Москва

+7 495 741-65-70

Корзина пуста
импорт списка
SALE!-10% -20% -30% -40% -50% -60%
дефицитные компоненты
Из чего состоит и как работает RepRap 3D принтер

Из чего состоит и как работает RepRap 3D принтер

Количество интересующихся  3D принтерами растет с каждым днем и 2014 год стал абсолютным лидером, если посмотреть статистику запросов за несколько лет, например через Яндекс.  В связи с этим мы решили опубликовать статью по большей части для людей, которые собираются собрать принтер собственными руками с помощью различных комплектующих. При этом человек экономит, получает дополнительные знания и удовольствие от процесса сборки.

Практически все персональные 3D-принтеры используют один и тот же подход к процессу 3D-печати. Детали могут различаться, но в основном, строение и принцип работы одни и те же. Если описать схему 3D принтера очень коротко, то она выглядит так: 4-5 шаговых моторов, датчик температуры для сопла, нагревательный стол, три концевых датчика, которые находятся на нулевой отметке осей, а также нагреватель головки и стола. К тому же в состав может входить второй экструдер с термистором и нагревателем, вентилятор, который охлаждает головку, и концевые датчики с максимальной отметкой.

 

 

Подсоединить всё это к компьютеру напрямую - невозможно, поэтому и применяется контроллер, но в него напрямую нельзя поместить модель, для этого нужен G-код для управления – это несложный набор команд, с помощью которых можно задавать действия принтеру. Определенные типы контроллера дают возможность установить кардридер, после чего можно полностью записать код Микро-SD карту. В этом случае для управления хватит нескольких кнопок и ЖК-дисплея, даже при выключенном компьютере.

Контроллеры чаще всего делают под Ардуино IDE. Под него создают почти все прошивки. Лидерами рынка на сегодня являются RAMPS, Generation Electronics и Sanguinololu. RAMPS – считается лидером в своем направлении. Объединение Ардуино и Pololu: в нем пять независимых контроллеров. Пятый предназначается для второго экструдера. Есть свой выход на нагреватели экструдеров и нагревательный стол, таким образом, появляется возможность подачи на экструдеры пластика с разными температурами. Имеется 6 входов концевых датчиков, коннектор SD карты, SPI и I2C.

              

Движения происходят в трех измерениях – по осям X, Y и Z. Чтобы это делать, 3D-принтеры имеют шаговые моторы, которые двигаются с высокой точностью и аккуратностью – обычно на 1,8 градуса на шаг. Для точного и быстрого перемещения 3D-принтеры используют ремни ГРМ и ролики по осям Х и Y. Также многие используют стержень с резьбой или особые винты по оси Z для еще более точного позиционирования. 3D принтер управляется контроллером, перемещая печатающую головку (экструдер), выдавливающий расплавленный пластик, создавая модель слой за слоем. 

Шаговые моторы NEMA-17

NEMA-17 - это не название модели, а посадочные места шаговых двигателей, которые имеют три режима: полношаговый, полушаговый и микрошаговый.

Во время полношагового режима шаговые моторы для поворота мотора на 360 градусов делают 200 шагов, во время полушагового - 400, а во время микрошагового возможно делить шаг на 4, 8 и даже 16 частей. Техника с микрошаговым режимом – сложная, поэтому многие фирмы стали изготавливать контроллеры шаговых двигателей.

Работа контроллеров происходит таким образом: вначале питание идет на движок, далее на логическую часть, после подается направление и команда «шаг» управляющим контактам. Во время команды «шаг» мотор получает напряжение, которого достаточно для передвижения ротора на один микрошаг, полушаг или шаг – это зависит от показателей, заданных перемычками. Зачастую у контроллеров шаговых двигателей режим 1/16. Чтобы регулировать напряжение, на котроллере установлен переменный резистор. Он является важным элементом, поскольку шаговики могут быть под 8 В, 4 В и12 В.

Экструдер

Элемент принтера, с помощью которого  происходит равномерное распределение по рабочей поверхности пластика и других материалов. Экструдер плавит и выдавливает через сопло ABS или PLA термопластик на поверхность стола. Экструдер является самой сложной частью 3D-принтера, основными компонента которого являются: привод подачи пластика и термоголовка.

