Dość długo prowadziłem rozeznanie w temacie drukarek 3D i w cenach elementów. Wybór padł na sprawdzony, prosty i tani model – Prusa i3 – w wersji Rework. Różni się od podstawowego modelu wzmocnioną konstrukcją, przez co tak się nie chwieje podczas druku.

Lepszym wyborem byłby Mendel90 – polecany w kręgach „drukarzy” – jest solidniejszy ale i droższy.

Można kupić zestaw elementów gotowy do zrobienia (najtańsze takie drukarki na Allegro i AliExpress to właśnie zestawy do montażu, koszt od 1100-1500 zł) – ale to też nie dla mnie, chyba bardziej interesuje mnie samodzielne złożenie, niż sama drukarka.

Oczywiście można kupić drukarkę firmową – są one na pewno ładniejsze i drukują dobrze już od początku – przy drukarce zrobionej własnoręcznie trzeba się trochę namęczyć z kalibracją aby uzyskać zbliżony efekt. Ostatnio powstało mnóstwo firm oferujących drukarki 3D, wiele z nich to dorabiający sobie studenci. Jednak nawet drogie drukarki trzeba kalibrować (poziomowanie stołu) a jakość druku zależy także od innych czynników.

Drukarka 3D, czy to zrobiona czy kupiona, nie ma nic wspólnego z drukarką „2D”. Drukowanie przedmiotów wymaga cierpliwości, wprawy, na początku właściwie każdy przedmiot to nowe wyzwanie, a wiele wydruków po prostu ląduje w koszu. Zastosowany filament też ma na to wpływ – nawet inne kolory tego samego producenta różnią się parametrami druku i trzeba sprawdzić temperaturę w jakiej najlepiej go używać, grubość, ilość podawanego materiału przez ekstruder.

Przeglądając Thingiverse można zobaczyć zdjęcia wydrukowanych przedmiotów przez niektórych użytkowników – i nie ma znaczenia, czy to MakerBot za kilka tysięcy czy tani RepRap, można spotkać zarówno dobre, jak i kiepskie wydruki. Widząc wydruki kolegów na forach RepRap można zobaczyć, że to tylko kwestia czasu, doświadczenia i zaangażowania, żeby drukować przedmioty tak samo dobrze, jak drukarki za 8000 zł. Mnie do tego daleko, ale już po kilku dniach wychodziły mi przedmioty ładniejsze, niż na pokazowych zdjęciach niektórych zadowolonych użytkowników MakerBot Replicatora (tych, którym taka jakość wystarcza i naprawdę uważają, że ich wydruki są świetne, chociaż nie są).

Oryginalna instrukcja złożenia jest na stronie reprap.org i z niej korzystałem, a lista elementów jest tu.

Dodatkowo w pewnym miejscu nie byłem pewny połączeń i posiliłem się tym filmem.

Skoro już miałem wybrany model, zacząłem dobierać elementy. Ponieważ jest mnóstwo poradników „jak zbudować drukarkę 3D” skupię się tylko na moich spostrzeżeniach.

1. Rama. Bardzo popularne są ramy akrylowe – głównie w gotowych zestawach DIY. Osoby bardziej doświadczone wybierają ramy wycinane z aluminium, stali (Prusa i3 Steel) – są sztywne, ale drogie. Ja zdecydowałem się na tanią opcję – rama wycinana laserowo ze sklejki. Nie jest to może zbyt ładne, jak to sklejka, brzegi są opalone od wycinania, poza tym na początku unosił się zapach spalenizny. Po złożeniu jest jednak na tyle sztywna, że nie zauważyłem problemów. Oczywiście trzeba zwrócić uwagę, że ta rama ma być do odpowiedniej wersji drukarki. Koszt to 30-40zł, natomiast rama stalowa to zwykle ponad 200zł. Moja rama jest naprawdę sztywna i nie mam powodów do narzekania.

