CoreXY 3D nyomtató építése (RepRap-XY)

2020. április 26.: Az elmúlt \~5 év tapasztalata a CoreXY-nal kapcsolatban az, hogy még ilyen kis méretben is túl hosszúak a szíjak. A túl hosszú szíjakat eléggé meg kell feszíteni, ami terheli az Y lineáris csapágyakat. Emiatt az Y lineáris csapágyak gyorsabban kopnak. A szíj, ha acélszál erősítés nélküli, megnyúlik, ha acélszállal van erősítve, akkor pedig kicsit darabossá teszi a mozgást. Sokat kell állítgatni a szíjak feszességét. A két szíj feszességének egyformának kellene lennie, de ezt hosszú távon nehéz tartani. Végül úgy döntöttem, hogy átalakítom a nyomtatót, hogy ne CoreXY rendszerű legyen.

Egy CoreXY mechanikájú nyomtatót építettem. Kisebb, gyorsabb, pontosabb, halkabb és kevesebb áramot fogyaszt, mint a korábbi 3D nyomtatóm és jobban is néz ki, az alumíniumprofiloknak köszönhetően. A legfőbb előnye a CoreXY felépítésnek, hogy az X és Y tengelyt mozgató motorok egy helyben állnak, csak forognak: vagyis nem cipeli egyik motor a másikat. Így nagyobb sebességek és gyorsulások érhetők el. A korábbi nyomtatóm X tengelyét a Z-nek kellett tartania, az Y pedig a nehéz ágyat mozgatta alatta. A CoreXY elrendezésben a Z tengely csak az ágyat emeli-süllyeszti a munkadarabbal együtt. A 3D nyomtatás elméletéről régebben itt írtam.

Nyomtatás közben
távolról{width="240" height="320"} CoreXY 3D
nyomtató
(RepRap-XY){width="240" height="320"}

A legnagyobb nyomtatható tárgy körülbelül 200×200×200 mm, ez jóval kisebb, mint a korábbi nyomtató 240×250×290 mm-es tere, ami ráadásul bővíthető. A RepRap-XY terveit használtam fel, kicsit módosítva:

- LM8UU helyett HIWIN UB08AWW lineáris csapágyat használtam, ez 1-1 mm-rel nagyobb átmérőjű és hosszabb (áttervezve: XY-block-top-hiwin.stl, XY-block-hiwin.stl, carriage_hiwin.stl), - az extruder-em eltérő méretei miatt át kellett tervezni még két alkatrészt (j-head-mount-1.stl, j-head-mount-2.stl), - az M8-as anyák és a Z-nut-1.stl alkatrész helyett, kopásálló poliamidból készült anyát használok a Z tengely menesztésére.

Mechanika


Fő részei 20×20 mm-es alumíniumprofilból és 3D nyomtatással készült ABS műanyagból vannak. Ez utóbbiak kék és sárga színűek a képeken, a narancssárga alkatrészek ütésálló polisztirolból más néven HIPS műanyagból vannak. Először az egész gépet alumíniumból akartam építeni, de a RepRap-XY nyomtatót látva, a műanyag alkatrészek mellett döntöttem.

Elektronika


A vezérlésre a szokásos Arduino Mega 2560, RAMPS v1.4, DRV8825 kombinációt használtam RepRapDiscount LCD-vel és SD kártyaolvasóval megspékelve:

Az Arduino és RAMPS vezérlő,
LCD{width="320" height="240"}

Az Arduino Mega 2560 panelen van az AVR mikrovezérlő, ez értelmezi a G-kódot, mozgatja a motorokat, fűti a fejet és az ágyat. Ez a panel nem látszódik a képen, a RAMPS panel alatt van. A RAMPS panel (a fenti kép bal oldalán a piros színű panel) egy Arduino shield, amit a Mega tetején levő csatlakozóra kell tenni. A RAMPS panelbe kell bedugni a kicsi DRV8825-ös léptetőmotor vezérlőket (lila panelek a képen), annyit ahány motorunk van. Nekem 4 léptetőmotort kell vezérelem: X, Y, Z tengely és a nyomtatófej léptetőmotorjait. Egy vezérlőt nem használok most, később esetleg a második nyomtatófejet meg tudja hajtani, ha szükség lesz rá.

Szoftver


Az Arduino-n Marlin nevezetű firmware-t használom, de nagyon sokféléből lehet válogatni itt. A PC-n a pronterface nevű klienssel (ami a printrun része) töltöm fel a G-kódot és a Slic3r-rel szeletelem. Az általam használt Marlin firmware megtekinthető és letölthető itt.

Első hét


Levágattam és megvettem az item gyártmányú 20×20-as profilokat:

Item 20x20-as aluprofilok a CoreXY 3D
nyomtatóhoz{width="240" height="320"}

Ezekből egy-két óra alatt elkészült a váz:

400x400x400-as kocka item
aluprofilokból{width="320" height="240"}

Elkezdtem nyomtatni a műanyag alkatrészeket. Ez a motor blokk:

Alkatrész a CoreXY nyomtatóhoz (motor
blokk){width="320" height="240"}

Az egyik motor blokk beépítve:

Motor blokk a CoreXY
nyomtatóban{width="320" height="427"}

Terveztem egy géplábat és gyorsan le is gyártottam, mert az eredeti tervben nem volt. A Profil 5-ös aluprofil végébe M5-ös menetet lehet vágni, így elég egyszerű dolgom volt:

A CoreXY nyomtató
lába{width="320" height="240"} A CoreXY
nyomtató lába
beszerelve{width="240" height="320"}

A motor blokkba beszereltem a bordás szíjak továbbítását végző 624-es csapágyakat. Itt még nem voltak meg a peremes csapágyak, ezeket később ki kellett cserélni:

