Ни для кого не секрет, что сейчас можно купить уже готовый 3D-принтер, но что, если его попробовать собрать самому? На этой неделе мы попытаемся это сделать.
Конечно, опыт работы с механизмами никогда не будет лишним, но для постройки 3D-принтера его иметь необязательно. По крайней мере, лично я собираю такое устройство в первый раз. Поэтому, цель этой серии статей – поделиться впечатлениями и находками, которые у нас будут возникать в процессе работы.
День первый. Шаг 1
Хотя 3D-принтер Mosaic является собственной разработкой компании MakerGear, его конструкция обязана своим происхождением проекту RepRap университета Бата. Поэтому, Mosaic напоминает печатающие устройства энтузиастов-самодельщиков. Детали принтера упакованы в пластиковые пакеты с зип-локом, на некоторые из них наклеены этикетки сторонних поставщиков.
К Mosaic не прилагается никаких письменных инструкций. Вместо этого, MakerGear рекомендует воспользоваться онлайн-руководством по постройке принтера и сборником более детализированных, хотя и немного отличающихся от фирменных, инструкций на Make:Project, перевод которой я выложил в предыдущей публикации.
Вооружившись двумя сборниками инструкций, мы приступаем к первому шагу (всего их будет семь).
Комплект деталей несущей рамы принтера
Итак, первая задача проста и понятна: мы должны собрать несущую раму принтера из фанерных деталей и зафиксировать их болтами с гайками. Это должно занять примерно полтора часа.
Все фанерные детали аккуратно промаркированы
Рама состоит из девяти деталей, сделанных из березовой фанеры (а не бальзы, как я ошибочно сказал в видео). Они аккуратно вырезаны лазером и четко промаркированы буквами для простоты сборки. Составные части рамы соединяются между собой при помощи выступов, входящих в соответствующие им прорези. Деревянные детали, особенно их выступы, выглядят довольно хрупкими — я все время боялся что-нибудь сломать.
Компоненты рамы соединяются между собой довольно легко. Нам удалось ничего не сломать.
Собрали раму
Фанерные детали нужно зафиксировать маленькими болтами с гайками. Это довольно трудоемкий процесс, требующий терпения.
После того, как фанерный каркас рамы был собран, мы зафиксировали каждое из 57 соединений болтом с гайкой и шайбой. Большинство болтов принтера закручивается одним ключом-шестигранником, производитель даже вложил необходимые инструменты в набор.
Немного расширили прорези под гайки
Мы вставили гайки в соответствующие им прорези при помощи плоскогубцев. Тут пришлось немного замедлиться: гайки входили в прорези так туго, что мы решили немного расширить посадочные места скальпелем. Иначе, мы рисковали сломать фанерные выступы.
Рама принтера довольно крепкая в собранном состоянии, но будьте осторожны. Треснувший соединительный выступ — пока что единственная наша потеря.
Как и ожидалось, мы завершили первый этап за 90 минут. Могу сказать что, несмотря на ломкость фанеры, рама в собранном состоянии выглядит неожиданно крепкой.
Шаг 2 и Шаг 3
Эти этапы очень схожи друг с другом, поэтому мы их объединили в один. Мы смонтировали механизмы, нужные для перемещения рабочей платформы принтера и головки экструдера по осям X и Y. Эти шаги потребовали немного больше навыков механика, чем предыдущий этап.
Этот узел отвечает за перемещение механизмов принтера по оси Y. К большой деревянной детали крепится рабочая платформа, на которой и будет печататься наша будущая модель.
Каждая ось имеет свой мотор, который при помощи ременного привода перемещает соответствующий узел вдоль металлической направляющей. Ось Y, к которой прикреплена отдельная деревянная деталь, двигает платформу, на которую принтер наносит расплавленный пластик во время печати. Ось X, присоединенная к верхушке самого принтера, отвечает за перемещение головки экструдера.
На эту металлическую направляющую монтируются электромотор и ременная передача, которые будут перемещать рабочую платформу принтера.
Установить направляющую и мотор было просто, хотя нам понадобились остроносые плоскогубцы, чтобы держать гайки, пока мы закручиваем болты. С осью X у нас была связана небольшая проблема с центровкой из-за криво стоящего нейлонового ограничителя, но мы все быстро исправили, просто собрав весь узел заново. С ременной передачей было сложнее.
Механизм перемещения по оси Y в собранном виде. На большую металлическую пластину будет монтироваться рабочая платформа принтера. Обратите внимание на ремень, натянутый на ролики.
