Большой 3d принтер 400х400х400мм.

Однажды попросили нас собрать большой принтер,с печатным полем как минимум 400х400х400мм. Примерно месяц ушел на проработку проекта. Первоначального проекта не сохранилось, а вот промежуточные версии есть. Но для начала сам принтер:

3д принтер URAL 400x400 с боуден экструдерами

3д принтер URAL 400×400 с боуден экструдерами

А теперь перейду к процессу его создания:

Прилагаю пару скриншотов проекта в 3д редакторе:

 

Ural 3d 400x400

Ural 3d 400×400

Прорисована только левая и задняя стенка принтера. Передней и правой стенки нет — поджимало время, поэтому их не рисовал в 3д, а сразу в автокаде сделал «выкройку» для фрезерования.
Еще ракурс:

 

Ural 3d 400x400 другой ракурс

Ural 3d 400×400 другой ракурс

Тут стол немного оторван от поднимающейся рамы, чтобы было понятно, как все устроено.

Конструкция выбрана классическая — стол двигается только по оси Z, каретка гоняет по сям X и Y, как в Duplicator/Replicator.

Для подъема стола предусмотрено 3 трапецеидальных винта с шагом 2мм (с большим шагом стол опускался под собственным весом) и 3 вала диаметром 12мм, вращение передается кольцевым зубчатым ремнем от 1 двигателя nema 17 0,4Nm.

  • Ось X и Y — рельсы 15mm+каретки HIWIN 15mm длиной 800мм
  • Ось X и Y  - двигатели Nema 17 длиной 60мм и крутящим моентом 0,65N.m
  • Ось Y — валы диаметром 12мм + трапецеидальный винт с шагом 2мм
  • Все ремни и шкивы — S2M
  • Электроника — Mega2560+Ramps 1.4+LCD12864 с SD картой.
  • 4шт нагревательных стола MK3 220х220мм на алюминиевой подложке 3мм
  • 2 блока питания для столов по 350Вт каждый (24V)
  • 1 блока питания для контроллера+двигателей+экструдеров мощностью 200Вт (12V)
  • Экструдер — 2шт bowden (для уменьшения массы каретки)
  • Тип нагревателя экструдера-классический кубик
  • Сопла сменные — от 0,3 до 1мм.
  • Корпус — конструкционный профиль 20х20мм (soberizavod.ru), стенки — фанера 10мм
  • Часть деталей — гнутая нержавейка 1,5мм

Посылки:

К моменту окончания проектирования пришел конструкционный профиль, нарезанный в размер(заказывал в России — вышло дешевле, чем тащить из Китая):

нарезанный профиль 20х20мм

нарезанный профиль 20х20мм

Болтики и гайки в пазы заказывал заранее из китая — они пришли как-раз к моменту получения профиля.

Потом пришли рельсы и каретки HIWIN (тоже брал в России, чтобы 100%качественно и в случае брака, можно было оперативно поменять):

посылка с рельсами и карретками

посылка с рельсами и карретками

Сборка:

Сборка скелета заняла примерно 3 дня:

скелет 3д принтера

скелет 3д принтера

Видно кольцевой ремень оси Z и все 3 винта и оси Z.

Установлены рельсы оси Y (рельсы идеально помещаются на профиль, а винты крепления — в пазы):

скелет 3д принтера

скелет 3д принтера

Крепление валов — через штатные скобы крепления. Винты оси Z посажены в подшипники.

скелет 3д принтера

скелет 3д принтера

Следующими прибыли 4шт нагревательных стола размером 20х20см каждый:

нагревательные столы

нагревательные столы

Первая засада — один стол поцарапан. Решил снять слой краски, чтобы оценить ущерб:

повреждения стола при доставке

повреждения стола при доставке

Пришлось чинить — напаивать перемычки над порезами.

Сделал отдельную плату управления столами по следующей схеме:

Схема управления нагревательными столами

Схема управления нагревательными столами

Управляющий кабель подпаял к соответствующему выводу на плате Ramps 1.4

Включил нагрев.. и не дождался, когда они нагреются хотя бы до 80 градусов.

Дело в том, что производитель указывает, нагрев до температуры 100С за 5-10 минут.
По характеристикам стола при подключении к выводам 12В —  сопротивление стола 2,1 Ом (ток 6А, мощность 72Вт)
При подключении к выводам 24В — сопротивление ~7,5 Ом (ток 3,2А, мощность 76.8Вт )
Пришлось на выводы под 12в, вместо 12в, подать все 24В — ток стал 12А (288Вт), все стало греться за 5 минут до 110гр. Видимо теплоемкость этих столов очень большая..

