В данном материале будет описан процесс создания бюджетного 3D принтера своими руками. Цена готового изделия может быть менее 100$, поскольку такой 3D принтер, названный e-Waste, на 80% состоит из старых электронных устройств и компонентов.

Собирая принтер, калибруя и настраивая его направляющие и другие механизмы, вы поймете, как работают системы станков ЧПУ, а также сможете научить машину реагировать на инструкции g-кода.

Необходимые компоненты:

Два стандартных привода CD/DVD, взятых из старых ПК
Один привод флоппи-дискет


Убедитесь, что двигатели привода дискет являются шаговыми двигателями, а не моторами постоянного тока.


Шаг 2: подготавливаем двигатели

Компоненты:

Три шаговых двигателя из приводов CD/DVD
Один шаговый двигатель NEMA 17. Этот мотор мы задействуем для экструдера пластика, поскольку он более мощный
Плата RAMPS или RepRap Gen6/7
Источник питания ПК
Провода, разъем типа «мама», термоусадочная трубка


Первое, что нам нужно сделать, это припаять провода к шаговым моторам. Желательно сохранять цветовую маркировку, которую можно найти в документации на двигатели (для двигателей приводов CD/DVD и для NEMA 17).


Шаг 3: подготавливаем источник питания

Следующий шаг заключается в подготовке источника питания для нашего проекта. Прежде всего, мы соединяем два кабеля друг с другом (как показано на рисунке), чтобы напряжение питания было подано сразу при включении источника. После этого мы берем один желтый (12 В) и один черный провод (GND) для питания контроллера.


Шаг 4: Arduino IDE

Теперь нам нужно проверить двигатели. Для этих целей мы воспользуемся Arduino IDE (версия Arduino 23). После этого нам нужна прошивка, которую можно взять отсюда.


Затем соединяем компьютер с платой Ramps/Sanguino/Gen6-7 с помощью кабеля USB. Выберите нужный порт и плату (например, Ramps(Arduino Mega 2560).


Описание основных параметров и всех конфигурационных параметров находится в файле configuration.h. В среде Arduino откройте скачанную прошивку (Marlin) и найдите конфигурационные параметры прежде чем загружать прошивку в контроллер. Значение #define MOTHERBOARD 3 соответствует определенной аппаратной платформе (Ramps 1.3 or 1.4 = 33, Gen6 = 5, …). Значение PID может сделать сопло экструдера (hotend) более стабильным в плане температуры. Значение stepspermillimeter является очень важным при настройке. Подробнее его мы рассмотрим ниже.


Шаг 5: управляющая программа принтера


Существует несколько доступных программ для управления принтером (Pronterface, Repetier и т.п.). Мы воспользуемся Repetier Host, которую можно взять здесь. Ее легко установить и интегрировать слайсер. Слайсер представляет собой часть программного обеспечения, которая генерирует последовательность секций объекта, который мы хотим напечатать. Эти секции разбиваются на слои, и создается g-код. Слайсер можно настроить посредством таких параметров, как высота слоя, скорость печати, процент заполнения и пр. Слайсеров сегодня также немало, и мы воспользуемся Skeinforge (профиль для Skeinforge).


Шаг 6: подключение и регулирование интенсивности тока

На данном этапе мы будем тестировать двигатели для нашего принтера. Соедините компьютер с платой контроллера с помощью USB-кабеля. Запустите Repetier Host и выберите соответствующий последовательный порт. Если соединение пройдет успешно, то вы сможете управлять моторами в ручном режиме.

Чтобы предотвратить перегрев двигателей при частом их использовании, мы отрегулируем интенсивность тока, который они потребляют. Эта процедура должна быть выполнена для каждой оси каждого мотора. Для этого нужно соединить мультиметр последовательно между источником питания и контроллером. Мультиметр должен показывать ток в амперах. Теперь снова включаем питание при соединенном компьютере с контроллером. При ручном управлении через интерфейс Repetier ток должен возрастать на определенное количество миллиампер. Для каждой оси это количество может немного отличаться. Путем установки потенциометров следует добиться следующих токов. Потребление платы должно быть в районе 80 мА, токи для осей X и Y нужно установить в 200 мА, для оси Z и для привода экструдера 400 мА.


