Изготовление 3д принтера своими руками. Электронные части и механика для них

Современный аддитивный принтер – удовольствие не из дешевых. Чтобы стать владельцем высокотехнологичной «машины», придется выложить несколько сотен, а то и тысяч долларов. Многие сторонники трехмерной печати задаются вопросом, как собрать 3d принтер своими руками? Если устройство может воспроизводить детали любых форм и размеров, почему бы не попробовать напечатать точно такой же принтер?

Самовоспроизводство, как альтернатива коммерческим моделям

В действительности инженеры уже не первый год бьются над тем, чтобы сделать технологию трехмерной печати общедоступной.

Впервые о самовоспроизводящихся механизмах заговорили в 2004 году. Проект получил название 3d принтер reprap. Аппараты данного типа могут воспроизводить точные копии своих комплектующих.

Первым стал принтер под названием «Дарвин». Ему удалось воспроизвести около 60% своих деталей для дочерней копии. Ему на смену пришел «Мендель», способный работать не только с пластиком, но и мраморной пылью, тальком и металлическими сплавами.

Несмотря на то, что принцип reprap завоевал доверие среди пользователей печатным оборудованием и приобрел огромную популярность среди инженеров-любителей, его нельзя назвать совершенным.

Базовая стоимость стандартной платформы для создания себе подобных клонов составляет 350 евро. Профессиональный самовоспроизводящийся аппарат, способный печатать собственный электрические схемы стоит 3000 евро.

В обоих случаях покупателю придется приложить немало усилий для того, чтобы его копия заработала в полной мере.

Собираем 3d принтер

Прежде всего, придется раскошелиться на детали и комплектующие, которые на сегодняшний день невозможно целиком изготовить на обычном принтере. Начинающему инженеру придется докупить, самостоятельно установить и откалибрировать:

• — датчики для измерения температуры сопла экструдера и нагревательного стола;
• — шаговые двигатели, приводящие в действие печатную головку и платформу построения;
• — контроллер шагового двигателя;
• — концевые датчики для определения «нуля»;
• — термисторы;
• — нагреватель экструдера и рабочего стола.

Вышеперечисленные запчасти подбираются исходя из габаритов устройства и целей, которые перед ним ставятся. Суммарный бюджет самодельного аппарата может легко сравняться с себестоимостью недорогого FDM-принтера со средним качеством печати.

Reprap принтеры — полуфабрикаты в мире 3D

В действительности собрать 3d принтер своими руками сложнее, чем может показаться на первый взгляд. К сожалению, технология reprap далека от совершенства и ориентирована в первую очередь на людей с инженерным образованием. Для всех остальных предусмотрены комплекты, которые можно собрать воедино руководствуясь инструкцией и твердо держа в руке отвертку.

Например, DLP-принтер Sedgwick v2.0 Kit. Фотополимерный аппарат предназначен для печати моделей из акрила. На выбор предлагается два варианта устройства: с баком объемом 75х75х50мм и 75х75х120мм. Готовый прибор способен печатать с минимальной толщиной слоя 100мкм.

В свою очередь, набор Engineer (Prusa i3) позволяет собрать принтер для послойного наплавления ABS и PLA пластиком с толщиной наносимого слоя 0,3-0,5мм. Объем рабочей камеры составляет 200х200х180мм.

Наборы для самостоятельной сборки постоянно совершенствуются. В 2015 году в продажу поступили первые принтеры серии PRotos v3, немецкого производителя German RepRap. Устройство как и остальные модели подобного типа, продается в разобранном виде.

Но производитель учел предыдущие недочеты и представил комплект, собрать который стало намного проще, чем когда-либо ранее. Новинка снабжена уже готовой платформой для печати, алюминиевыми армирующими опорами, придающими ей дополнительный запас прочности, катушкой фирменного кабелями с подготовленными разъемами, а также собранными платами.