2. Zestaw drukowanych elementów. RepRap oznacza urządzenie samoreplikujące – drukarkę, która sama może dodrukować sobie elementy. Niestety tylko niektóre, no i najpierw trzeba tą drukarkę mieć.

Zestaw taki najprościej kupić na allegro, a najtaniej poprosić kogoś o druk – wiele osób ogłasza się na forach o RepRap – oczywiście polecam to miejsce – forum RepRapowo. Oczywiście za darmo nikt tego nie zrobi, wydruk elementów dobrej jakości to naprawdę wiele godzin, sporo filamentu no i każdy chce coś z tego mieć.

3. Steppery czyli silniki krokowe. Są to silniki w standardzie NEMA17, potrzeba 5 sztuk (chyba, że planujemy kupić gotowy ekstruder z własnym stepperem). Są niestety dość drogie – 70-90zł za sztukę, ale bardzo popularne jest stosowanie silniczków używanych – koszt spada nawet do 25zł za sztukę. Trzeba tylko dopilnować, żeby stepper miał odpowiednie właściwości:

• krok silnika 1,8 stopnia (czyli jeden pełny obrót to 200 kroków),
• odpowiedni moment obrotowy – przynajmniej 0,4Nm (dla ekstrudera)

Ja zdobyłem 2 silniki Minebea 17PM-J303-P2VS, które są świetne, oraz 3 silniki 17PM-K005-P5V1 –  niestety te wydają pisk podczas pracy (w mikrokrokach). Taki już mają urok.

4. Elektronika. Wybrałem chyba najbardziej popularną wersję:

• Arduino Mega 2560 – to kontroler, który steruje drukarką
• RAMPS 1.4 – shield na Arduino – to nakładka mocowana bezpośrednio na nim, układ który zawiera wszystkie potrzebne wejścia i wyjścia – do niego podłącza się wszystkie kable oraz sterowniki stepperów.
• Wyświetlacz LCD – tu w zasadzie pełna dowolność, ja mam graficzny LCD RepRapDiscount złącze z kalbem do podłączenia go do RAMPS.
• Stepstick – sterownik silnika krokowego. Potrzeba 1 na każdy silnik. Ustala się na nich ilość mikrokroków (odpowiednim ułożeniem zworek) oraz prąd pobierany przez silnik (potencjometr) – do tego trzeba użyć multimetru (to ten uniwersalny miernik dostępny w każdym sklepie budowlanym). Stepsticki grzeją się podczas pracy, dlatego dostarczane są z radiatorami – które niestety trzeba samemu nakleić (piszę niestety – ponieważ potrzeba do tego klej termoprzewodzący dostępny w sklepach elektronicznych). Najbardziej popularne stepsticki to A4988, ja wybrałem niby lepszy (nie grzeje się tak) DRV8825 – niektórzy mają z nim problemy, bo ustawia się go inaczej niż A4988 – o czym napiszę później (inny układ zworek przy ustawieniu microsteppingu i inny wzór do obliczenia napięcia).
• Endstopy – takie małe układy z mikroprzełącznikiem i blaszką. głowica lub stół dojeżdża do końca swojej przestrzeni druku, naciska na niego i stąd kontroler wie jakie jest ich położenie (punkt zerowy). Robi tak przy każdym rozpoczęciu druku – dzięki temu wie, jakie są współrzędne. I tu uwaga – wystarczą 3 endstopy. Gdzieś czytałem, jak to dobrze mieć od razu 6, ale sam nie wiem po co miałoby ich być aż tyle. Ważne jest położenie początku, a koniec (maksymalną szerokość/długość/wysokość) po prostu mierzymy i wpisujemy w konfiguracji programu. To dużo łatwiejsze, niż montowanie i podłączanie tylu endstopów (i tak trzeba je skonfigurować)

5. Zasilacz. Można przerobić zasilacz ATX, widziałem w sieci przerobione zasilacze z xboxa, ja zdecydowałem się na zwykły uniwersalny zasilacz 12V, 33A.

