Мой первый принтер: начало (много букв)

Любительские принтеры, печатающие с использованием FDM-технологии, к настоящему моменту существуют уже года 4, но буквально до недавнего времени я смотрел на всё это без особого энтузиазма. «Вот фрезер бы сделать - совсем другое дело!» - думал я. Но недавно, еще раз вникнув в современное положение вещей в области домашней 3д печати и попробовав составить список, чего бы я в принципе хотел напечатать - с удивлением для себя обнаружил, что получившийся перечень хотелок в разы больше аналогичного перечня хотелок для фрезера! Печатать пластиком - дешевле, чем грызть фрезой цельные куски дюраля. Да и задач в области моделизма и быта для разной пластмассовой фигни - оказалось больше, чем для изделий, которые стоило бы делать металлическими. Последней каплей стала информация о достижимом качестве напечатаных деталей и их механических характеристиках, порой не уступающих тому, что получается при нормальном литье.

Выбор

Анализ цен и чтение страшных историй про вероятность бодания с таможней ограничили критерии выбора: за имеющиеся в наличии финансы принтор будет только китайским и только в виде набора для самостоятельной сборки. Средний разброс цен на китайские наборы, по состоянию на август-сентябрь 2015 года, примерно от 220 до 300 долларов. Это касается различных модификаций «прюш» второй и третей версии (Prusa I3), «дельтаботов», с размерами печатной области в районе 20*20*20 См и с подогреваемым столом для возможности печати АБС.
Начитавшись иностранных форумов и насмотревшись ютуба, стало ясно, что прюша третей версии является оптимальным для меня вариантом. Но какого производителя выбрать? Делают эту самую прюшу - все, кому не лень. И хотя конструкция у всех похожа (по сути базируется на оригинальном дизайне Йосифа Прюшы) - бывают отличия в комплектации, материале рамы (фанера, акрил, листовой метал), типе экструдера и т.д. И, конечно-же, есть разброс в цене. Так как денег было чуть больше, чем на самый дешевый, я решил взять аппарат чуть подороже, чтобы тот был получше. Как в последствии оказалось - очень зря…

Заплати больше, получи меньше

Выбор пал на некий prusa I3 X от китайской «фирмы» Geeetech. Привлекло отсутствие в конструкции принтера напечатаных деталей, подшипники склольжения в металлических корпусах, комплектация принтера сразу чуть более тонким соплом: 0,3мм в отличие от 0,4мм у других производителей. Меня даже не насторожило, что модель совсем свежая и что по ней совершенно нет отзывов, кроме рекламных видео от самих китайцев.

Началось всё с того, что несмотря на оплаченую доставку эйрмэйлом, за которую взяли почти 70 баксов сверху (в рубли даже страшно пересчитывать…), продавец смог отправить это только наземкой. «Заплати за доставку и получи бесплатную услугу - подождать полтора-два месяца»! Впрочем, на удивление, доехало оно лишь за чуть дольше месяца, таможню прошло спокойно. В накладной было вежливо попрошено указать цену, 150 долларов, и содержимое: «hobby parts». Правда, перед отправкой китайца еще очень просили дополнительно завернуть коробку, чтобы содержимое не раздолбали в поцессе доставки, чего китаец естественно не сделал! К счастью, почта оказалась очень аккуратной: от основной детали акриловой рамы отломили только угол. Говорят, обычно основа рамы приезжает сломаная пополам…
Помимо отломаного угла, дома всплыли более страшные косяки: в комплект забыли положить блок питания, а направляющие - гладкие стальные стержни диаметром 8 мм - погнуты. Все шесть штук. Все шесть, Карл! При чем погнули их явно не на почте, так как лежавшие буквально рядом с ними в одной связке резьбовые шпильки и винтовые валы - были ровные. Подшипники - обычные китайские подшипники скольжения, лишь засунутые в корпуса из какого-то люмишкового сплава. Гремят и люфтят. Электроника по типу и качеству абсолютно таже, что у остальных китайских прюш третей версии, при этом в комплекте даже нет бесплатной SD карты, как с более дешевыми принтерами… Зато положили аж целую катушку, один кило, синего PLA.
Что забавно - уже после того, как заказ был оплачен и выслан, на ютубе стали появляться видео от разгневаных буржуев, купивших эту модель принтера чуть раньше меня.