Производитель принтера был столь любезен, что включил в комплект готовый ремень, который прекрасно натянулся между двумя приводными роликами каждой оси. Единственное затруднение, с которым мы столкнулись: ремень очень плотно держится на роликах, поэтому пришлось проявить немного ловкости, чтобы его на них одеть. Мэтт, используя прием, которому он научился, натягивая мотоциклетные цепи, сделал это моментально. До этого я промучился с ремнем добрых 10 минут.
Конец первого дня
Итак, что же мы выяснили после почти четырех часов работы? Все было не так уж сложно, хотя технические навыки Мэтта конечно же пригодились. Мы столкнулись с несколькими случаями, когда реальные детали отличались от описанных в инструкциях, но быстро во всем разобрались. На данный момент, я могу сказать, что если вы можете собрать компьютер, вы также сможете собрать и 3D-принтер.
Самая интересная вещь в Mosaic — это, наверное, натяжители ремней. Каждая из этих деталей, сама по себе, напечатанный на 3D-принтере объект. Возможность самостоятельно заменять или усовершенствовать компоненты устройства выглядит очень привлекательно.
Также у меня создалось впечатление, что сегодня была самая простая часть работы, а настоящие сложности нас будут ожидать на этапе настройки принтера.
День второй
Сегодня все было неожиданно просто. По крайней мере, мне так показалось. За этот день нашего проекта мы завершили четыре этапа, связанных со сборкой «железа». Нам еще осталось разобраться с программной составляющей принтера и убедиться, что все действительно работает. На данный момент мы не столкнулись ни с чем таким, с чем бы не могли столкнуться при сборке обычного компьютера.
Да, мне тоже знакомы сомнения, возникающие в процессе работы по самостоятельному монтажу электроники. Кабель вставлен в правильный разъем? Будет ли софт работать? Насколько сложно будет справиться с неполадками? Все это мы узнаем, как только включим питание принтера. Сейчас же я могу сказать, что, по крайней мере, все выглядит так, как нужно.
Мы начали с установки механизмов оси Z и их направляющих стержней, перешли к головке экструдера, присоединили рабочую платформу и ее нагревательный элемент, и, наконец, смонтировали материнскую плату и подсоединили провода к различным моторам, нагревателям и температурным датчикам.
Я не буду перегружать статью всеми этими мелочами. Основные этапы работы показаны на фотографиях. Для подробного, пошагового руководства, я рекомендую воспользоваться мануалом на Make:Project.
Установка механизма оси Z
Механизм перемещения рабочей платформы принтера по оси Z: направляющие стержни, подающий винт и электромотор.
Установка концевого переключателя. Этот переключатель срабатывает, когда рабочая платформа достигает своего максимума по вертикали. Направляющие стержни и мотор быстро встали на место, а вот с установкой самого переключателя пришлось помучиться.
Длинный черный стержень с резьбой — это подающий винт. По нему движется рабочая платформа.
Установка экструдера
Комплект деталей. Головка экструдера поставляется уже собранной, поэтому, все что нам нужно было сделать, это смонтировать ее, мотор и охлаждающий вентилятор. MakerGear также включила в комплект дополнительный вентилятор, который, как мы полагаем, нужно использовать в случае покупки экструдера большего размера.
Экструдер в собранном виде. Опять же, эта часть работы не вызвала никаких сложностей. Мы вставили мотор в пластиковый хомут, установленный вчера, закрепили экструдер на моторе, а потом смонтировали вентилятор. Все, что нужно сделать на этом этапе – закрутить несколько винтов.
Монтаж рабочей платформы принтера
Детали рабочей платформы. Биндеры входят в комплект.
Крепления платформы. Монтажная поверхность платформы закреплена на оси Z, которую мы установили ранее. Все необходимые детали монтируются на эту металлическую пластинку. Обратите внимание на три пружины.
Первый слой рабочей поверхности укладывается на пружины, и все это прикручивается к пластине-креплению винтами. Подкручивая винты, проходящие через пружины, можно регулировать положение платформы относительно головки экструдера.
Меня удивило, насколько просто было выставить по уровню рабочую платформу. Я представлял, что для этого потребуется целая куча инструментов и много времени. Вместо этого, благодаря имеющимся пружинам, все что нужно было сделать, это отрегулировать три винта, проходящих через эти пружины. Чтобы проверить, что все сделано правильно, нужно вручную передвинуть головку экструдера по очереди к четырем углам рабочей платформы и убедиться, что его сопло находится на одном и том же расстоянии от поверхности платформы.