6. Ekstruder. Do niego potrzeba:

• części drukowane, silnik (opisane wszystko wyżej),

  

• głowicę – najpopularniejsze to tanie chińskie podróbki znanych głowic e3d J-HEAD. Od razu pożałowałem, że nie kupiłem czegoś lepszego. Moja jest niby „full metal”, ale w środku jest rurka z teflonu. Przez to nie mogę drukować ABSem w zbyt wysokiej temperaturze, bo rurka nie wytrzymuje (wygina się i zatrzymuje). Na dodatek była źle skręcona. Żałuję, że od razu nie kupiłem czegoś lepszego..
• śrubę „hobbed bolt” – to taka śruba z wyżłobieniem do prowadzenia filamentu. Do kupienia tylko przez internet.
• śruby ze sprężynami, które dociskają filament. To był pewien problem – bo pomimo, że to zwykłe śruby M3, to muszą być długie (60mm). Nie było ich w żadnym sklepie, dopiero na Allegro znalazłem firmę, która robi nietypowe śruby. Na początek zacisnąłem ekstruder drutem i do pierwszych testów wystarczyło:)
• sprężyny do ekstrudera (takie same są potrzebne do hotbeda, w sumie 6)
• wentylator – do chłodzenia górnej części głowicy. Później można dokupić drugi do chłodzenia wydruku – lub wydrukować sobie taki element, który prowadzi powietrze w oba miejsca. Są nawet wersje z regulowaną klapką!

  

• grzałka i termistor (pomiar temperatury) – często sprzedawane razem z głowicą, zmontowane

Polacy podobno robią bardzo dobre ekstrudery (Goliat), są na pewno lepsze niż ten drukowany, a to ma wpływ na jakość. Głowicę też warto kupić jakąś lepszą, nie warto oszczędzać, nawet, jeśli korzystamy z drukowanego ekstrudera.

7. Heatbed czyli podgrzewany stół – podgrzewanie stołu powoduje, że wydruk nie odkleja się od niego i nie przemieszcza się. Na heatbed kładzie się szkło – cięte na wymiar kosztowało mnie 2zł u szklarza, musi być trochę mniejsze niż heatbed (ja mam 20x21cm), żeby zmieściły się śruby, a szkło z heatbedem najłatwiej połączyć małymi klipsami do papieru.

Kupiłem heatbed mk2b w komplecie z termistorem (to akurat kosztuje grosze). mk3b jest ulepszoną wersją, można bezpośrednio na nim drukować, jest chyba z aluminium (?). MK2b to płytka z tworzywa i tu powstał kolejny „problem” – często są powyginane. Odgięcie ręką na siłę nie wchodzi w grę, bo mogą popękać ścieżki. Zamocowałem więc odwrotnie widziałem to u innych, tak, żeby środek był wypukły do góry – a brzegi są dociągane do szkła przez klipsy. Dzięki temu nawet dobrze przylega do szkła.

Tu pojawia się kolejny problem w użytkowaniu – niestety taki heatbed na 12V dość słabo grzeje. Na dodatek część ciepła traci się dołem (można zrobić izolację), a szkło też nie przywiera do niego idealnie. Do druku PLA wystarcza, ale już do ABS nie. Mój stół rozgrzewa się do 70°, a po położeniu na górze kartki papieru na czas rozgrzania, do 80°. Można zaopatrzyć się w inny heatbed, lub zasilać go napięciem 24V ale to już wymaga innego zasilacza i paru przeróbek, żeby nie spalić kontrolera.

Na szczęście są sztuczki, które pozwalają na obniżenie temperatury, o czym później napiszę.

8. Pręty gwintowane i gładkie. Służą one jako prowadnice i elementy konstrukcyjne.

Można zamówić na wymiar  – ale uwaga: do mojej ramy jeden z prętów gwintowanych M10 210mm okazał się zbyt krótki, czego nie przewiduje spis elementów. Z tyłu ramę skręca się razem z prowadnicami stołu, dzięki czemu całość jest sztywna, ale pręt ten musi mieć około 33cm! Wszystkie te pręty można kupić w OBI, Castoramie itp i uciąć na wymiar piłką do metalu, trzeba tylko wybierać jak najbardziej proste (szczególnie te cienkie gwintowane) i z niezniszczonym gwintem – bo i takie się zdarzają. Najlepiej kupić takie ze stali nierdzewnej. Niestety są dość drogie.