Если раньше самостоятельно собрать корректно работающий принтер было практически невозможно, то благодаря стараниями немецких инженеров, каждый покупатель получил возможность своими руками собрать устройство для трехмерной печати, оборудованное двумя экструдерами.

Примечательно, что инженеры компании PRotos v3 решили не ограничивать возможности печатной машины и обучили ее работе со всеми известными видами пластика, такими как ABS, PLA, PP, PS, PVA, smartABS, Laybrick, Bendlay и Laywood.

Стоимость комплекта составляет 999 евро. С другой стороны, собранный на заводе принтер продается по цене 1559 евро.

Как самому собрать 3d принтер из подручных материалов

За место в категории «самый дешевый 3d принтер своими руками» могут соревноваться сразу два кандидата. Модель EWaste обойдется не дороже 60 долларов, при условии, что вы сможете найти подходящие детали, позаимствованные из старых электроприборов.

Вам понадобится два CD/DVD привода, дисковод, компьютерный блок питания, разъемы, термоусадочная трубка и мотор NEMA 17.

Альтернативный вариант – использовать фанеру, гайки, кабеля, болты и алюминиевый лом. Прикрепить все это к пошаговому двигателю и нагревательному картриджу с помощью паяльника. Детальный процесс сборки египетского ATOM 3D вы найдете вот .

Кстати, чтобы обзавестись собственным принтером совершенно не обязательно мастерски орудовать паяльной лампой. Достаточно разобрать несколько копировальных аппаратов. Так, в России появился 3D принтер, собранный из утилизированных лазерных МФУ Xerox 4118 и Xerox M15.

Чтобы воплотить задумку в реальность инженеру понадобились стальные направляющие, три пластиковых подшипника, несколько металлических профилей, 4 моторчика, два из которых поддерживают функцию микрошага. Дополнительно автор проекта задействовал термистор для печки, 3 оптических датчика и соединительные провода.

Возможно, готовый агрегат не блещет дизайнерскими изысками, зато вполне прилично справляется с печатью привычным ABS пластиком. Себестоимость самоделки едва ли превысит 50 долларов, при условии, что некоторые комплектующие были у автора идеи в наличии.

Впрочем, при должной сноровке можно попробовать собрать нечто более совершенное. Китайские инженеры из компании Makeblock специализирующиеся на разработке робототехники, любезно предложили свой «рецепт» недорогой машины для трехмерной печати.

Принтер собирался из подручных инструментов и продающихся на открытом рынке механизмов. Китайские разработчики использовали фирменную раму Makeblock с платформой типа i3, купить которую можно в магазине компании.

За электрическую часть отвечает плата Arduino MEGA 2560+ RAMPS. Устройство управляется с помощью стационарного компьютера с предустановленным специальным программным обеспечением Printrun (скачать).

Какой именно вариант выбрать – решать вам. Самовоспроизводящиеся принтеры стремительно развиваются и эволюционируют. Но такой комплект стоит ненамного дешевле обычной коммерческой модели, так как является полноценной платформой для ускоренного прототипирования. Общественный стереотип, гласящий что rep-rap – это всего лишь бюджетные игрушки, канул в лету вместе с заявлениями NASA.

Оказывается, астронавты планируют в недалеком будущем взять несколько подобных принтеров в космос. По замыслу инженеров, самовоспроизводящиеся принтеры помогут сэкономить полезную площадь и грузоподъемность шатла. Планируется, что они будут использоваться для постройки космических баз на Луне и Марсе.

В качестве чернил 3D принтеры будут использовать мелкодисперсный песок.

Какой именно вариант выбрать – решать вам. Самовоспроизводящиеся принтеры стремительно развиваются и эволюционируют. Но такой комплект стоит ненамного дешевле обычной коммерческой модели, так как является полноценной платформой для ускоренного прототипирования.

Rep-rap 3d принтеры позволяют сэкономить несколько десятков или сотен долларов, но готовый образец придется самостоятельно настраивать, из-за чего качество печати может страдать. Самодельные принтеры – вариант для людей с инженерным образованием и недюжинным терпением.