Все-таки, у меня остались некоторые сомнения, связанные с этим шагом. Очевидно, что если вы хотите, чтобы ваши модели напечатались так, как надо, рабочая платформа должна стоять строго горизонтально. И хотя мы отрегулировали положение платформы, после этого, по инструкции, добавили к ней несколько деталей.
Например биндеры, как мне кажется, могут блокировать рабочую зону принтера. Надеюсь, что после того, как мы установим все нужные программы и завершим их настройку, все прояснится.
Мы уже отрегулировали положение пластины основания, теперь укладываем на нее нагревательный элемент. Он нужен для предотвращения температурной деформации пластика во время печати.
Пришло время биндеров. Хотя эти прищепки, по сути, являются подручными средствами, они идеально подходят для выполнения своих функций. Биндеры нужны для того, чтобы можно было легко снять верхнюю пластину для чистки или удаления с нее напечатанного объекта. Биндеры также помогают объединить обе пластины и нагревательный элемент в одно целое.
Общий вид собранной оси Z, экструдера и рабочей платформы. Для завершения сегодняшних шагов, осталось только установить электронику.
Монтаж электроники
Комплект деталей электронной начинки принтера. Это материнская плата, деревянное крепление и еще несколько различных мелочей. Когда мы закончим сборку, то подсоединим все это к компьютеру через прилагающийся USB-кабель.
Материнская плата фиксируется на деревянном основании пластиковыми стяжками. Само основание прикручено к фанерной раме принтера винтами. Пластиковые хомуты — простое, но эффективное решение. Кроме того, они не проводят электрический ток.
Электроника принтера в сборе. Этот шаг ничем не отличался от подсоединения кабелей к материнской плате компьютера. Иногда мы пользовались методом проб и ошибок, но с имеющейся у нас схемой сборки, это приходилось делать редко.
Остановлюсь на одной интересной детали. Биндеры — это первое, что бросается в глаза. Эти клипсы, как и пластиковые хомуты, фиксирующие материнскую плату на раме принтера, лучше всего передают атмосферу «самодельного устройства», свойственную нашему проекту. Прищепки позволяют фиксировать и снимать рабочую поверхность для ее чистки и извлечения напечатанных объектов.
Пластиковые стяжки удерживают материнскую плату на раме принтера. Несмотря на дешевизну и свой неказистый внешний вид, эти детали прекрасно подходят для выполнения возложенных на них функций.
Итак, сегодня мы закончили сборку основы принтера, завтра мы собираемся поиграться с программной частью устройства. Надеюсь, мы успешно устраним все неисправности, проведем окончательную калибровку и, если повезет, напечатаем какой-нибудь объект. Я хочу, чтобы завтра принтер уже мог печатать.
Дни третий и четвертый
Итак, наш 3D-принтер Mosaic собран, теперь мы займемся его софтом, и, наконец, попробуем напечатать что-нибудь. Как я уже писал в предыдущей главе, я хочу, чтобы сегодня к концу рабочего дня принтер был готов напечатать финальный объект. Забегая вперед, скажу, что этого не произошло, хотя мы и были к этому близки.
Как мы выяснили ранее, этап монтажа «железа» принтера был немногим сложнее сборки компьютера. С программной же частью все не так просто. Этот шаг занял у нас больше времени, чем ожидалось.
Наше рабочее место. 3D-принтеру Mosaic требуется два источника питания (две маленькие коробки слева от принтера). Подставку с катушкой для пластиковой нити мы соорудили из старого устройства для тестирования батарей ноутбуков.
MakerGear предлагает воспользоваться пошаговым руководством (в PDF-файле), которое отсылает вас к различным обновлениям прошивки, драйверам и программам, необходимым для подключения принтера к компьютеру и печати объектов из STL-файла.
Внимание! К сожалению, производитель не предусмотрел единственный .exe-файл для запуска всего процесса, или еще что-нибудь такое же понятное и доступное для простого пользователя. Напротив, вам придется принимать решения вроде «какая версия Python мне нужна?» и «нужно ли вообще обновлять прошивку принтера?».
Кроме того, эти инструкции рассчитаны, в большей степени, на другой принтер MakerGear — Prusa, поэтому, когда пришло время точной настройки, нам пришлось искать дополнительную информацию в сторонних источниках.
Установка необходимых программных компонентов
Это основные программные компоненты, необходимые для работы нашего принтера. Руководство от MakerGear дает только базовые сведения о них, поэтому, возможно вам придется самостоятельно подкорректировать этот список с учетом выхода новых версий нужных программ.
После нескольких часов поисков в Google и просмотра обсуждений в интернете, мы нашли то, что нам нужно. Такие трудности, конечно, не смогут поставить в тупик человека, разбирающегося в компьютерах, однако, производитель принтера мог бы и значительно упростить этот процесс.
После установки всего необходимого софта, мы провели большую часть нашего времени в двух программах: Pronterface и Skeinforge.
Pronterface и Skeinforge
MakerGear рекомендует использовать приложение Pronterface в качестве основного средства управления принтером. Интерфейс программы более-менее интуитивно понятен, поэтому она не должна вызвать особых затруднений у опытного компьютерного пользователя.
Pronterface — одно из немногих интерфейсных приложений, которое можно использовать для управления 3D-принтером. Эта программа берет виртуальную 3D-модель в STL или OBJ-файле, разделяет ее на слои и передает нужные для печати данные принтеру. Также Pronterface можно использовать для контроля моторов осей X, Y и Z, разогрева экструдера и рабочей платформы, и для управления моторчиком, подающим пластиковый филамент («чернила» 3D-принтера) в экструдер. Pronterface — это именно та программа, через которую модели отправляются на печать.
Для тонкой настройки принтера мы использовали приложение Skeinforge. Технически, это отдельная программа, но она способна работать в связке с Pronterface после того, как вы извлечете архив с ней в подпапку Pronterface.
Окно настроек Skeinforge. Из-за недостатка времени, мы не стали углубляться в дебри этого приложения, однако, быстрого взгляда на его меню достаточно, чтобы понять, что это очень мощное средство точной регулировки принтера.
Skeinforge предлагает массу разнообразных опций. Например, возможность регулировать скорость перемещения экструдера и выбирать тип заливки деталей (шестиугольная, круглая, квадратная).
Несколько видов заливки нужно для построения различных частей вашего объекта: от больших монолитных деталей до детализированного внешнего слоя.
Мы упомянули только основные опции Skeinforge, о которых MakerGear упоминает в своих инструкциях. Судя по всему, это очень мощная и довольно сложная программа.
Вот, кстати, еще одна черта, отделяющая рынок простых потребителей от рынка энтузиастов. Станет ли производитель пользовательского принтера отображать многочисленные настройки в его интерфейсе? Будут ли программы для 3D-печати их вообще поддерживать? Я не удивлюсь, если упразднение расширенных настроек на принтерах для массового рынка станет причиной недовольства продвинутых энтузиастов.
Масштабирование и печать первой модели. ReplicatorG
После того, как мы подготовили все нужные программы, у нас возникли некоторые сложности. Рабочая платформа нашего Mosaic меньше чем у Prusa, поэтому нам пришлось переназначить средние точки осей X и Y в Skeinforge. Т.к. инструкции по калибровке рассчитаны, в большей мере, на Prusa, этот шаг в них не был описан. Кроме того, чтобы наш будущий объект вместился в 5-дюймовый рабочий объем принтера, нам пришлось заняться поисками отдельной программы для базового редактирования 3D-моделей.
Именно на этапе масштабирования модели мы впервые воспользовались приложением ReplicatorG. По своим функциям оно аналогично Pronterface, но, похоже, намного мощнее. В частности, MakerBot рекомендует использовать для своих принтеров Thing-o-matic и Replicator именно ReplicatorG. Это приложение выгодно отличается предельно простым процессом масштабирования 3D-моделей. Для этого достаточно загрузить STL-файл, нажать кнопку “scale”, ввести нужный коэффициент масштабирования и сохранить измененный файл. В процессе приведения нашей модели к нужному размеру, ReplicatorG показал себя прекрасно.
В качестве тестового объекта мы выбрали кухонное приспособление Knife Assistant, созданное дизайнером Thingiverse Майклом “ThePlanetMike” Боуэрсом. Для того, чтобы напечатать модель Майка, нам потребовалась всего одна попытка и около 20 минут времени. Хотя результат печати порадовал, нам захотелось попробовать что-нибудь более сложное.
Knife Assistant Майкла Боуэрса.
Наконец-то мы разобрались с программной составляющей нашего проекта, и успешно напечатав маленький объект в среду вечером, отправились по домам.
День четвертый. Печать финального объекта
Для проведения финальных испытаний мы использовали модель осьминога “Bucket O’Octopi” Брайана “yeoldebrian” Эмерсона. Удивительно, но печать этого объекта заняла у нас около четырех часов вместо предполагаемых 75 минут. Дело в том, что в процессе печати мы столкнулись с несколькими проблемами.
Первые сложности были связаны с размерами модели. На тот момент, мы еще не открыли для себя ReplicatorG, поэтому потребовалось некоторое время, чтобы выяснить, как заставить модель Брайана поместиться в рабочей зоне нашего принтера.
