3D nyomtatás: CL3D – kezdjünk el fejben építeni

ígértem már, hogy nekiállunk 3D printert építeni – most jött el az ideje, hogy nekikezdjünk, legalábbis elméletben. Valahogy hivatkoznunk kell a szerkezetre amin agyalunk, ezért ezennel elkeresztelem őt Cleo-nak, de mivel ez egy 3D printer, Cleo neve helyesen írva legyen CL3D. Na essünk neki!

Listázzunk

A tavalyi meetupos előadáson felsoroltam egy csomó tulajdonságot, amit anno fontosnak tartottam egy 3D nyomtatóban. A lista nem sokat változott, csak közben kicsit közelebb kerültem a technológiákhoz és így átértékeltem pár dolgot. Nézzük meg, hogy mi az, amit ma megtartanék és mi az, amitől meg tudok válni.
Fém váz
A printernek mindenképpen robosztus, szilárd vázra van szüksége, amely az printerben keletkező hőre sem deformálódik érzékelhetően. Fémlemezekből álló váz helyett azonban 30×30 mm-es alumínium T-profilokból fogjuk a printer házának keretét megépíteni. A falak és az ajtók 3 mm-es akrilból készülnek majd.
Vonóorsó / trapézanya / lineáris motoros mozgatás szíjhajtás helyett
A lengyel Zortrax M200-at gyártó cég nagy szerencsémre ide Krakkóba, tőlünk kb. 20 percnyi sétára telepítette az egyetlen mintaboltját, ahol megfordultam már jópárszor, valamint máshol is alkalmam volt kipróbálni az M200-ast. A Zortrax printer egy Ultimakerre kísértetiesen hasonlító gép, ám abban Gates GT2 szíjakat és csigákat használnak az Ultimaker féle MXL szíjhajtás helyett. Rengeteg nagyon jó minőségű printet láttam az M200-asokból kijönni, ezért mégis a jóval olcsóbb szíjhajtás mellett döntöttem.
All metal hotend
Ezzel volt a legkisebb gondom: egyszerűen annyit küzdöttem már PEEK-es olvasztófejekkel, hogy csak a folyamatos hűtésű, tiszta fém konstrukciók jöhetnek szóba. Hogy melyik, azt még nem tudom: van már itt E3D v6, Prusa Nozzle és új 1.75 mm-es UBIS is, de kipróbálhatunk egy Pico-t is, vagy akár egy vízhűtéses E3D Krakent, ha azt dobja majd a gép. Egy biztos: olyan hotend rögzítő mechanikát építünk, amelyen pillanatok alatt szabadon és könnyen cserélhető az olvasztófej, akár elektronikával együtt, hogyha megkívánunk egy újabbat vagy épp csak megmurdel a régi és már nem tudjuk beszerezni, akkor ettől ne váljon elavulttá a printerünk (=groovemount).
Direkt hajtású extruder
Ebből is megpróbálunk egy all metal változatot használni: vagy a lengyel Tytan3D Goliatja lesz az, vagy esetleg egy Bulldog XL. Egy dolgot tartunk majd szem előtt: bármit is választunk, Nema 17-es léptetőmotor hajtsa és bowden vezesse az extruderbe a nyersanyagszálat.
Fűtött tárgyasztal (és az ő összes nyűgje)
Ez sem kérdés – kötelező. Az ideális fűtés egy 24 V-ról üzemelő szilikon fűtőlapos szendvicsszerkezet lesz, vagy esetleg ennek a 12 V-os, picit lassabb tesója. Az Ultimakeren most a 24 V-os verzió van fent, ami brutálisan gyors és nagyon egyenletesen fűt. Meglátjuk, hogy találok-e beszerzési forrást. Az is kérdéses még, hogy legyen-e fém a tárgyasztalban, illetve hogy mechanikusan rögzítsük-e a legfelső réteget vagy inkább magas hőmérsékleten is tartó kobalt-szamárium mágneseket használjunk, amin gyorsabban és könnyebben cserélhető a nyomtatási felület?
Automata tárgyasztal kalibrálás
Ez egy nagyon fogós ravasz kérdés! Ahhoz, hogy a tárgyasztalt ne kelljen állandóan beszinteznünk, egy úgynevezett proximity szenzort kell az olvasztófej mellé építeni, amivel megméretjük az olvasztófej által bejárt sík és a tárgyasztal síkjának eltéréseit. A proximity szenzorok fémet érzékelnek, főleg az acélt szeretik, de azért megy nekik az alumínium is, csak közelebbről. Szerencsére már találtam olyat, amelyik ~7 mm-től képes látni. A rengeteg research közben azonban ráakadtam egy másik, félautomata, ám zseniális kalibrációs megoldásra – az Ultimakeren már használom a “kistesóját” és azt kell mondjam, hogy tökéletesen működik. Jelenleg azt gondolom, hogy intergráljuk majd mindkét megoldást 🙂
Hőkamra
Talán az egyik legfontosabb tulajdonság, ami nélkül neki sem állnék az egésznek – miatta lesz t-slot profilból a váz és akrilból a falak. Ha nincs hőkamra és nem tudsz 70 ℃-t csinálni, akkor akármit teszel, a genya ABS bizony fel fog kunkorodni. Persze lehet ABS juice-szal és egyébb anyagokkal fokozni az ojjektum tapadását, ám ez kétélű fegyver: amikor kész a print, azt el is kell távolítanod a tárgyasztalról egy darabban és én ezzel nem akarok semennyit sem szenvedni. Ki akarom emelni egy mozdulattal a tárgyasztalt, rátenni egy erre a célra tervezett hűtőfelületre, hogy olyan gyorsan lehűljön, amennyire csak lehet és a kihűlt tárgyasztalról egy könnyű mozdulattal akarom roncsolásmentesen leszedni a kész modellt. Már megtaláltam a fűtőelemet, fejben nagyjából kész a konvekciós levegőkeringtetés is, a hőszabályzó is itt van mellettem bedobozolva, csak tesztelni kell 😉
Belső megvilágítás
Nem kérdés, 6500 K hidegfehér ledek kellenek, ám a böszme hosszú ledcsík helyett valószínűleg pár SmartArray led blokkot használunk majd.
Porszűrő a nyersanyagtovábbításnál
Ez egy kis dobozkába gyömöszölt szivacs, mondjuk, hogy kész van 🙂
Computer függetlenség
Ezt egy Raspberry Pi és egy OctoPrint disztró lefedi, de jelenleg annyira bele vagyok szerelmesedve a Simplify 3D szoftverbe, hogy ez lehet, hogy az első körből kimarad.