В статье будет разобран пример, как можно собрать недорогой 3D принтер с вложениями всего 60-70 долларов. В качестве силовых элементов здесь используются самые дешевые двигатели типа 28Byj-48. А что касается электроники, так все задачи выполняет Ramps 1.4 под управлением Arduino . Автором проекта стал парень из Германии, которому 16 лет.
Рабочее пространство принтера составляет 10x10x10 см, а его скорость равна 20 мм/с.

Еще понадобятся МДФ плиты разных размеров, подшипники и другие элементы.

Шаг первый. Переделываем шаговый двигатель
Шаговый двигатель из униполярного нужно переделать в биполярный. Для этого на двигателе 28BYJ-48 нужно открыть пластиковую крышку. Далее нужно найти красный кабель и удалить его, а контактную дорожку разомкнуть. Как это сделать, можно увидеть на фото.
Контакты нужно расположить следующим образом: голубой --> желтый --> оранжевый --> розовый.
После такой модификации двигатель можно будет напрямую подключать к контактам Arduino Ramps 1.4.

Скачать самые новые версии 3D узлов можно по

Желание иметь в своем хозяйстве 3D принтер встречается у многих, но возможность приобрести такой аппарат есть не у всех. Эта статья рассказывает о том, как сделать своими руками очень низкобюджетный принтер, что построенный в основном из переработанных электронных компонентов. В результате работы был построен мелко форматный принтер стоимостью меньше 100$.

Прежде всего, мы узнаем, как работает универсальная систему ЧПУ (сборка и калибровка подшипника, направляющих и пластикового волокна), а затем научимся управлять принтером с помощью инструкций g-кода . После этого добавим небольшой пластиковый экструдер , вставив параметры калибровки, регулятор мощности двигателя и несколько других операций, что приведут принтер к жизни. Следуя данной инструкции, вы получите небольшой «карманный принтер», что на 80% будет состоять из компонентов перерабатываемой электроники, которые придадут ему большой потенциал и помогут значительно снизить стоимость.
Эта статья поможет вам разобраться в более сложных проблемах связанных с утилизацией электронных устройств.

Шаг 1: Координатные оси X, Y и Z

Необходимые компоненты:

• 2 стандартных CD/DVD привода от старого компьютера.
• 1 Floppy дисковод.

Все эти компоненты можно приобрести на местных барахолках. Убедитесь в том, что моторы, которые получены от дисковода – шаговые , а не двигатели постоянного тока.

Шаг 2: Подготовка моторов

Компоненты:
3 шаговых двигателя от CD/DVD приводов;
1 NEMA 17 шаговый двигатель, что необходимо приобрести для проекта. Этот тип двигателя будет использован для пластикового экструдера, где необходимо больше мощности для перемещения пластикового волокна;
ЧПУ электроника: RAMPS или RepRap Gen6/7 . Это важно, чем будете пользоваться Sprinter/Marlin открытой прошивкой. В данном примере будем пользоваться электроникой RepRap Gen6, но вы можете выбрать другой вариант в зависимости от цены и доступности;
Блок питания;
Кабели, разъемы, термоусадочные трубки.
Первое что необходимо сделать, когда у вас появятся шаговые двигатели, это припаять к ним провода. В этом случае 4 провода должны быть на своих местах, в соответствии с последовательностью цветов (описание в паспорте двигателя).
Паспортные данные для CD/DVD шаговых моторов: http://robocup.idi.ntnu.no/wiki/images/c/c6/PL15S020.pdf
Паспортные данные для NEMA 17 шагового двигателя: http://www.pbclinear.com/Download/DataSheet/Stepper-Motor-Support-Document.pdf

Шаг 3: Подготовка блока питания

Следующий шаг заключается в подготовке блока питания, чтобы использовать его в проекте. Прежде всего, соединим два кабеля друг с другом (как показано на рисунке), это позволит включать блок. После этого выбираем один желтый (12 В) и один черный кабель (землю) для питания контроллера.

