскравіших розробок сегменту ІТ на початку 21 століття. На даний момент тривимірні принтери досить міцно увійшли до спеціалізованих галузей приладобудування, промисловості та інших сфер. Компанії, які потребують високоефективного апаратного виробника невеликих деталей, охоче купують 3D-принтер. Ціна, що становить близько 100 тис. руб., Їх не зупиняє, оскільки технологічний пристрій себе окупає.

Щодо домашнього користування, подібні вкладення рідко виправдані, оскільки сенс у придбанні такої техніки є. Сама потреба у наявності такого приладу пояснюється, як правило, цікавістю та бажанням поекспериментувати. Хоча, звісно, є чимало прикладів, коли 3D-принтери активно використовуються у побуті. Так чи інакше, методики самостійного виготовлення інноваційного пристрою за останні роки набули маси послідовників. Підігрівається цей інтерес до «тривимірного виробництва» успіхами домашніх майстрів.

Із чого створюється принтер?

Як завжди буває у саморобній творчості, поле для реалізації задуму безмежне. Кожен майстер виробляє свої рецепти та технології, що дозволяють втілити ідею у життя. І все ж 3D-принтер своїми руками виготовити без спеціальних методичок та знань неможливо. Спочатку прикладом для перших ентузіастів були продукти Z Corporation та 3D-Systems. Найбільш вагомий внесок у індустрію саморобних пристроїв внесла компанія RepRap, яка займається розробкою комплектів для принтерів із тривимірним друком.

Власне перед кожним, хто вирішить зробити подібний продукт, стоїть дилема:скористатися комплектом, що вимагає лише складання, або ж купувати комплектуючі окремо. Відповідь на це питання кожен вирішує сам, але 3D-принтер своїми руками можна зробити лише за наявності відповідних знань та технічних навичок, які обов'язково будуть потрібні в процесі виготовлення.

Механічні компоненти

Незалежно від того, чи придбано готовий пакет, чи вирішено закуповувати складові самостійно (бажано в Китаї), жодна збірка 3D-принтера не обходиться без наступних елементів:

кріпильні деталі, з яких формується каркас приладу;
металеві напрямні для рухомих компонентів;
шестерні, на основі яких буде забезпечено трансляцію від електроприводів до рухомих вузлів;
майданчик, який виступить спеціальним полем для виготовлення об'єктів;
нагрівальний пристрій та термопара, за допомогою якої контролюватиметься температура.

Складання основної конструкції

Процес складання залежить від набору складових. При грамотному підході його можна продати на око - але в цьому випадку потрібно чітко дотримуватися зміни розташування електроприводу, напрямних і головки екструдера по осях. Без спеціального комплекту 3D-принтер своїми руками можна скомпонувати з фанерних листів, відповідних шурупів та затискачів.

Мотор фіксується кожної осі і виступатиме як джерело живлення для поясної системи, яка відповідає за пересування по напрямних. Також на одній із осей слід передбачити приводний пристрій, за рахунок якого виконуватиметься пересування платформи. Інша вісь, зафіксована на верхівці 3D-принтера, забезпечить рух екструдера.

Електротехнічні пристрої

Тим, хтозважився на самостійні пошуки складових елементів, механічну частину можна реалізувати з підручних матеріалів. Але для того, щоб виготовити 3D-принтер своїми руками, також знадобиться електроніка, без покупки якої обійтися не вдасться. Для реалізації цієї частини потрібен наступний комплект:

вимикачі, які будуть відповідати за обмеження печатки на робочій області по головних осях;
крокові електродвигуни;
плата з мікроконтролером - цей компонент є одним із найважливіших: він забезпечує друк на 3D-принтері та керує позиціями каретки.

Крім цього, буде потрібний екструдер з термодатчиком. Саме він виступить перетворювачем матеріалу з твердого стану м'який розплав.

Підключення електроніки

На цьому етапі потрібно реалізувати встановлення центрального стрижня (опори) та головки екструдера, від якого залежить робота 3D-принтера та, зокрема, техніка друку. Далі піде з'єднання майданчика для друку та елементів нагрівання. На завершення залишиться підключити монтажну плату та забезпечити з'єднання кабелів з нагрівачами, блоком живлення та температурними індикаторами. З'єднання проводів, як і інші операції, не викличуть проблем у тих, хто знайомий із базовими правилами радіотехніки. Багато в чому хід роботи схожий на встановлення перемичок на комп'ютерній «материнці».

Важливо пам'ятати, що від надійності каркаса багато в чому залежить, наскільки якісним буде друк на 3D-принтері, тому всі затискачі, кріплення та з'єднання слід виконувати максимально точно – без відхилень у пропорціях та послідовності.

Крім цього, тут варто передбачити можливість вилучення «робочого» майданчика. У ході експлуатації неминуче виникне необхідність її чищення, томузатискачі повинні легко від'єднуватися. До речі, спеціальні комплекти мають ZIP-локи, які дозволяють легко фіксувати монтажну плату. Втім, їхня якість рідко буває високою, тому слід бути готовою до заміни фіксаторів.

Робота апаратної начинки

Оброблений слайсером код передається в оперативну пам'ять пристрою, після чого мікроконтролер починає свою роботу. У процесі виконання алгоритму електроніка може коригуватися залежно стану термодатчиков. Крім цього, система керує параметрами, відповідно до яких рухається екструдер для 3D-принтера та відстежуються характеристики температури. Від коректності дозування та видавлювання витратного матеріалу залежатиме якість отриманого тривимірного об'єкта.

Точність друку та її підвищення

Крім налаштування контролера чималу роль у параметрах роботи каретки, що безпосередньо визначає точність друку, грає і кроковий мотор. Відразу важливо відзначити, що саморобний 3D-принтер, ціна якого складе від 30 до 50 тис. руб., Безсумнівно, обійдеться дешевше за фірмовий. Бажано забезпечити його продуктивним електроприводом. Цей міні-агрегат застосовується для пересування головки екструдера та визначає чутливість його роботи. Наприклад, при 360-градусному повороті шпинделя число кроків електродвигуна складе 200, відповідно, буде забезпечена точність 5 мкм. Якщо кількість кроків буде 400 - точність забезпечується на 2,5 мкм. Таким чином, електропривод, що має найбільшу кількість кроків, зможе гарантувати і більш високу точність.

Програмне забезпечення

Основне завдання програми для 3D-принтера полягає у перекладі тривимірної віртуальної моделі в зрозумілий контролеруалгоритм. Далі, відповідно до параметрів цього коду, шляхом нарізки буде здійснено виготовлення об'єкта саме в тому вигляді, в якому було збережено модель на комп'ютері. У цьому плані важливо відзначити, що не будь-який файл підійде для принтера – сьогодні частіше використовується формат STL. Зробити конвертацію праці не складе, але для подальшої обробки коду та надання його мікроконтролеру необхідне відповідне ПЗ.