 

Привод пластика выталкивает нить диаметром 1,75 или 3 мм. с помощью редукторного механизма. Большинство современных приводов используют шаговый мотор для лучшего контроля подачи нити к термоголовке. Нить после подачи приводом в экструдер, переходит в термоголовку, изготовляемая из куска алюминия со встроенным нагревателем. Когда пластик достигает термоголовки, он разогревается до температуры 170-260 градусов Цельсия в зависимости от типа пластика. Находясь в полужидком состоянии, пластик выдавливается из печатающей головки, диаметр отверстия которой обычно находится в диапазоне от 0,35 до 0,5 мм.

Поверхность для печати (платформа, стол)

Стол - это рабочая поверхность, на которой формируются 3D-детали. Размер рабочей поверхности варьируется в зависимости от модели принтера, и обычно находится в диапазоне от 150 до 200 квадратных миллиметров. Большинство производителей 3D-принтеров предлагают подогреваемую платформу - уже в комплекте либо как дополнительную опцию. Также, всегда есть возможность сделать подогреваемую платформу самому из подручного материала. Задача платформы – не допустить разрывов или трещин модели, а также обеспечить надежное сцепление между первыми слоями печатаемой детали и рабочей поверхности.

Поверхность платформы изготавливается из стекла или алюминия для лучшего распределения тепла по рабочей платформе и обеспечения гладкой ровной поверхности. Стекло дает более ровную поверхность, в то время как алюминий лучше распределяет тепло в случае подогреваемой платформы. Чтобы предотвратить, когда печатаемая модель слетает во время процесса создания, поверхность часто покрывается какой-либо клейкой поверхностью или пленкой. Такие материалы часто состоят из каптона или полиамидной ленты, все зависит от типа пластика.

Линейный двигатель

Тип линейного мотора (привода), который используется на конкретном 3D-принтере, во многом определяет то, насколько точно будет печатать устройство, насколько быстро, а также насколько часто и много надо будет обслуживать 3D-принтер. Многие 3D-принтеры используют гладкие, точные стержни для каждой оси, а также пластиковые или бронзовые шариковые подшипники для движения по каждому стержню. Линейные шариковые подшипники снискали большую популярность за счет за счет своей долговечности и более качественной работы, однако они часто более шумные, чем бронзовые, которые, однако, сложнее откалибровать на момент сборки.

Фиксатор (endstop, концевые датчики)

Диапазон движения линейных приводов обычно ограничен механическим или оптическим фиксатором. Грубо говоря, это просто ограничители, которые подают принтеру сигнал, что он подошел к краю рабочей поверхности, чтобы предотвратить выход за рамки платформы. EndStop используются для определения начала координат (0,0,0) по всем трем осям.

Хотя наличие фиксаторов и не является обязательным в работе 3D-принтеров, наличие его позволит делать принтеру калибровку положения перед началом каждого процесса печати, что позволит сделать печать более аккуратной и точной. Концевые датчики бывают двух видов: нажимные и оптические. Оптический является более точным, но в случае, когда нет нужды в особой точности (к примеру, X-Y), можно прибегнуть к экономии и воспользоваться нажимным.

Рама

 То, что держит все выше описанные элементы вместе, называется рамой. Форма рам, а также материал, из которого она изготовлена, очень сильно влияют на точность и качество печати. Во многих 3D-принтерах используются резьбовые стержни и другие материалы в конструкции рамы. Также многие принтеры используются созданные лазерной резкой фанерные листы для создания рамы. Такая система базируется на принципе слотов, когда одна часть имеет слот для соединения с другой частью, и вместе они соединяются болтами и гайками. Такую раму обычно проще собрать, и она является более точной для калибровки принтера, однако обычно такая конструкция более шумная, а также со временем крепежные элементы придется подкручивать. В общем, резьбовые стержни делают аппарат более тихим, однако усложняют процесс сборки и калибровки.

В ближайшем будущем наш ассортимент пополнится рамами для сборки RepRap принтеров, готовыми наборами электроники для установки их на принтеры, большим количеством шаговых моторов, экструдеров и подогреваемых столов.

Опубликовано: 27.05.2014

  • Москва
  • Санкт-Петербург
  • Мурманск
  • Ульяновск
  • Новосибирск
  • Екатеринбург
  • Краснодар
  • Нижний Новгород
  • Воронеж
  • Уфа
  • Челябинск
  • Самара
  • Красноярск
  • Казань
  • Ростов-на-Дону
  • Саратов
  • Пермь
  • Томск
  • Иркутск
  • Омск
  • Тюмень