9. Cała masa drobiazgów:

• Dziesiątki śrub z podkładkami i nakrętkami – wszystko można kupić w supermarkecie budowlanym na kilogramy. Poza śrubami do ekstrudera, o czym pisałem. Nakrętka samohamowna nie jest aż tak niezbędna, można dać nakrętkę kontrującą.
• Paski zębate GT2 i zębatki 16 zębów (przez internet).
• Łożyska liniowe LM8UU – kupiłem najtańsze i przesuwały się dość ciężko i  skokowo. Po jakimś czasie wyrobiły się, ale lepiej zainwestować w nie trochę więcej.
• Łożyska kulkowe 608 i 624 – tu chyba jakość nie ma takiego znaczenia.
• Sprzęgła – 2 sztuki – służą do przenoszenia napędu z stepperów na ustawione na nich pionowo pręty gwintowane. Tutaj kolejny problem. Ciężko jest ustawić silniczki dokładnie pionowo, same pręty też nie są idealne. Polecane wszędzie sprzęgła

  

  aluminiowe są dosyć sztywne i trudno jest je ustawić tak, by pręty obracały się centrycznie. Takie bicie prętów od razu widać na wydrukach – pojawiają się paski co określoną ilość warstw. Przy pręcie M5 pełen obrót silnika podnosi głowicę o 0,8mm i właśnie co 0,8mm pojawia się pasek. Osoby siedzące w temacie polecają zamiast nich użycie kawałków wężyka do paliwa, a między silnik a pręt można dodatkowo wrzucić kulkę z łożyska. Ja na razie wyregulowałem sprzęgła aluminiowe, ale nie jest idealnie.

• Klipsy do papieru – do montowania szkła. Lepsze są mniejsze – nie zahaczają o głowicę i ramę. Kosztują grosze.
• Kable – tu już pełna dowolność – ja używam kabelków z wtyczkami stosowanych do płytek stykowych (żeńskie) które miałem w nadmiarze i przedłużam je z jednej strony. Kupiłem kilka metrów cienkiego kabla dwużyłowego, zdjąłem izolację i mam zapas 🙂
• Sprężynki do heatbeda i ekstrudera (6 sztuk) – najlepiej kupić odpowiednie do RepRap  przy okazji innych zakupów.
• Trytytki – plastikowe opaski zaciskowe (takie z ząbkami) – niezbędne do łączenia elementów, najlepiej kupić jak najcieńsze, grubsze mogą nie przejść przez otwory.

To już wszystko co potrzebne. Samo złożenie to nic trudnego, gorzej z elektroniką, kablami oraz konfiguracja – w następnym poście opiszę kilka problemów z tym związanych.

Oczywiście pozostaje jeszcze oprogramowanie.

Używam Repetier-Host z wbudowanym slicerem Slic3r.

Na Arduino wgrywa się oprogramowanie Repetiera (jednorazowa czynność). Później w  Repetierze (w komputerowej wersji) ustawia się wszystkie parametry drukarki i wczytuje plik z modelem (stl), a slicer oblicza wszystkie ścieżki, ruchy głowicy, tnie ten obiekt na warstwy i tworzy instrukcje dla drukarki (G-Code) – to plik tekstowy, który zawiera wszystkie czynności, jakie drukarka ma wykonać, po kolei.

Teraz można drukować przez kabel USB, lub plik z G-code wgrać na kartę pamięci i drukować bez kabli – co jest nawet zalecane. Przy jakichkolwiek opóźnieniach w komunikacji przez USB druk się psuje, natomiast przy druku z karty SD nie ma tego problemu.