Сборка и другие упражнения сексуального характера

Отломаный угол был приклеен обратно на циакрин, но что делать с направляющими?! Даже самые ровные из них - имеют в центральной части отклонение в добрых 0,2мм от прямой. Выстукивать резиновым молотком и прочие насильственные методы были отброшены сразу: нет смысла даже пытаться выровнять это, если сама проектная точность принтера - меньше 1 десятой миллиметра. Обратился на производство, где умудреные многолетним опытом специалисты работают на больших серъезных станках: но даже там лишь цокнули языком и посочуствовали! Лишь совершенно случано удалось раздобыть новые стержни, гладкие от рождения, спасибо хорошим людям. Это конено не специальные хромированные направляющие, какие выпускаются для станков, но вполне пригодные для замены того гнутого говна, что положили китайцы. Штатно, кстати, направляющие тоже нифига не специальные - обычный круглый прут из нержавейки. Только гнутый.
Рама принтера выполнена из акрила толщиной 8мм. Материал мясистый, но хрупкий: если зверствовать с прилагаемыми усилиями. Пол ночи заняла процедура обдирания защитного слоя бумаги и прочистка отверстий во всех детялях, кое-где приходилось сразу применять напильник или суперклей.
Оглядываясь назад, полную сборку принтера, при условии наличия всех деталей, можно осилить часа за три-четыре. В идеальных условиях. Но поскольку собирал впервые, процесс был куда более протяженным и выглядел примерно так: 1. Смотрим видео от китайцев, где они показывают очередной этап сборки. 2. Находим среди всей кучи деталей - те, что перечисленны в видео. 3. Собираем. 4. Смотрим на то, что получилось, разбираем, дорабатываем напильником, собираем как надо. 5. Повторяем.
Основной этап сборки - от россыпи запчастей до физически соединенного цельного куска - занял примерно одну ночь. К утру девайс шевелился и бодро жужжал моторчиками, но ещё не печатал.
Далее оказалось, что основа стола - алюминиевый лист, что находится сверху над нагревательным элементом, выгнут в одну сторону. Может, его специально таким гнутым сделали, чтобы при тепловом расширении он бы внутрь выпучивался? Все равно ведь сверху стекло должно лежать (которого, кстати, в комплекте нет). Так или иначе, на всякий случай выстучал стол молотком через деревяшку, оставив лишь минимальную, едва заметную кривизну внутрь.
Приспособил в качестве накладки на стол - кусок стеклотекстолита. Ровный он лишь условно, зато адгезия пластика к ободраной от фольги, зачищеной и обезжиреной поверности - отменная! А для снятия полученой детали - достаточно чуть изогнуть текстолит. Со стеклом такой фокус наверное не пройдёт. Но все это было позже: потому, что буквально через пару минут после первой попытки запустить и что-то напечатать - сгорел нагревательный элемент в хотэнде! Для тех, кто не в курсе: хотэнд - это та штука, в которой происходит расплавление пластика перед его выдавливанием через сопло. Сопло, собственно, непосредственно смонтированно на этот самом хотэнде. А рядом, в едином с ним металлическом блоке, установленны нагревательный элемент и термистор.
Оказалось, что найти такой нагреватель в моём городе - проблема! Это такой металлический цилиндр диаметром 6мм и длиной около 20мм, характеристики - 40 ватт при 12 вольтах. В китайских магазинах, конечно, их как говна и не дорого - но это же месяц или два ожидания! Решение пришло внезапно. Совершенно случайно под руку подвернулся горелый предохранитель. Стеклянный корпус имел диаметр чуть меньше, чем отверстие для установки нагревателя! Намотав нужное количество нихрома и обернув все это сверху тонким слоем стеклоткани, установил этот колхоз и уже через 10 минут печатал первую детальку! Кому интересно, мощность закладывал чуть ниже, порядка 25-30 Вт, отмотал кусок тонкого нихрома сопротивлением примерно 5,7 Ом.

Доработки и поблемы

У принтера порядком конструктивных косяков. Натяг ремня оси Х (ось икс - это движение печатающей головы по горизонтальным направляющим) сделан через жопу. Если делать так, как предусмотрено конструкцией - то правая каретка (противоположная от шаговика оси икс, в которой ролик для ремня и винт натяжения) должна упираться в хомуты, одетые на направляющие оси икс, а винт регулировки натяга ремня - притягивать ролик к корпусу каретки, чтобы усилие, в конечном итоге, через направляющее передавалось бы на левую каретку, где мотор. Но в реальности, в силу люфтов, упругости и невозможности зафиксировать кривые хомуты абсолютно точно в определенном месте на направляющих - вся эта хрень при натяжении ремня начинает передавать поперечную нагрузку на винтовые валы оси Z и на вертикальные направляющие оси Z, очень эффективно заклинивая движение по оси Z. Наверное это словестное объяснение не очень наглядно, рассказал суть как мог… В общем, в итоге пришел к решению - установил под гайку натяжного винта изогнутую пластину, вырезаную из железяки толщиной 2мм. Эта конструкция передает усилие натяжение ремня - непосредственно на торцы направляющих, никак не затрагивая основание каретки и не передавая никаких паразитных поперечных нагрузок на механику оси Z.
Винтовые валы оси Z - бьют. Несмотря на применение хитрожопых технологичных алюминиевых соединительных муфт, выпиленых чуть ли не лазером с космической точностью. Одна из них норовит сесть на вал шаговика - с откровенным перекосом. Основание винтовых валов бьёт, телепая конструкцию принтера по остальным осям и вызывая так называемый Z-wobble - эффект: волнообразные неровности на вертикальных поверхностях напечатаных деталей. Эта проблема пока так и не решена до конца.
Другая проблема - основная плата с драйверами шаговиков и управлением нагревателями. Изначально конструкция принтера такова, что маленький кулер дует только на транзисторы, управляющие нагревателями, а на драйвера шаговиков - не дует. В итоге примерно через 10-15 минут печати - драйвера шаговиков начинают перегреваться и принтер просерает шаги. Подсоединение силовых проводов - фиговое. Провода нагревательных элементов предлагается крепить к плате через винтовые зажимные клеммы… В общем, все это пришлсь переделать: на питание впаять Т-разьем - его тут с большим запсом, учитывая, что токи потребления не выше ~15 ампер, на выводы для нагревателей - JST (выглядит хлипко, но их расчетный ток до 10А), электролит в питание. Почему Т-шники, а не допустим XT-60? Просто Т-шников - еще с давних времен завалялось дофига, да и выходы блоков питания, какие в хозяйстве использую, давным давно именно на Т-шники переделаны.
Сверху над платой управления поселился мощный вентилятор, проблема перегрева исчезла.
Ещё одна головная боль - провода, идущие к блоку экструдера, печатающей голове. Это 4х жильный провод питания шагового двигателя, три провода - кулер термобарьера, два провода - термистор, еще два провода - нагревателный элемент. А в перспектике - туда еще провод для вентилятора обдува детали под соплом добавиться может! Все провода - имет разнёю жесткость и длину, что даже просто собрать их в один общий жгут, который должен быть достаточно гибким и нужной длины, проблема. А уж снатие блока экструдера для обслуживания - вообще песня без баяна! Потратив кучу времени, распаял все идущие от экструдера провода - на большой многоштырьковый разъем. Каждый провод дублируется минимум на два штырька. От разъема до платы управления - МГТФ разного сечения. Помимо уже перечисленых проводов, также перекинул туда 12В общего назначения и повесил вентилятор термобарьера на 12В вместо канала для управления вентилятором. Теперь при включении принтера - вентилятор охлаждения платы и вентилятор термобарьера включены сразу и постоянно. В перспективе внизу под экструдером также появятся светодиоды, чтобы не было нужды подсвечивать фонариком для контроля хода печати.

О хорошем: юзабилити и софт

Остается еще целый список нерешенных вопросов, но в целом - принтер печатает и демонстрирует посредственное, но вполне типовое качество печати, которое выдают многие любительские принтеры без доработок. Правда, пока пробовал лишь печать с применением PLA. Но вот что порадовало - это софтверная часть и простота её использования! Repetier-Host официально бесплатен и, в своей последней инкарнации, поддерживает три разных слайсера. Освоение программы - мгновенное, включил и буквально через минуту уже можешь начать печатать. Естественно, к этому моменту должна быть сама трехмерная модель для печати.
Что касается самого моделирования, то в этот раз я решил отказаться от ворованого солида, который к всему прочему еще и подглючивает, и не менее ворованого автокада с его доисторическим наследием. Ведь благодаря 3д принтерам, которые сформировали повышенный спрос на программы трехмерного проектирования и моделирования среди НЕ специалистов, в настоящий момент существует огромная куча самых разных редакторов и САПРов, в том числе и бесплатных. Перепробовав несколько, остановился на бесплатном САПРе - FreeCAD. Не могу сказать, что программа идеальна и ни в коем случае не рискну советовать её, но по концепции и интерфейсу она очень похожа на солид, что позволяет начать рисовать в ней практически сразу, а сам проект - активно развивается, нужные функции допиливаются буквально на глазах. И, что самое приятное, программа очень быстро загружается, в отличие от все тех же солидов и автокадов.
Нарисовав деталь, экспортируем её в STL (при экспорте из фрикада необходимо выделить самое последнее состояние детали, иначе экспорт может сработать некорректно), загружаем stl-файл в репитер-хост, ориентируем на виртуальном изображении рабочего стола принтера и запускаем слэйсер. Параметры принтера и печати можно выставить один раз, потом лишь быстро выбирая нужный профиль печати или же печатая все с одними параметрами.
Печатать лучше всего не напрамую, через ЮСБ-кабель, а закинув файл g-кода на SD карту и сунув эту карту в принтер. Потому, что соединение по USB может отвалиться прямо во время печати (говорят, причина - качество китайской электроники, с моим конкретным принтером это регулярно происходит) и принтер встанет, не допечатав деталь до конца (продолжить прерванную печать нельзя, функция продолжения печати встречается лишь у дорогих коммерческих принтеров). В конце концов, при печати через компьютер - есть шанс зависания самого компьютера.
Так или иначе, освоен полный цикл производства: от идеи до получения пластиковой детали, что в значительной мере подогревает энтузиазм и желание что-то делать!

Перспективы и мысли

Принтер запущен, но список хотелок - того, что хотелось бы изготовить с применением принтера, еще даже не почат. Первым делом будут печататься куда более банальные и прозаичные вещи: детали для самого принтера. Например, надо сделать кронштейн-держатель для проводов на блок экструдера, гибкие кабель-каналы, нормальный крепеж для вентилятора платы управления, крепление для вентилятора обдува печатаемой модели… И длинная песня без бояна - доработки, направленные на повышение качества печати! Тут и минимизация люфтов, включая замену направляющих и подшипников, борьба с резонансами (любой принтер при печати некоторых элементов на определенной скорости начинает дребезжать теми или иными запчастями, что мгновенно отражается на качестве печатаемой детали), аналоговое управление подогревом стола (вместо релейного, как сейчас), чтобы во время печати не было внезапных тепловых расширений и усадок.
И когда-то потом, надеюсь, смогу наконец печатать все то, что хотел изначально 😇