UWAGA: ARTYKUŁ W PRZYGOTOWANIU - zapraszam do lektury niebawem

Tytułem wstępu

Budowa drukarki 3D, to przedsięwzięcie ciekawe, stosunkowo proste i relatywnie niedrogie pod warunkiem, że ..... posiadamy już drukarkę 3D.

Drukarki typu RepRap, to urządzenia, które idealnie nadają się do budowy w warunkach domowych, a ich wykorzystanie zależy wyłącznie od wyobraźni właściciela urządzenia. Najtrudniej zbudować pierwszy egzemplarz, kolejne powstają dużo sprawniej i są konstrukcjami lepszymi zarówno pod względem wyglądu jak i funkcjonalności. Warto wspomnieć, że technologia 3D jest w fazie ciągłego rozwoju. Nie jest to jeszcze technologia dla każdego. Budowane urządzenia to ciągle prototypy i tak je należy traktować. Budowa drukarki to hobby i dobra zabawa, nie każdy jednak może i powinien się zajmować wydrukiem 3D.

W odrębnej galerii zdjęć umieściłem fotografie wykonane podczas budowy kolejnych wersji drukarki. Jak nie trudno zauważyć jakość wydrukowanych elementów nie jest najlepsza, ale pozwoliła przetestować pewne rozwiązania i co najważniejsze zbudować w miarę funkcjonalne urządzenie, które chcę opisać w poniższym artykule. Postanowiłem zbudować drukarkę 3D opierając się na dostępnych w sieci Internet opisach. Najbardziej popularne modele drukarek opierają się o konstrukcję Prusa. Ja znalazłem w sieci odmianę drukarki Wilsona. Opis drukarki można znaleźć tutaj, a listę elementów tutaj.

Konstrukcja spodobała mi się głównie ze względu na jej prosty, minimalistyczny wygląd wskazujący na prostotę budowy i niezawodność. Niestety w oryginale wykorzystano kształtowniki, które nie były dostępne w Polsce. Obecnie pojawił się importer, który sprowadza kształtowniki, ale ich cena wydaje się zbyt wysoka (ponad 50zł za metr). Postanowiłem wykorzystać dostępne kształtowniki (jednocześnie dużo tańsze), ale to wymagało zaprojektowania pewnych elementów od podstaw. Zbudowana przeze mnie drukarka jest więc zmodyfikowaną wersją Wilsona. Wymiary kształtowników, wałków, łożysk i innych elementów jest zgodna z oryginałem. Różnica polega na montażu wszystkich elementów w całość.

Oś Y - ruchomy stolik

Głowica drukarki 3D przemieszcza się w trzech osiach - X,Y,Z. W zależności od modelu przemieszczenie głowicy uzyskujemy w różny sposób. W przypadku konstrukcji Prusa/Wilsona głowica przemieszcza się wzdłuż osi X oraz Z, natomiast przesunięcie wzdłuż osi Y realizowanie jest poprzez ruch stolika. w niektórych modelach stosuje się przemieszczenie głowicy wzdłuż osi X i Y, a oś Z zapewnia przesunięcie stolika. Każde z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety. Co ważniejsze decyzja o sposobie przemieszczania głowicy ma wpływ na całą konstrukcję drukarki. W naszym przypadku konstrukcja drukarki oparta jest o ruchomy stolik dla osi Y. Na zdjęciu znajdują się podstawowe elementy niezbędne do budowy podstawy stolika.

Jak widać podstawą konstrukcji są wydrukowane dwa elementy, w które montowane są kształtowniki ramy oraz wałki prowadzące łożysk liniowych. Po złożeniu elementów otrzymamy gotową podstawę pod wózek stolika drukarki. Na kolejnych fotografiach pokazano ramę z zamontowanymi łożyskami oraz uzbrojoną w uchwyty na łożyska, do których zostanie przymocowany stolik. Dodatkowo założono już silnik krokowy z paskiem i element umożliwiający przesuwanie stolika. Dysponując prawie gotowym układem jezdnym można przystąpić do montażu stolika. na fotografiach poniżej pokazano budowę stolika z zainstalowaną grzałką.

Rama oraz oś X

Po zmontowaniu stolika można przejść do kolejnego etapu budowy drukarki, czyli złożeniu ramy. Rama jest ważnym elementem urządzenia, bo od niej zależy dokładność wydruku. Źle zmontowana rama, to niedokładny wydruk, lub skrzywiony obiekt. Na każdym etapie montażu drukarki dużą rolę odgrywa dokładność wykonania elementów. Nigdy nie zbudujemy urządzenia z dokładnością urządzeń fabrycznych, ale możemy się zbliżyć do ideału. Jakość złożenia urządzenia przełoży się na jakość wydruku. Poniżej pokazano ramę budowanej drukarki.

