Каждому 3D принтеру — по рельсам


Давно хотел написать статью о своём положительном опыте переделки 3D принтера с линейных стержней на рельсы, похоже время пришло.

В ходе этой статьи расскажу, что и как я делал, возможно, мой опыт кому-то поможет перевести свою рабочую лошадку на рельсы.

▍ Итак, начнём-с.

Казалось, не так давно была мечта о приобретении 3D принтера, сбывшаяся мечта, принтер ANET E16 был заказан в далёком 2019 году из страны дядюшки Ляо.

image

На удивление принтер пришёл достаточно быстро и коробка почти без вмятин 🙂 Естественно, принтер был собран в тот же вечер и поставлены тестовые печати: кубики, коробочки, башенки. Провозился до поздней ночи. Определялись оптимальные настройки, подстраивался, выравнивался стол раз цать. Уххх как вспомню, так вздрогну. На настройку принтера для достижения приемлемой по качеству печати ушло примерно 2 недели, но учиться работать с этой чудо-машиной приходилось на ходу, каждый раз решать сразу несколько задач и не всегда последовательно. Когда опыты приводили к хорошим результатам, это радовало, значит, есть куда расти.

После 2 месяцев эксплуатации, практически в ежедневном режиме печати, стал замечать, что при движении стола вперёд и назад (ось Y) по описанию стальные стержни диаметром 8 мм (по факту оказались покрытые никелем стержни из низкосортной стали ) и линейные подшипники LM8UU — скрипят и стол шатает, как будто на ухабах катается. Два стержня плюс 4 подшипника, сначала посмотрел не сухие ли они — смазка присутствовала. Дело оказалось в нагрузке на стол и соответственно на направляющие стержни и подшипники.

image

Вдоль направляющих постепенно нарисовались дорожки из задранного материала стержней.

▍ С этим надо срочно что-то делать!

Два элемента мешают достичь точности печати и плавности хода стола:

«Плавающий стол», выводишь стол в «нули» перед началом работы принтера, а после начала работы непредсказуемым образом стол ведёт в любую из сторон света, т.к. если подшипники работают неравномерно, то перекосы, заклины обеспечены, дело времени.

image

«Малая нагрузочная способность» стола, соответственно и стержни маловаты и подшипники слабоваты.

Прикинул, при размере модели с максимальным параметром печати принтера и со 100% заполнением получим какой вес должна выдерживать платформа на самом деле и от этих результатов искать решение проблемы.

image

При размере стола 300 на 300 на 400 мм (0,3м на 0,3м на 0,4м) получаем объём 0.036 м^3 или 36000 см^3 и при весе пластика PETG 1,27гр./см^3 (PETG взят для образца, т.к. чаще всего работаю с ним) платформа должна выдерживать на двух направляющих стержнях массу M=36000 см^3 *1,27 гр/cм^3 = 45 720 грамм или примерно 46 килограмм. Даже если принять во внимание, что подшипники распределяют нагрузку на три неравных части, грубо 46кг / 3, получаем по 15 с копейками килограмм на треть длины стержней 50см / 3 = 16,6(и 6 в периоде) сантиметров в идеальном случае. С учётом того, что линейность стержня вдоль линии перемещения ключевая характеристика и в идеале вообще не должна изменяться, в моём случае стержни просто гнутся и это при том, что я никогда не давал им максимум по нагрузке. Понимая, что такого веса стержням не сдюжить, ушёл на пару дней читать книги, гуглить и перечитывать десятки форумов, дабы узнать, как люди с этим живут и радуются жизни прямому перемещению стола 3d принтера?

Как показал поиск и результаты чтения книг и форумов, всё придумано до нас.

▍ Выход есть! Рельсы наше всё!

В большинстве вариантов предпочтение отдаётся именно рельсам с каретками, как например, эти MGN12H. В моём случае каретки идеально подходили по размерам и высоте, т.к. на наконечниках рельс ещё придётся устанавливать штатный концевой микровыключатель.

image

Внутреннее устройство показано ниже.

image

Сами рельсы, каретки и подшипники изготовлены из прочной стали. Заказывал в Китае, у продавца с хорошими отзывами. Фирменные рельсы и каретки от фирмы HiWin стоят как маленький самолёт, но они гарантию дают на свой рельсы и каретки.

Оценим «грузоподъёмность» рельсы и каретки:

  • Грузоподъёмность стат. 5.88 кН
  • Грузоподъёмность дин. 3.72 кН

кН — килоНютон, килоНьютон Карл!, это не ошибка, в статике получается, рельса с кареткой выдержит массу в кг: 5,88*1000 /10 = 588 кг выдержит и не сомнётся и не продавится. Два раза пересчитал, вдруг ошибка, не верится даже. На длине рельсы в 500 мм, под нашим столом рельсы с каретками даже не шелохнётся, а до прогиба запас прочности просто огромный. Не представляю, что можно катать на таких малипуськах, прям лилипуты на стероидах.

Преимущество рельс и кареток описывается очень просто, они изготавливаются с очень высокой точностью, люфты настолько малы, что когда двигаешь каретку по рельсе кажется, что она не катится, а течёт по рельсе. Ход настолько плавный, что диву даёшься, как такое количество подшипников-шариков слаженно работает. Тот, кто придумал такую конструкцию гений.

Т.к. придётся работать с точными размерами и понадобится рабочий принтер для печати новых деталей, принял решение отмоделировать сначала в 3D редакторе все детали и не зря, т.к. подгонка в «железе» занимает гораздо больше времени чем в 3D редакторе.

image

Нарисовал все важные элементы: новые наконечники — универсального типа, можно ставить на любое место, включая и под концевой микрик.

image

подложку между кареткой и рамой стола — очень удобно настраивать стол после сборки всей конструкции.

В итоге после моделирования получилось достаточно надёжная, прочная и простая конструкция.

image

Напечатал в последний раз, со скрипом, все нужные детали. Снял наконечники, стержни с подшипниками. Установил все детали, соединил винтиками всё вместе, вот что получилось.

image

Установил подпружиненную основу стола на штатное место, вставил винты в места крепления наконечников и затянул по родным креплениям. Вот тут-то меня и ждал сюрприз. Стол доезжал до середины и дальше не хотел ехать, как будто упирался во что-то, ответ пришёл из мануала по рельсам… допуск на параллельность…

image

Нас интересует средняя точность — колонка Н, для длины от 500 мм, Параллельность может отклоняться на 131 микрон, не более. С микрометром не напрыгаешься, особенно в движении.
Принято решение дать этой динамической системе самой выровняться и самоюстироваться.
Как показало время — решение было правильным. Ослабив все винты крепления наконечников, через 2-3 печати тестовых заданий, рельсы встали так, как и должны. Каретка со столом каталась на полную длину без заеданий и остановок. После чего винты были затянуты.

Своим техническим решением очень доволен. Трудозатраты и время, не такие большие, как многие думают, которые я вложил в конструкцию принтера, полностью себя окупили, печатаю с января 2020 года и по сей день всё работает идеально. И каждый раз, наблюдая как работает принтер, радуюсь как слон 🙂

▍ В конечном счёте получилось достигнуть следующего

  • Качество печати улучшилось.
  • Точность при печати стала на уровне 0,01-0,03 мм.
  • Не нужно каждый раз настраивать и калибровать стол, не ведёт его, стоит мертво.
  • Скорость печати увеличилась, при сохранении качества.
  • Тихая работа кареток по рельсам, принтер во время работы практически не слышно.

Прикладываю видео результата того, что получилось в итоге.

Для всех кто захочет повторить этот путь, вот ссылочка на Thingiverse

Если будут вопросы, всегда отвечу.

Читайте так же:

  • Google обновил алгоритм борьбы со спамомGoogle обновил алгоритм борьбы со спамом Google обновил алгоритм. Который борется со спамом. Об этом сообщил сотрудник компании Дэнни Салливан в Twitter.  Обновление поиска. Которое Салливан назвал «спам-апдейтом» (spam update). Было запущено 23 июня. Завершилось обновление в этот же день.  На следующей неделе Google […]
  • Наполнение сайта вакансии удаленноНаполнение сайта вакансии удаленно Вы когда-нибудь мечтали о работе, которая не была привязана к офису? По мере того как революция удаленной работы начинает доказывать. Что работа не обязательно должна происходить в физическом офисе. Профессионалы во всем мире осознают. Что карьера-это нечто большее. Чем поездки на […]
  • Карты Google будут адаптировать результаты поиска к локации и времени дняКарты Google будут адаптировать результаты поиска к локации и времени дня На конференции I/O 2021 Google представил несколько обновлений в Картах. С точки зрения локального SEO самым интересным из них является то. Что Карты начнут подстраивать результаты поиска. Исходя из времени дня и местоположения пользователя. «В скором времени Карты будут адаптировать […]
  • Две версии Huawei Watch 3 со включенным экраном позируют на официальных изображенияхДве версии Huawei Watch 3 со включенным экраном позируют на официальных изображениях После появления первых фотографий на сайте Huawei Central опубликовали официальные рекламные изображения новых умных часов Huawei Watch 3, которые должны быть представлены на следующей неделе. Судя по этим изображениям. Huawei Watch 3 будут доступны в двух версиях: с черным корпусом и […]