Hogyan tovább?

Van még nyitott kérdés bőven, ideömlesztem őket, javarészt magamnak – jó idejekke ezekkel fekszem/kelek. Ha valamit nem értesz, de érdekelne, commentben kérdezz, mesélek szívesen – ha pedig ötlet/javaslat van, azt is nagyon szívesen veszem és a neved a végén természetesen megy a printer tervezői közé 🙂
  • Elfogadható árú t-slot aluprofil forgalmazót kell találni, aki méretre vágva szállít.
  • Érdemes-e elkölteni ~300 EUR-t vízhűtésre, vagy legyen mindenen ventillátor inkább?
  • Le kell tesztelni, hogy a konvekciós légmozgás elég-e az aktuálisan nyomtatott ABS réteg hűtéséhez (valamint nem fog-e layer bonding problémát okozni ez a megoldás), vagy muszáj lesz a hotendet szállító kocsira ventillátor foglalatot építeni. Ha csak az utóbbi lesz működőképes, akkor ki kell okoskodni valami általánosan használható szigetelést is a hotendekre.
  • Nyomtatófelületnek meg kell próbálni méretre vágott üvegszál erősített poliether-imid lap értékesítőt keresni – ha ez nem megy, akkor marad az üveglap + 3M 468 + PEI kombó.
  • Ideális esetben találunk olyan gyártót, aki egyedi méretre és formára képes törpefeszültségről üzemelő szilikon fűtőelemet készíteni akár kis darabszámban is. Ha ez nem megy, akkor maradnak a standard méretek és újra kell gondolni a félautomata kalibráló mechanikát is.
  • A tárgyasztal szilikon fűtőeleme alá 170 ℃-t bíró vékony (2-5 mm) szigetelőlapot kell találni – az AeroGel megoldás lehet, de sajnos porol, jobb lenne erre a célra egy kerámiaszövet.
  • El kell dönteni, hogy a végállás szenzorok mágneses hall effect szenzorok legyenek, vagy inkább optikaiak (a mechanikusakat már kizártam, utálom mindet, amit próbáltam).
  • Z tengely mozgatásánál maradjunk a hagyományos trapézanyánál, vagy próbálkozzunk meg a karbantartást nem igénylő DryLin trapézanyákkal?
A következő posztban már remélhetőleg ízekre tudjuk szedni a készre tervezett mechanikát – stay tuned! ]]>