 Na pierwszym zdjęciu pokazano elementy osi X, elementy te muszą być zmontowane przed ostatecznym montażem ramy. Na kolejnym zdjęciu pokazano próbnie zmontowaną ramę bez prowadnic osi Z. Na ostatnim zdjęciu pokazano ramę zmontowaną z prowadnicami osi Z oraz zamontowaną osią X. Prowadnice osi Z muszą być montowane podczas montażu ramy (inaczej nie będą się prawidłowo trzymały). Po zmontowaniu rama mocowana jest do podstawy. Zastosowanie podstawy usztywnia całą konstrukcję i zabezpiecza ją przed uszkodzeniem w trakcie przenoszenia. Kolejnym etapem budowy drukarki jest zmontowanie stolika z ramą urządzenia. Na Fotografii pokazano zmontowaną ramę ze stolikiem i zainstalowanym w tylnej części zasilaczem.

 Jak widać nasza drukarka posiada już zamontowane silniki napędzające oś Z. Mechanicznie można już poruszać osiami Y i Z (zamontowany napęd silnik+pasek / silniki ze śrubami). Pozostała jeszcze do uzbrojenia oś X (silnik+pasek). Drukarka powoli nabiera kształtów gotowego produktu.

Ekstruder

Bardzo ważnym elementem drukarki 3d jest ekstruder. Jest to element, który odpowiada za dozowanie filamentu do głowicy. Od poprawnego działania ekstrudera zależy jakość wykonywanych elementów. Ekstruder składa się  z korpusu, w którym montujemy łożyska, głowicę oraz śrubę umozliwiającą podawanie filamentu. Poniżej przedstawiono zestaw części do budowy ekstrudera oraz złożony ekstruder.

  Jak widać na zdjęciach śruba podająca filament napędzana jest z wykorzystaniem dwóch trybów. Na zdjęciach nie pokazano zamontowanego silnika krokowego, który napędza ekstruder.

Mocowanie filamentu

Oryginalna drukarka Wilsona posiada mocowanie filamentu złożone z dwóch elementów przykręcanych do ramy. Postanowiłem dostosować uchwyt filamentu do specyfiki mojej drukarki. Zaprojektowałem 3 elementy, które umożliwiają łatwy montaż filamentu oraz jego wymianę  w razie potrzeby. Podstawowy niezbędny element to uchwyt przykręcany do ramy drukarki. Na fotografii pokazano wydrukowany i zamontowany uchwyt. Jego wymiar dostosowałem do standardowych szpul kilogramowych dostępnych na Allegro.

Szpulę z filamentem montuje się z wykorzystaniem odcinka śruby oraz dwóch ograniczników. Elementy mocujące szpulę dostosowałem do typowej średnicy otworu szpuli. Do tej pory spotkałem się z dwoma otworami. Mniejszy o średnicy 70mm oraz większy o średnicy 72mm. Ograniczniki zaprojektowałem w taki sposób, aby pasowały zarówno do szpul z mniejszym, jak i większym otworem. Zdjęcia poniżej przedstawiają sposób montażu szpuli z filamentem w uchwycie. Szpula zamocowana na osi wykonanej ze śruby zostaje umieszczona w uchwycie. Takie rozwiązanie umożliwia rozwijanie się szpuli w trakcie pracy drukarki, czyli odpowiednie dozowanie filamentu. 

Efekt końcowy

Po złożeniu wszystkich elementów otrzymamy gotową do druku (no prawie) drukarkę 3d. Zmontowana mechanicznie i elektrycznie drukarka wymaga konfiguracji i kalibracji. Część operacji związanych z kalibracją należy wykonać w kodzie programu sterującego urządzeniem, część natomiast należy skalibrować bezpośrednio w drukarce. Podstawą prawidlowego działania urządzenia jest:

• odpowiednie wypoziomowanie stołu względem głowicy,
• prawidłowe skalibrowanie odległości dla poszczególnych osi (dobranie ilości kroków silnika na mm przesunięcia głowicy w ramach poszczególnych osi.),
• ustawienie odpowiedniej ilości podawanego filamentu,
• ustawienie odpowiedniej temperatury głowicy i stołu.

Poniżej pokazano gotowe zmontowane drukarki 3d.