Чтобы модель осьминога уместилась на рабочей платформе Mosaic, мы уменьшили ее в ReplicatorG.
Потом нам помешали биндеры: клипса, скрепляющая один из углов платформы принтера, блокировала перемещения головки экструдера. Мы решили эту проблему, избавившись от мешающего биндера и закрепив угол платформы скотчем.
Завершение печати нашего объекта
Последнее препятствие возникло на полпути к завершению печати. Принтер просто остановился. Оказалось, дело было в том, что я забыл вывести наш ноутбук из энергосберегающего режима, поэтому, система перешла в спящий режим прямо во время печати и отключила USB-порты. У Mosaic нет встроенного буфера памяти, как в некоторых 3D-принтерах, поэтому, у него просто не осталось данных для продолжения печати.
Несмотря на постоянно появляющиеся проблемы, мы не отступали и, в конце концов, достигли успеха. Напечатанный пластиковый осьминог тому доказательством.
Надеюсь, вам понравилось видео. В нем в ускоренном режиме показан процесс печати нашего осьминога. Скоро мы выложим пост, в котором подведем итоги этой недели.
Обзор после сборки
Хотя мы успешно справились со сборкой нашего 3D-принтера, нам еще нужно многому научиться.
Сегодня мне не хотелось уходить домой, не показав напечатанного нами осьминога кому-нибудь. Это потрясающая вещь, как в плане того, каким образом мы ее получили, так и в плане того, как она выглядит. С объекта все ещё свисают несколько обрезков пластика. На каждой глазнице также можно заметить маленькую пластиковую петельку, соединяющую глаз с головой. Это те немногие места модели, где гравитация оказалась сильнее адгезии расплавленного пластика.
Я все никак не могу перестать восхищаться контурами нашей модели: от формы его вытянутой головы до точки, где рот плавно переходит в передние щупальца. Хотя я и могу почувствовать пальцем швы пластика, наш осьминог производит впечатление профессионально построенного объекта. Еще раз выскажу свое почтение пользователю Thingiverse Брайану “yeoldebrian” Эмерсону за его прекрасную работу по 3D-моделированию.
Кроме восторга, который я ощущаю, глядя на наше создание, я также чувствую, что мы едва ли осознаем полный потенциал как самого 3D-принтера Mosaic от MakerGear, так и его программного обеспечения, не говоря о пластике для печати.
Например, среди настроек программы Skeinforge есть инструмент “skin”, который должен существенно сглаживать поверхность внешнего слоя вашего объекта. Эту функцию программы я планирую испытать.
Также меня интересует, как будут отличаться результаты печати модели, если мы перейдем на ABS-пластик вместо 1.75-мм нити PLA, входящей в комплект нашего Mosaic. Или что было бы, если бы мы использовали 3.5-мм волокно PLA? Какие были бы результаты, если бы мы использовали другой тип заливки? Изменили скорость подачи филамента? Или повысили скорость движения экструдера? Все эти настройки мы можем поменять в Skeinforge.
Возможности этого приложения потрясающие. Я думаю, что в течение будущих недель меня ожидает еще много пробных объектов и куча расплавленного пластика.
Вся прелесть Mosaic, как и других 3D-принтеров, поддерживающих открытые приложения для 3D-печати, в их потрясающих возможностях тонкой настройки. У Skeinforge угрожающе огромный ассортимент различных опций, вплоть до экзотических инструментов вроде «clairvoyance”, “oozebane” и “splodge”. Даже после прочтения Вики Skeinforge, мне все еще не до конца понятно, как использование всех этих функций сможет повлиять на окончательный результат печати.
Мы подошли к следующей важной точке статьи. Я не касался этого вопроса на протяжение всей недели нашей работы, но я рад, что существует целое сообщество энтузиастов 3D-печати, которые могут помочь в режиме онлайн. Так, мы нашли решения большинства наших проблем в группе MakerGear на Google, кроме того, MakerGear также поддерживает IRC-канал.
Как мне сказал Рик Поллак, основатель MakerGear, члены сообщества обычно отвечают на все вопросы в течение нескольких минут. По словам Рика, если бы мы сразу обратились к энтузиастам, это бы сэкономило несколько часов времени, выделенного на проект.
Хотя меня очень увлекло все, что связано с 3D-принтерами, у нас в лаборатории остается куча других устройств, требующих внимания. Надеюсь, что в следующий раз, когда мы затронем тему 3D-печати, это будет связано с написанием обзора пользовательского принтера, собранного на фабрике. Ну а пока что, я надеюсь проводить больше времени с нашим принтером и покопаться поглубже в его софте.