Mój przepis na drukarkę 3D FDM

Odkąd pamiętam zawsze budowałem różne urządzenia i maszyny. To moja pasja. Projektowanie i konstruowanie. Robiłem to, żeby budować dla samego budowania oraz żeby wykorzystywać stworzone rzeczy w majsterkowaniu i pracy. Mam wielki szacunek dla osób, które same tworzą różne konstrukcje ponieważ wiem, ile to wymaga wysiłku. W zasadzie umiem posługiwać się wszystkimi narzędziami i elektronarzędziami. Nie jest mi obca tokarka czy frezarka. Mam własny warsztat majsterkowicza w którym na kilku metrach kwadratowych powstają projekty i podzespoły urządzeń. Od kilku lat posiadam własną frezarkę CNC. Musiałem nauczyć się obsługi wielu programów, bez których obecnie nie wyobrażam sobie funkcjonowania.

Oczywiście jak większość czytelników śledzę fora tematyczne i czasami się na nich udzielam. Fora to skarbnica wiedzy ale i ogromny śmietnik. Coraz trudniej odnajdywać interesujące nas zagadnienia. Przykro to mówić ale na polskich forach jest również coraz mniej życzliwości. Czytam czasami wątki, które szczególnie początkujących budowniczych zamiast wspierać to kompletnie dołują. To chyba taka nasza polska przypadłość – krytykowanie wszystkich i wszystkiego. Zapomniał wół jak cielęciem był. Przez wielu forumowiczów przemawia wiedza kompletna do wszystkich możliwych tematów. Ale są też ludzie bardzo życzliwi i chwała za to. To właśnie tacy ludzie tworzą społeczność i na ich pomoc zawsze można liczyć. Są też tacy, którzy bezinteresownie opisują swoje konstrukcje, udzielają rad czy wręcz wykonują jakieś prace, które już można by było przeliczać na pieniądze a robią to za dobre słowo. Są też tacy, którzy tylko czerpią nie dając nic od siebie. Ot taki przekrój społeczeństwa. Rozpisałem się, a nie o tym miało być.

Mój przepis na drukarkę 3D jest znany wielu konstruktorom i nie odkryłem niczego nowego.

Jednak widzę jak wiele osób się miota. Chcieliby zbudować drukarkę i nie wiedzą od czego zacząć? Są w zasadzie dwa możliwe warianty: drukarka tania i drukarka droga. Zacznę od taniej…

Uważam, że jeśli chcesz budować tanią drukarkę to szkoda czasu. Jeżeli chcesz sam budować ramę, dobierać i kompletować części to czeka Cię długa droga usiana kolcami. Ja na Twoim miejscu kupiłbym gotowy kit. Jest już kilku producentów – nawet polskich, którzy zaprojektowali i sprzedają bardzo fajne drukarki 3D w cenie od 2000 do 3500 PLN. Samo złożenie i skalibrowanie takiego urządzenia to już jest duży wysiłek. Myślę, że warto jeszcze zostawić trochę energii na samo drukowanie oraz projektowanie obiektów do druku.

Ja jestem zwolennikiem urządzeń bardziej profesjonalnych. Koledzy, którzy mnie znają wiedzą, że jestem „metalowy” 🙂

1. Założenia konstrukcyjne

Tu musimy sobie jasno i wyraźnie powiedzieć co chcemy drukować? Jak duża drukarka 3D jest nam potrzebna? Obserwuję od wielu lat taką prawidłowość: wszyscy, którzy chcą budować maszynę CNC czy drukarkę 3D marzą o jak największym polu pracy. Z czasem przekonują się, że to nie tak. Duże pole pracy każdej maszyny to wymagana duża sztywność ramy i elementów posuwu liniowego, a co za tym idzie – koszty. Jak przeanalizujemy projekty obiektów dostępnych w sieci i nasze potrzeby to okaże się, że pole pracy 20 x 20 x 20 cm to w zasadzie max jaki nam jest potrzebny. Zgodzę się, że są dziedziny gdzie objętość druku powinna być większa, pamiętajmy jednak, że wydruki można sklejać.

W projektowaniu drukarki 3D można również dążyć do zamkniętej komory drukowania. Tu są też zdania podzielone. Większość drukarzy pracuje na drukarkach otwartych a ich wydruki są perfekcyjne. Kolejna sprawa to dwie głowice. Ja jestem zwolennikiem jednej ale jeżeli ktoś jest pewien, że taką opcję będzie potrzebował proponuję przewidzieć miejsce dla drugiej głowicy jednak na początku opanować druk na jednej. Trzeba wybrać rodzaj mechaniki jaki zastosujemy w drukarce. Układ kartezjański jest najbardziej popularny. Większość elektronik i programów obsługuje go bez najmniejszych problemów. Polecam układ w rozwiązaniu z ruchomym stołem w osi Z.

Kolejne to układ Core i podobny do niego HBot – mają swoje wady i zalety, wymagają dopieszczenia podczas kalibracji. Najbardziej widowiskowy to układ Delta. Razem z Pawłem Rokitą zbudowałem deltę do druku 3D mas ceramicznych. Ten układ w naszym przypadku ma bardzo praktyczne i uzasadnione wykorzystanie. Jest bardzo fajny ale sprawia, że drukarka ma duże gabaryty i kalibracja jest dosyć trudna. Zostaje sprawa sposobu podawania filamentu i jego średnicy. Tu mam dużą trudność w ocenie. Bowden nie wymaga tak bardzo sztywnego wózka. Układ podawania z zamocowanym extruderem na wózku jest prostszy ale i cięższy. Decyzje pozostawiam do oceny własnej. Co do średnicy filamentu to obserwuję coraz więcej drukarek na filament 1,75mm. Ta średnica nie wymaga użycia przekładni w extruderze. Osobiście wybrałbym tę opcję.

2. Projekt drukarki 3D

Najlepiej własny. Tu jest potrzebna umiejętność rysowania w jakimś programie CAD`owskim. Musimy umieścić wszystkie elementy we właściwym miejscu i sprawdzić czy one tam będą prawidłowo pracować. Rysunki są niezbędne do konsultacji projektu np. na forum. Mamy do wyboru już bardzo dużo różnych konstrukcji drukarek metalowych, najprościej jest wzorować się na tych sprawdzonych. Oprócz umiejętności rysowania w CAD trzeba mieć tę – choćby małą, żyłkę do mechaniki i elektroniki. Musimy oprócz samego projektu mechaniki przewidzieć miejsce na zasilacz, elektronikę, przełączniki, kontrolki, gniazda, miejsce ułożenia przewodów elektrycznych itp. Uważam, że bardzo ważne jest aby drukarka 3D oprócz tego, że drukuje to jeszcze wyglądała.

3. Rama drukarki 3D – oczywiście metalowa

Przeanalizujmy co możemy zrobić:

• rama spawana z profili stalowych – dobre rozwiązanie ale wymaga od budowniczego umiejętności spawania lub dostępu do warsztatu, który takie zlecenie wykona; wadą jest fakt, że takie konstrukcje podczas spawania skręcają się i wymagają dodatkowej obróbki mechanicznej

• rama wycinana z blachy stalowej lub aluminiowej – rozwiązanie droższe ale dające wiele możliwości konstrukcyjnych; takie blachy wycinamy laserem, frezarką CNC lub water-jetem; nie unikniemy dodatkowej obróbki w postaci gięcia blachy; tu znowu trzeba szukać warsztatu, który nam to solidnie wykona

• klejenie i skręcanie zwykłych profili aluminiowych – to bardzo ciekawe rozwiązanie i dość tanie; najdroższe są profesjonalne kleje do metalu; taką ramę jesteśmy w stanie wykonać w domowym warsztacie beż użycia specjalistycznych maszyn

• rama wykonana z profili aluminiowych systemowych – nie jest najtańszym rozwiązaniem ale ma wiele zalet, które stawiają to rozwiązanie na czołowym miejscu dla domowego budowniczego drukarki 3D; takie profile można zamówić już pocięte na odpowiednią długość wraz z kompletem śrub montażowych.

4. Elementy ruchome drukarki 3D

Najbardziej kosztowne są elementy liniowe. Do rozwiązań tańszych należą łożyska liniowe w obudowach aluminiowych dla wałków stalowych. To rozwiązanie należy do prostych i skutecznych. Uważam, że wałki powinny być o średnicy nie mniejszej niż 12 mm dla drukarki o polu pracy do 20 cm. Typowe obudowy takich łożysk są dość dużych gabarytów co powiększa wymiary drukarki. Wałki należy osadzić na gotowych systemowych wspornikach wałków. Osoby mające dostęp do maszyn frezujących mogą pokusić się o zaprojektowanie i wykonanie swoich obudów łożysk tworząc tym samym element, który będzie przejmował jeszcze inne funkcje. Takie rozwiązanie zastosowałem w drukarce Fiber 3D.

Najbardziej pożądane rozwiązanie to prowadnice liniowe szynowe z wózkami. W drukarce 3D wystarczający to wymiar to 12 mm jednak bardziej dostępny, również cenowo to 15 mm. Jest to rozwiązanie najlepsze i najdroższe. Jestem zwolennikiem śrub kulowych do napędu w osi Z, dość łatwo dostępne 12 x 4. Jeżeli naprawdę chcemy zaoszczędzić to możemy zastosować śrubę trapezową T12x2 jednak wybrałbym opcję z nakrętką z tworzywa o bezluzowym gwincie. Polecam paski i koła zębate HTD3M.

5. Extruder

Co mogę powiedzieć…? Jak wiadomo zaprojektowałem extruder aluminiowy Goliat i ten właśnie polecam. Jest sprawdzony, występuje w różnych wariantach. Do kompletu proponuję tulejkę MK7 – całość jest dostępna w naszym sklepie.

6. Głowica drukująca

Obecnie jest ogromny wybór głowic. Jestem zwolennikiem głowic full metal. Nie zmienia to jednak faktu, że są głowice dostępne na naszym rynku w wkładką teflonową, które znakomicie drukują. Takie głowice wymagają większego skupienia podczas obsługi. Przekroczenie krytycznej temperatury może doprowadzić do uszkodzenia tejże teflonowej wkładki. Najlepiej zastosować głowicę sprawdzoną, o której dobrze wypowiadają się użytkownicy. Mocowanie w systemie J-head umożliwi nam łatwą wymianę na inny model.

7. Grzałka stołu

Dostępne są silikonowe, które bardzo długo się nagrzewają i są podatne na przepalenie. Są eleganckie i dzięki taśmie dwustronnej proste w montażu. Rezystory w kształcie płaskich płytek, które wymagają bardzo dobrego przylegania do stołu i nie wybaczają błędów montażowych oraz typowe rezystory mocy w obudowie aluminiowej. Póki co to ostatnie rozwiązanie jest najtańsze i prawdopodobnie najmniej zawodne. Grzałki dobrze jest od spodu stołu zaizolować papierem termicznym o grubości co najmniej 5 mm. Jeżeli już wspominam o stole, to sprawdzonym rozwiązaniem jest wykonanie go z blachy aluminiowej o grubości 5 mm. Na takim stole umieszczamy szybę hartowaną lub ze szkła kominkowego. Ciekawym rozwiązaniem jest wykonanie stołu z płytki gresowej z przyklejonymi do niej grzałkami. Warto wspomnieć aby przewody przyłączeniowe do grzałek były w izolacji termicznej np. silikonowej.

8. Elektronika

Specjalnie zostawiłem temat prawie na sam koniec. Nie ma elektroniki na rynku, którą jednoznacznie i z czystym sumieniem mogę ocenić jako najlepszą. Każda ma wady i zalety. Uważam, że należy wybrać tę do której dostaniemy wsparcie. Podczas kalibracji drukarki spotkamy się z wieloma problemami. Im więcej osób jest nam w stanie pomóc tym lepiej. Cena w tym przypadku jest naprawdę rzeczą wtórną. Liczy się wsparcie zarówno w eksploatacji elektroniki jak i w oprogramowaniu. Muszę tu jeszcze wspomnieć o jednej ważnej rzeczy. Jeżeli chcemy aby nasza drukarka pracowała pewnie i niezawodnie, warto zainwestować w silniki o większym momencie trzymającym np. 1,2Nm w obudowie Nema 23.

Takie silniki wymagają wyższego prądu. Jednym z dobrych rozwiązań jest zastosowanie dodatkowych sterowników silników krokowych np. M542 z wyższym napięciem zasilania nawet 48V. W tym przypadku podrażamy drukarkę 3D o kolejne kilkaset złotych. Zasilacz musi być dobrany do wymagań elektroniki. Jeżeli nie będziemy stosować dodatkowych sterowników silników krokowych to polecam zasilacz impulsowy zewnętrzny o napięciu 24V. W przypadku dodatkowych sterowników musimy zastosować zasilacz przemysłowy. Zasilacz musi być bardzo dobrej jakości.

9. Oprogramowanie

Open source.

10. Obudowa

Pomimo, że jestem zwolennikiem metalu, polecam obudowę z plexy lub poliwęglanu. Ładnie wygląda, jest prosta w wykonaniu i wielokolorowa.

Oto i mój przepis na drukarkę 3D…

Nie jest to tania, ale na pewno solidna maszyna. Jeżeli uznasz, że za dużo nawymyślałem to daj sobie spokój z budową drukarki 3D i kup gotową. Teraz już wiesz na co zwracać uwagę…

[toggle title=”Grafika” load=”hide”]Photo credit: mangtronix / Foter / Creative Commons Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0)
Photo credit: jabella / Foter / Creative Commons Attribution 2.0 Generic (CC BY 2.0)
Photo credit: Creative Tools / Foter / Creative Commons Attribution 2.0 Generic (CC BY 2.0)
Photo credit: Creative Tools / Foter / Creative Commons Attribution 2.0 Generic (CC BY 2.0)
Photo credit: Morgaine.Dinova / Foter / Creative Commons Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0)
Photo credit: ッ Zach Hoeken ッ / Foter / Creative Commons Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0)[/toggle]