12 thoughts on “3D nyomtatás: CL3D – kezdjünk el fejben építeni

  1. Ger

    1. A T-slot szerelvényeket Magyarországon gyakran csak Bosch-profil néven emlegetik, mivel a Bosch-Rexroth rendszer eléggé elterjedt. Ha így keresel rá, itthon talán több találatot kapsz. Én aluprofil-ügyben a Martin-Metal-t ajánlanám (http://www.metalproduct.hu), náluk igaz, hogy 6m-es szálak vannak, de szeletelnek is.
    2. A végállás kapcsolóra az indukció-elven működő kapcsoló lesz a megoldás (proximity switch). Itt egy végtelenül olcsó (http://jimou.en.alibaba.com/product/445433528-212354778/_D3_with_cable_led_proximity_switch.html), de van made in Germany is, ha rákeresel. A lényege, hogy nagyon könnyen szerelhető (4mm-es furat, oldalról egy csavar) és nagy légrést is bírnak (1mm is!). De a legjobb, hogy van rajtuk egy LED, ami jelzi neked beállításkor, hogy mikor kapcsol. Ámbátor a kapcsolása hiszterézises (máshol kapcsol ki-be, mint be-ki irányban), de azt meg szoftverből megoldod.
    3. A többihez meg sok sikert!

    Reply
  2. eFi Post author

    Ger: köszi!
    1. Bosch Rexrothra kaptam már ajánlatot, próbálok még többfélét összevadászni.
    2. Indokot tudsz mondani arra, hogy miért induktív proximity switchet használjak végállásnak és miért ne hall effect sensort vagy optikai elvű endstop detektort?

    Reply
  3. Ger

    Az optikai szenzor érzékeny a koszra és a fényszennyezésre. El kell gondolnod azt is, hogy mi a trigger: a fénysorompónál egy zászlócskát szoktak használni (beletalálsz a sorompóba?), a reflektívnél meg egy felületet az “aktív” állapotra, de ott meg ki kell gondolni azt, hogy mi legyen a “passzív” állapotban, magyarul ne legyen semmi ott, ha nem kell.
    A hall szenzor jelének a feldolgozásához sok sikert kívánok: általában van bennük egy erősítő meg egy tranzisztor (ami kapcsol) és ha szerencséd van, akkor úgy méretezik, hogy a pont a szenzor fölé érkező és pontosan tájolt mágnes pont kapcsoljon a tranzisztoron keresztül. Nem lehetetlen és olcsó is, bár a pontossága kétséges. Ne tévesszen meg a hall-szenzoros rotary vagy linear encoder, ott hídba kapcsolnak kettőt és kikapuzzák a négyszögjelet.
    Egybites infohoz induktívot tennék: egy fémcsík mentén konstans távolságban mozgatod a “pipát” és a fémcsík végén meg a megnövekedő légrés kapcsol. Akár NO, akár NC, már mehet is be a Pi-be.

    Reply
  4. eFi Post author

    Kicsit kevés a tech spec, de így első látásra:
    + robosztus fém ház
    + minden irányban golyósorsó mozgat, a 4 μm pontosság brutális
    + hotend fűtőblokkja szigetelt, nem hűlhet túl
    + nagy ötlet a teljesen kiszedhető megmunkáló fej – karbantartani is valószínűleg nagyságrendekkel könnyebb
    + kenést nem igénylő, portűrő DryLin lineáris csapágyakat használnak, ami mostanában nagyon tetszik
    + direkt extrusion van, megint csak plusz pont nekik
    + 2500 USD szerintem korrekt
    ? heated bed van, de csak mint upgrade
    ? nincs auto bed leveling, viszont valami más okosságot kitaláltak már
    ? 8x8x10 inch build volume épp elég, lehetne picit nagyobb
    ? nem látom a szoftvert, ami hajtja
    ? j-head-et használnak hotendnek, ami nem all metal konstrukció, viszont akár jó is lehet (=sok jót olvastam róla, de még sosem próbáltam)
    – nincs temperált hőkamra (enélkül az ABS print kín-szenvedés)
    Verdikt: VEGYED, jó kis gép lesz ez.

    Reply
  5. Ger

    A 4 mikronnak azért ne nagyon dőljetek be! Ez legfeljebb az encoder pontossága, amihez képest a végeredmény ilyen béna vonóorsós mechanika mellett jó, ha 100mikron alá bemegy.

    Reply
  6. eFi Post author

    Ger: köszi! Erről igazán mesélhetnél, látom, hogy ott a tudás a fejedben 🙂 Én maradni fogok a GT2 szíjhajtásnál, Z tengelyen meg a trapézmenetnél, ám lineáris csapágyak helyett valószínűleg IGUS DryLin-ek lesznek csatasorba állítva.

    Reply
  7. Ger

    Micsoda szerencse, hogy ilyesmivel foglalkozom!
    Feladat: mozgasson egy tárgyat (nyomtatófejet) egy derékszögű (X-Y) koordinátarendszer két pontja között.
    Egyszerűsítések, megjegyzések:
    – a mozgásnál nem vesszük figyelembe a pályát (trajektória), mivel a kiindulási és végpont közötti utat egyenesnek tekintjük, felosztjuk kis egyenes szakaszokra (D-kód). A legrövidebb szakaszt úgy határozzuk meg, hogy az időben egyszerre történő X és Y mozgás együttesen egyenest adjon. <- ez speciel egy egészen kemény feltétel a pontos mozgatáshoz, könnyen teljesíthető
    – az X és Y mozgást külön-külön egyenesnek tekintjük <- vajon egy lineáris csapágy mennyire egyenes?
    – az elméleti koordinátarendszerem legyen mikronos felbontású <- a gyakorlati koordinátarendszerem milyen felbontású?
    – ha a forgómotorod tengelyén van egy rotary enkóder, akkor egy koefficienst kell megállapítanod az egyenes vonalú mozgásra való átszámításhoz. Ez lineáris az egész tartományon?
    – ha lineáris enkódered van, akkor azt hogy hozod össze a motoroddal szabályzástechnika nélkül?
    Szabályzás vs. vezérlés
    Eddig nekem úgy tűnt, hogy vezérelni akarsz (open loop). Ebben az esetben a célra állás milyen megközelítéssel történik: trapezoid (gyorsulás-konstans-lassulás) mozgási profilt (útvonal tervet) tud esetleg számítani a vezérlőd, de hogy jön össze a real time pozícióval? Növelheted a pontosságot lassítással (vö. a túllövések), de a végpozíció így is csak terv marad, a tény nincs leellenőrizve.
    Ha szabályzol (closed loop), akkor: mekkora a kör által okozott slip, milyen gyors a szabályzód és milyen a felbontása. Manapság szerencsére a szabályzástechnika minden eleme rendben van: az elektronikák gyorsak, a szoftverek tanulnak, a szenzorok felbontása nagy (mi 0,5 mikronos lineáris skálákat használunk lassan egy évtizede). Itt már lehet a profilokkal is játszani, hiszen ha az overshoot bekövetkezik (túlmegyünk a célon), akkor visszafele is mozoghatunk. Ha ez nem megengedett, akkor is van lehetőség menet közben startégiát váltani.
    Az Igusnál nézd meg az energialáncot is! Elég jók, könnyen szerelhetőek.
    A kenésmentes csapágy nem létezik (http://hiro.alliancehorlogere.com/en/Under_the_Loupe/An_overview_of_Modern_Lubricants_Used_in_Watchmaking), de a minimális kenésű talán igen 🙂
    Fejlesztési ötlet, csak hogy lelkesedj
    Ha már tökéletesen működik a CL3D, akkor gondolkozzál el egy olyan duplafejes, kétanyagos megoldáson, ahol a második fej olyan anyagot tud nyomtatni, amit később ki lehet a végeredményből oldani valahogy. Ez a cavity (üreg) képzést tenné lehetővé, amivel hatalmasat lehetne szakítani. Nem is kell ABS, vagy ilyesmi anyagokban gondolkodni, hanem pl. apró sócseppeket diszpenzálhatnál, ami gyorsan kikristályosodik, erre rányomtatsz, majd kiöblíted. A technika létezik az elektronikai kerámiaiparban (http://en.wikipedia.org/wiki/Co-fired_ceramic), de 3D nyomtatásban még nem láttam, de nem is nagyon olvasok ilyesmit (kivéve az adafruit.com-ot).

    Reply
  8. eFi Post author

    Ger: ehhez az én agyam sajna öcsi 🙂 Odáig jutok el, hogy létező elektronikával, létező firmware-rel összeszerelek majd egy printert, ami az én trial-error köreimből leszűrt pozitívumokat majd mind igyekszik tartalmazni, a negatívumoktól meg igyekszem majd távol tartani magam. Szóval én csak építek, kódolni ebbe a világba nem terveztem.
    IGUS energy chain lesz, nagyon szimpatikus.
    Oldható support: létezik már, csak nem olcsó játék. Polivinil-acetátból állítanak elő hidrolízissel polivinil-alkoholt (=PVA), amiből a standard nyersanyaghoz hasonló szálat készítenek. A PVA 230 ℃-on olvad, plusz vízoldható, így tökéletesen alkalmas a feladatra. Ilyen nagy eséllyel nálad is lehet otthon: PVA-ba csomagolják a mosogatógéptablettákat és a folyékony mosószer bogyókat is. Sajna egy kiló PVA 100 USD körül van, ami meg már karcolja az SLA resinek árát – SLA printereknél ugye meg nincs support probléma.
    frameborder=”0″ allowfullscreen>

    Reply

Leave a Reply

Your email address will not be published.