Шаг 4: Arduino IDE

Теперь необходимо проверить двигатели. Для этого скачиваем Arduino IDE (физическая вычислительная среда), что можно найти по адресу: http://arduino.cc/en/Main/Software.
Нужно загрузить и установить версию Arduino 23 .
После этого скачаем прошивку. В проекте выбор пал на Marlin , что уже настроен и может быть загружен по ссылке.
Marlin:
После того, как была установлена Arduino, подключим компьютер к ЧПУ контроллеру Ramps/Sanguino/Gen6-7 с помощью USB кабеля, выбираем соответствующий последующий порт под Arduino IDE => инструменты/ последовательной порт и находим тип контроллера под => инструментами/плата Ramps(Arduino Mega 2560) , Sanguinololu/Gen6(Sanguino W/ ATmega644P – Sanguino должен быть установлен внутри).
Основные параметры, параметры конфигураций находятся в файле «configuration.h »:
В среде Arduino открываем прошивку, загруженный файл и видим параметры конфигурации, прежде чем загрузить прошивку на наш контроллер.
1) #define MOTHERBOARD 3 значение, в соответствии с реальным оборудованием, мы используем (Ramps 1.3 or 1.4 = 33, Gen6 = 5, …);
2) Термистор 7 значение, RepRappro использует «горячее сопло» Honeywell 100k ;
3) PID это значение делает «горячее сопло» более стабильным с точки зрения температуры;
4) Шаги на единицу (Steps per unit ), это важный момент для настройки любого контроллера (шаг 9).

Шаг 5: Управление принтером с помощью программного обеспечения

Управление принтером осуществляется по средствам программного обеспечения: существуют различные программы, что находятся в свободном доступе, позволяют взаимодействовать и управлять принтером (Pronterface, Repetier, …), в проекте использовался Repetier Host , который вы можете скачать http://www.repetier.com/ . Простая установка и интеграция slicer. Slicer — это часть программного обеспечения, что генерирует последовательные секции объекта, что мы хотим напечатать. После генерации происходит соединение секций в слои и генерация g-кода для принтера. Slicer можно настроить с помощью таких параметров как:
высота секции;
скорость печати;
заполнение и т.д., что важны для качества печати.
Обычную конфигурацию slicer можно найти по следующим ссылкам:
Skeinforge конфигурация http://fabmetheus.crsndoo.com/wiki/index.php/Skeinforge
Slic3r конфигурация http://manual.slic3r.org/

3D печать и 3D принтеры уже давно вошли в обиход, из года в год цена на сами принтеры, комплектующие и расходные материалы падает все ниже и ниже. Читая многочисленные форумы, где владельцы именитых брендовых принтеров стоимостью от 50 000 до 250 000р., жалуются на те же проблемы, что и на дешевых само сборных, я задумался. Если разницы нет, зачем платить больше? Я уже опробовал на практике 2 готовых набора 3D-принтеров из Китая и качеством остался весьма доволен. Остается один интересный момент, что же выходит дешевле? Собрать самому из комплектующих или купить один из наборов?

На фото мой принтер из предыдущего обзора - , переодетый в стальную раму. В принципе я только заменил раму и всё, но принтер стал выглядеть намного лучше. Печатать он особо лучше не стал, до этого и так было все в порядке, но на определенные мысли меня это натолкнуло. Почему обязательно нужно брать наборы с брендом, будто китайский или европейский и переплачивать им, пускай и немного в случае с Китаем, но все же. А если взять комплектующие без рамы, а раму купить уже тут в России? Не выйдет ли это дешевле?
Я начал искать самый дешевый на всеми известном сайте и нашел подходящий за 8 700р. примерно. Цена уже с доставкой.

Давайте рассмотрим этот набор подробнее.