624-es csapágyak a 3D nyomtató
motorblokkjában{width="320" height="240"} 624-es
csapágyak a 3D nyomtató motorblokkjában
(közelről){width="320" height="240"}

Bal oldali Y sín beépítve:

3D nyomtató
épül{width="320" height="240"}

Közben folyamatosan nyomtatom az alkatrészeket:

3D nyomtató műanyag alkatrészei nyomtatás
közben{width="320" height="240"} 3D nyomtató
műanyag
alkatrészei{width="320" height="240"} 3D nyomtató
műanyag alkatrészei
2.{width="320" height="240"}

Második hét


Az X és Y tengelyeket beépítettem, kézzel mozgathatók:

Az X sín HIWIN lineáris
csapággyal{width="320" height="240"}

A nyomtatófej tartó kocsit át kellet terveznem a HIWIN lineáris csapágy miatt, ezt újra kinyomtattam, majd beszereltem:

XY elemek a
helyükön{width="320" height="240"}

A bordás szíjak is a helyükre kerültek:

XY elemek és a bordás szíjak a
helyükön{width="320" height="240"} Bordás szíj
közelről{width="320" height="240"} Bordás szíj
közelről
2.{width="320" height="240"}

Az első mozgatási próba és sebesség teszt:

Harmadik hét


Z tengely szerelése:

Z tegnely építés
közben{width="320" height="240"}

LM12UU lineáris csapágy a helyén:

Z tengely LM12UU lineáris sínje
beépítve{width="320" height="240"}

12 mm átmérőjű köszörült köracélon futnak az LM12UU lineáris csapágyak:

Z tengely
beépítve{width="320" height="240"}

M8-as menetes szár a vonóorsó (Tr12x3 jobb lenne). Narancssárga HIPS műanyagból készült tengelykapcsoló. A fehér színű gumi egy rossz papucsból lett kivágva.

Z tengely
tengelykapcsolója{width="320" height="240"}

Itt már a Z tengely is mozgatható léptetőmotorral:

Z tengely mozgatható
léptetőmotorral{width="320" height="240"}

A fűthető ágyat és nyomtató fejet beépítettem:

Fűthető ágy és nyomtató fej
beépítve{width="320" height="240"}

Ekkor végeztem még egy sebességtesztet, hogy a maximális sebességek és gyorsulási határértékek jók-e:

Vezetékek gégecsőben vezetve:

Fej vezetékei félig
bekötve{width="240" height="320"}

Első próbanyomtatás:

Nyomtatás
közben{width="320" height="240"} Nyomtatás
közben
távolról{width="240" height="320"}

Az első munkadarabok:

Legelső nyomtatott
darabok{width="320" height="240"} Legelső
nyomtatott darabok
közelről{width="320" height="240"}

A helyes száladagoláshoz csak a műanyag szálat megtámasztó csavarokat kellett jobban meghúzni.

Negyedik hét


Az ágyat vízszintesbe állítottam: nagyon fontos, hogy a fej és az ágy távolsága a tér minden pontján egyenlő legyen. Kb. 50 mikrométeres eltérés kiküszöbölhető az első réteg (angolul raft) nyomtatásával, amit le lehet hámozni a kész nyomatról, annak nem része.

A Z tengely menesztését átalakítottam, hogy ne a Z-nut-1.stl nevű műanyag alkatrész és egy M8-as anya, hanem egy poliamid (docamid) anya helyettesítse. Az alábbi képen a fekete színű anyag a DOCAMID 66 MO (PA 66 E + MoS~2~). Vagyis molibdén-szulfiddal kevert poliamid.

Z engely menesztése poliamid
anyával{width="320" height="240"}

Nyomtattam dobozt az Arduino Mega-nak és a RAMPS-nak:

Az Arduino és RAMPS vezérlő
bedobozolva{width="320" height="240"}

Majd a kijelző paneljének a dobozát is elkezdtem nyomtatni:

A nyomtató LCD dobozának
nyomtatása{width="320" height="240"} A nyomtató LCD
dobozának nyomtatása
(távolról){width="240" height="320"}

Ötödik hét


Csapágyas műanyagszál adagolót nyomtattam és terveztem egy másik műanyagtekercs tartót.

Műanyagszál-tartó 608-as
csapággyal{width="320" height="240"}

Hetedik hét


A munkadarabot hűtő ventilátorhoz nyomtattam a terelőt.

Nyomathűtő
ventilátor{width="320" height="240"}

Nyomathűtő ventilátor
2.{width="320" height="240"}

Alumínium ágy


A PCB ággyal nem sikerült 80 foknál magasabb hőmérsékletet elérni, ezért alumíniumlemezből és 230V-os öntapadós szilikonfűtőlapból készítettem ágyat. Ezt egy szilárdtest-relével (SSR) kapcsolgatja a mikorkontroller. Így már fel lehet fűteni az ágyat 110 Celsius fokra is, ami az ABS nyomtatáshoz kell.

Alumínium ágy, alatta a szilikon
fűtő{width="320" height="240"} Alumínium ágy,
üveglap a
tetején{width="320" height="240"}

Trapézmenetes orsó


Az M8-as menetes szárat nem igazán mozgatáshoz találták ki, ezért Tr12x3-as trapézmenetes orsóra és egy bronzanyára cseréltem ki. Az ágy futása pontosabb lett, de még nem tökéletes. A végeredmény így néz ki:

Trapézmenetes orsó
csapágy{width="320" height="240"} Trapézmenetes
orsó
tengelykapcsolóban{width="320" height="240"} Trapézmenetes
orsó
menesztés{width="240" height="320"}

Oldalak