Конечно, через несколько секунд работы такого мощного стола выгорел мосфет, да и провода тоже нагрелись ощутимо. Запитал каждую половинку стола через отдельный мосфет, т.е. всего по 6А на каждый + установил радиаторы и кулер. Сделал провода по 2,5кв.мм — ситуация исправилась. Но ставить 4 нагревательных стола теперь оказалось неэффективно, т.к. ABS пластиком такие большие детали (в поперечнике  40см) печатать все-равно невозможно, а PLA и так неплохо клеится к стеклу с синим скотчем, решили оставить только 1 нагревательный стол для печати небольших деталей из ABS.

Конечно, в следующем принтере с большой платформой будем использовать нагреватель на 220в — сейчас появилось достаточно много пордавцов больших плоских нагревателей для любых целей.

Стальные детали

Некоторые узлы изготовили по заказу из стали — заказывал лазерную резку и гибку нержавейки 1,5мм. пара деталей для наглядности:

 

крепление lmk12luu заднее

крепление lmk12luu заднее

крепление lmk12luu листовое

крепление lmk12luu листовое

Далее принтер был собран полностью (это заняло примерно месяц-полтора со всеми переделками), для крепления экрана распечатали вот этот корпус www.thingiverse.com/thing:617468 :

3д принтер URAL 400x400 с боуден экструдерами

3д принтер URAL 400×400 с боуден экструдерами

Печатное поле получилось площадью 450х450мм, но в будущем оно уменьшилось до размеров 420х420 из-за переделки печатающей головки.

Слева неподключенная тефлоновая трубка. Справа тефлоновая трубка идет в черной гофре. Двигатели подачи пластика находятся на боковых стойках принтера сверху (синего цвета) слева и справа.

Прошили принтер, запустили настройку. Настроили, откалибровали на тестовом кубике размером 2х2х5см, соплом 0,3мм и соплом 0,8мм. Отдали заказчикам, т.к. время сдачи прошло уже как полтора месяца.

Ошибки

Ошибка 1.

Тест печати проводился в 5 точках рабочего поля. Как оказалось, в других точках рабочего стола пластик не мог дойти до сопла — он застревал в трубке и толкающий двигатель начинал пропускать шаги. Начали разбираться в проблеме и нашли такие положения экструдера, где невозможно было протолкнуть пластик даже вручную, не то что слабеньким движком. В этом месте рабочего стола деталь просто не печаталась.
Оказалось, что тефлоновая трубка (длиной окло 60-80см )немного перегибается сразу в нескольких местах и при этом пытается закрутиться в спираль. В этих местах появляется очень сильное трение и пластик застревает намертво, хотя визуально кажется, что трубка особо нигде не гнется. Длина трубки была выбрана для того, чтобы было как можно меньше перегибов и углы загиба чтобы были тоже как можно меньше, но я не учел, что трубка будет пытаться закрутиться в спираль.

Решение нашли быстро — поместили тефлоновую трубку в гофру. Напечатали вазу — все работает :)
И мы со спокойной душой снова отдали принтер клиенту.

Через пару дней звонок — не работает. Забираем принтер и оказывается, что гофра стала прогибаться чуть сильнее, чем при тестах и это опять же приводит к прежнему результату — пластик застревает намертво.Попутно выяснили, что русские тефлоновые трубки намного лучше китайских (более гладкие), хоть и стоят по 300р за метр. Решили избавиться от проблемы на корню.

Заменили bowden экструдеры на экструдеры прямой подачи пластика, поместив двигатели непосредственно на карретку. Да, масса карретки увеличилась на 600гр (2 двигателя по 290гр), но зато все заработало и стало печататься в любой точке стола.

Ошибка 2

Тест принтера проводился на объектах размером 2х2см и на вазе диаметром 2-3см, чтобы сократить время тестов.
Выяснилось, что с соплом 0,3мм и 0,8мм одинаково качественно печатаются небольшие детали и вазы на скорости 40-60мм/сек.

Но тут появилась другая порблема. Если соплом 0,8 начать печатать куб размером 5х5х1см, то стенки объекта печатаются нормально, а вот заполнение и верхняя крышка на 5-10 слое начинают задираться, появляются проплешины и вся деталь уходит в брак. Для стабильно печати пришлось уменьшить скорость до 5мм/сек.

Для сопла 0,3мм аналогичная проблема, но только скорость печати 60-70мм/сек максимум, хотя на форумах пишут, что можно добиться скорости 150-200мм/сек.