Основа любого 3D-принтера это мозги. Мозги тут стандартные - Arduina Mega 2560 и шилд для нее – Ramps 1.4.
В принципе это стандарт и большинство принтеров собраны на этой схеме. Более дорогие платы, например MKS Gen или Base так же в своей основе имеют ту же Arduin"у.
Главное тут посмотреть Ramps на наличие не пропаянных мест или наоборот лишних наплывов, из-за этого чаще всего у людей бывают проблемы.

Далее. Я вижу в данном наборе присутствует четырехстрочный экран LCD2004 с карт-ридером. Это очень удобное дополнение, я уже год не пользуюсь связкой 3D-принтер + компьютер. Закидываю G-код для печати на карту памяти и принтер печатает автономно.

Красная платка это переходник для Ramps с выводами под этот экран, она есть в комплекте, как и провода для экрана.

Драйвера, провода, концевые выключатели. Это все есть. Драйвера обычные – DRV8825, концевые выключатели на платах, провода без оплетки. Дешево и сердито, но эффективно. К драйверам так же положили радиаторы. Моторы тут так же стандартные для большинства 3D-принтеров, это шаговые моторы NEMA17.

Так же в наборе есть нагревательный элемент для стола – плата МК2А на текстолитовой основе. Для меня это более удачный нагреватель чем версия МК3, который интегрирован на алюминиевую пластину. Дело в том, что я печатаю на стекле и дополнительная прослойка между стеклом и нагревателем мне ни к чему. МК2 быстрее будет нагреваться.


И венцом данного набора является печатающая голова в виде клона E3D версии 5. Голова идет в собранном виде с нагревательным элементом и терморезистором. Недостает только проталкивающего механизма для пластика - экструдера. А так как моторов тут 5, значит нужна только небольшая часть экструдера. Под этот элемент необходим экструдер типа боуден, это значит пластик будет подаваться по ПТФЕ трубке к нагретому соплу. ПТФЕ трубки я на картинке не вижу, хотя продавец пишет что она в комплекте, возможно он имеет в виду маленькую тефлоновую трубку внутри термобарьера.

Теперь чего недостает в наборе.

Ну основной недостающий элемент – это рама. Я покупал 2 типа стальных рам от Nioz и Soberistanok. Nioz собирается легче и не требует никаких печатных элементов, но в комплекте нет болтов. Соберистанок кладет в комплекте болты, но сама рама использует несколько напечатанных элементов, не имея принтера, которых не так просто достать. Обе рамы вырезаны в Челябинске и при цене примерно 3000-3500р. без покраски и весе 3-5 кг. доставляются транспортной компанией. За доставку из Челябинска в Москву за раму я отдал чуть менее 600р.

Тут уже присутствует крепление мотора к раме и используется хорошая каленая стальная шестерня с мелкими зубьями.

Ремень GT-2 можно взять у того же продавца: - 200р., тем более он уже с 2-мя шпулями.

Теперь рассмотрим набор для сборки, например самый дешевый – .
По ссылке производитель указан как Infitary, но это точно клон достаточно популярного Annet A6, возможно с некоторыми доработками.

Давайте сравним его с набором представленным выше. Тут уже есть трапециевидные винты и даже с алюминиевыми демпферами. Установлен более дорогой экструдер типа Direct и уже с обдувом, что положительно сказывается при печати пластиками типа PLA или HIPS.
Нагревательный стол более дорогой – МК3, хотя МК2 для меня более привлекательный. Плата управления не бутерброд из Mega + Ramps а что-то посолиднее, в описании нет названия платы, но на вид там все в порядке, напоминает что-то из линейки MKS.

Присутствует так же экран 2004 с картридером и дополнительно имеется подставка для катушки с пластиком.

Цена за такой примерно 14200р.

То-есть получается разница в примерно 4000р. Что как раз соответствует стальной раме. А принтеры со стальной рамой продают уже за 25 000р., например, в том же Челябинске.

В принципе я подозревал, что взять набор 3D-принтера от Китайцев выходит примерно так же как собирать самому по частям, только в наборе уже все налажено и подходит друг к другу а в самосборном принтере придётся еще и разобраться что куда подключить и повозиться с прошивкой.