Шаг 7: создание корпуса 3D принтера

Шаблон для создания корпуса 3D принтера e-Waste можно взять отсюда. Предпочтительно его вырезать из акрила толщиной 5 мм, хотя можно использовать и другие материалы, например, дерево. Конструкция корпуса позволяет собрать его без использования клея. Все детали крепятся благодаря механическим креплениям и болтам. Данный CAD-файл можно изменять, поэтому перед созданием корпуса убедитесь, что все крепления подходят для ваших двигателей, в противном случае подкорректируйте рисунок.


Шаг 8: калибровка осей X, Y, Z


Хотя в скачанной программе Marlin есть стандартная калибровка разрешения осей, все же для более точной печати нужно выполнить калибровку вручную. Здесь мы зададим программе количество шагов на миллиметр, которое необходимо принтеру. Это значение напрямую связано с количеством шагов на оборот двигателя и размера ленты, по которой этот двигатель перемещается. Проделав это, мы будем уверены, что движение наших моторов будет соответствовать дистанциям, заданным в g-коде. Также попрактиковавшись в этом деле, вы потом сможете самостоятельно построить свой станок ЧПУ с другими размерами и деталями.


В данном случае оси X, Y и Z имеют направляющие одного размера, поэтому калибровочные значения будут для них одинаковыми. Сейчас нам нужно посчитать, сколько шагов двигателя необходимо для перемещения экструдера на 1 мм. Это зависит от радиуса шкива, шагов на один оборот, наших настроек управляющей электроники (в нашем случае 1/16 будет значить, что на один сигнал будет приходиться 1/16 шага).


Итак, нам нужно установить в программе количество шагов на миллиметр (stepspermillimeter). Проведем процедуру для оси Z. Используя Repetier, мы сообщим оси Z движение на определенную дистанцию, и измерим пройденное расстояние. Например, мы укажем перемещение 10 мм и измерим 37.4 мм. По умолчанию в программе количество шагов для осей и экструдера X=80, Y=80, Z=2560, EXTR=777.6. То есть, в данном случае искомое N = 2560. Но теперь новое значение будет N = N*10/37.4 = 682.67. Для достижения лучшей точности следует повторить эту процедуру 3-4 раза. И так для всех осей.


Шаг 9: экструдер

Для экструдера следует использовать шаговый двигатель NEMA 17 и привод шестерни MK7/MK8. Также нужно напечатать детали к экструдеру: шкив, корпус и держатель hotend’а.


Пластиковая нить после попадания в экструдер с помощью привода подается в нагревательную камеру или hotend. Между приводом и hotend’ом должна быть тефлоновая трубка для направления пластиковой нити.


Для настройки потока подачи пластика мы возьмем кусок этого пластика и измерим расстояние, например, 100 мм. В программе Repetier укажем выдавливание (extrude) 100 мм и замерим реальное расстояние. После этого повторим операции предыдущего шага.


Шаг 10: первая печать


Теперь наш 3D принтер должен быть готов для первого теста. Для печати задействуем нить диаметром 1.75 мм. Теперь нам нужно в Repetier Host активировать необходимые профили слайсинга, которые доступны для слайсера Skeinforge. Можно загрузить некоторые профили отсюда. В качестве первой модели лучше взять простой кубик 10x10x10 мм. Откройте соответствующий stl-файл и создайте для него g-код. При настройке лучше выбрать температуру печати 190-210 градусов при печати пластиком PLA. Затем нужно убедиться, что печать начинается в стартовых координатах (x=0, y=0, z=0), и печатающая головка расположена достаточно близко к платформе. Расстояние между ними должно быть примерно равно толщине листа бумаги. После этого можно начинать печать.