Решили, что причина в нагревателе — не успевает расплавлять пластик.

Заменили нагреватель, на Вулкан — ситуация изменилась в лучшую сторону, но скорость свыше 30 мм/с на сОпле 0,8мм достигнуть не удалось. Укутали нагреватели в минеральную шубу — результат стал намного лучше, теперь скорость стала порядка 40-60мм/с, а на сОпле 0,3мм спокойно можно печатать на скоростях до 100-120мм/сек и более.

Стал курить мануалы, оказалось, что физические свойства пластиков PLA и ABS, а так же самих экструдеров таковы, что максимальный объем подачи пластика на стандартных экструдерах с 1 нагревающим элементом в 40Вт не превышает 12 куб.мм/с — пластик не успевает плавиться и очень большое сопротивление внутри экструдера!!!

Для любого сопла теоретическая максимальная скорость печати равна:

u=V/(S*h)

где V — объем 12куб.мм
S — площадь (в нашем случае она равна площади сопла, т.е. Pi*r*r = 3,14*0,15*0,15= 0,07кв.мм)
h — высота слоя. пусть будет 0,25мм
u- скорость печати

Т.е. для сопла 0,3мм скорость v=12/(0,07 *0,25)=670мм/сек, а для сопла 0,8мм (высота слоя 0,6мм) скорость = 50мм/сек.

По факту оказалось, для сопла 0,3мм предельная скорость 120мм/сек (дальше экструдер прогрызал пруток), а для сопла 0,8мм — 50-60мм/сек.

Т.е. скорость печати зависит не столько от диаметра сопла, сколько от конструкции экструдера и подающего механизма.

Интересные опыты с экструдерами описаны в статьях на гиктайме:

https://geektimes.ru/post/259730/
https://geektimes.ru/post/259738/
https://geektimes.ru/post/259832/

 

Результаты

После установки нагревателя Vulcano с шубой из минеральной ваты скорость печати поднялась до приемлемых значений.

Фото собранного 3д принтера:

переделка принтера под экструдер прямой подачи

переделка принтера под экструдер прямой подачи

Экструдер поближе:

настройка 3д печати с экструдером прямой подачи

настройка 3д печати с экструдером прямой подачи

Видео процесса печати вазы:

https://youtu.be/CGm-vZjxLX8

Напечатанные изделия:

Ваза высотой около 20см из остатков разных пластиков

многоцветная ваза

многоцветная ваза

Другая ваза:

ваза №2

ваза №2

поближе:

качество 3д печати

качество 3д печати

Еще одна ваза:

пример 3д печати

пример 3д печати

И еще ваза из пластика watson:

пример 3д печати пластиком Watson

пример 3д печати пластиком Watson

Почему только вазы? Они печатаются быстрее всего и сразу видно качество печати. Плюс, на них уходит относительно мало платиска, да и тестовые образцы можно использовать в хозяйстве :)

Как думаете, вообще, нужны ли 3d принтеры таких размеров и для чего они могут применяться?

Понравилась статья? Получай обновления блога на e-mail:

Введите ваш e-mail:

6 комментариев к статье

  1. Руслан:

    Я думаю что да нужны. Но это уже малый бизнес. Я так думаю.
    У меня вопрос. Возможно ли сделать с областью печати еще больше. Например 600*600*1800

  2. Sam:

    Руслан, сделать можно,размеры — не проблема. Основная загвоздка — это время печати, оно растет геометрически.. С таким полем принтер будет печатать неделями и месяцами. Можно увеличить скорость печати за счет увеличения диаметра сопла до нескольких мм, но и экструдер в таком случае лучше делать сразу на гранулах.

  3. Александр:

    А почему заменили подшипники на оси Z?
    Были короткие, стали длинные. Перекос от них идет?

  4. Sam:

    С короткими подшипниками при малейшем перекосе конструкции ловился «клин», даже при легком нажиме в любой крайней точке стола (эта ситуация может возникнуть в процессе печати). Длинные подшипники исправили эту ситуацию.

  5. Александр:

    Всё это очень интересно!
    Размеры принтера, т.е. печатного объёма…
    Зачем внедорожник, если будешь ездить в булочную? А если зимой, в бурю, да в российской действительности?!…
    Если никогда не печатать детали больше 200*200*200, то конечно!
    Вопрос — на сколько дороже будет принтер 400*400*400 ?
    Объём увеличен в 8 раз…
    Так нужен ли джип…
    ;-)

Оставить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

WordPress темы