Еще один вариант получить недорогой 3D-принтер остается – покупка на авито и пр. через объявления, но тут нужно чаще мониторить доски объявлений в поисках хороших предложений, да и то, в итоге можно получить проблемный экземпляр.

Я начинаю публиковать цикл статей по сборке принтера Ultimaker своими руками. В статьях я расскажу про постройку принтера, начиная от заказа запчастей в различных интернет магазинах и Ali, сборки, программирования и т.д., а так же буду собирать его сам вместе с Вами.

Статьи будут написаны в стиле IKEA - доступно и понятно для любого желающего!

Вы сможете в онлайн режиме вместе со мной собрать 3D-принтер для себя, задать вопросы в комментариях к статьям и получить мои ответы. Статьи будут выпускаться с периодичностью в 2 недели.

Стоимость: принтер обойдётся Вам примерно в 25 тысяч рублей - это будет надёжный и качественный аппарат.

Почему здесь и сейчас?

Почему самодельный? Причин несколько:

• Разумная стоимость. На данный момент принтер обходится в пределах 25 000 рублей. Есть много китайских принтеров стоимостью от 14 до 18 тысяч рублей. Однако, эти конструкторы требуют еще столько же, для того что бы они начали выдавать то что можно назвать 3d-печатью. Эта стоимость заводских принтеров складывается из: маркетинга, зарплаты, инженерных изысканий и т.д. На пути инженерных изысканий я потратил гораздо больше чем 25 000 рублей. Сейчас же я делюсь своими знаниями и накопленным опытом совершенно бесплатно.
• Приобрести 3D принтер это не пол и даже не треть дела, нужно еще научиться им пользоваться! Так вот опыт сборки и настройки дает ощутимый шаг в освоении 3D печати.
• Как владелец и пользователь двух принтеров Ultimaker 2 и самодельного Ultimaker, могу точно заявить, скорость и качество печати у них не отличаются. Они оба прекрасно печатают, при этом экструдер и печатаная голова у Ultimaker 2 более капризная.
• Цикл статьей будет своего рода иллюстрированной инструкцией по сборке и настройке своего личного персонального 3D-принтера. Буду стараться максимально подробно освещаться весь процесс и вести диалог с вами в комментариях.

В качестве принтера для строительства был выбран и взят за основу Ultimaker:

• Он достаточно прост - в сборке.
• Он надежен - как автомат Калашникова.
• Все его чертежи лежат в открытом доступе.
• Он, пожалуй, самый распространенный в мире.
• Инженерные изыскания над ним веду я и другие пользователей по всему миру. Почти все, что есть в этом принтере, собрано из разных мест и доступно в открытом виде.Философский вопрос относительно диаметра прутка может быть 3 мм или 1,75мм – каждый решает сам что ему использовать, выскажу только свое мнение по поводу плюсов и минусов.

• Проще получить пруток более со стабильным качеством, в том числе и в домашних условиях.
• Лучший для Bowden (боуден) экструдера.
• Как правильно в принтерах с прутком 3 мм можно использовать пруток 1,75 мм.
• Перехлесты и зажёвывания в катушках встречаются реже, чем 1,75.

• Мало производителей на данный момент его выпускают.
• Мало различных видов пластика.

• Очень много разных видов пластика.
• Гораздо больше производителей.
• Прекрасен для директ экструдера.

• Не очень хорошо себя зарекомендовал для боуден экструдера (некоторые специалисты возразят, но на это могу ответить только одно – попробуйте, а потом обсудим).

Итак, поехали! Статьи по сборке принтера будут выходить с периодичностью в две недели, по содержанию я наметил примерно следующий план:

1. Этот пост – Вводный. Приобретение всего необходимого.
2. Сборка принтера. Часть первая. Корпус и механика.
3. Сборка принтера. Часть вторая. Электроника.
4. Прошивка и настройка принтера – Marlin.
5. Прошивка и настройка принтера - Repetier-Firmware.

Что необходимо закупить: