Как собрать 3D-принтер со стальной рамой в домашних условиях

Иван Зарубин

IT-специалист, DIY-стартапер.

Не буду расписывать всю пользу и все возможности 3D-печати, скажу просто, что это очень полезная вещь в быту. Приятно иногда осознавать, что ты сам можешь создавать различные предметы и чинить технику, в которой используются пластиковые механизмы, различные шестерни, крепежи…

Сразу хотелось бы внести ясность — почему не стоит покупать дешманский китайский принтер за 15 тысяч рублей.

Как правило, они идут с акриловыми или фанерными корпусами, печать деталей с таким принтером превратится в постоянную борьбу с жёсткостью корпуса, калибровками и прочими событиями, которые омрачат всю прелесть владения принтером.

Акриловые и деревянные рамы весьма гибкие и лёгкие, при печати на повышенных скоростях их серьёзно колбасит, за счёт чего качество конечных деталей оставляет желать лучшего.

Владельцы таких рам часто колхозят различные усилители/уплотнители и постоянно вносят изменения в конструкцию, убивая тем самым своё время и настроение заниматься именно печатью, а не доработкой принтера.

Стальная рама даст возможность насладиться именно созданием деталей, а не борьбой с принтером.

Руководство рассчитано в основном на новичков, гуру 3D-печати, скорее всего, не найдут здесь для себя ничего нового. А вот те, кто хотел бы приобщиться, после сборки такого комплекта будут чётко понимать, что к чему. При этом не требуется специальных навыков и инструментов, достаточно паяльника, набора отвёрток и шестигранников.

Стоимость комплектующих актуальна на январь 2017 года.

Заказываем детали

1. Основа для принтера — рама, чем она крепче и тяжелее, тем лучше. Тяжёлую и крепкую раму не будет колбасить при печати на повышенных скоростях, и качество деталей будет оставаться приемлемым.

Мой выбор пал на стальную раму от российского производителя.

Стоимость: 4 900 рублей за штуку.

Рама идёт со всем необходимым крепежом. Винтиков и гаечек ребята кладут с запасом.

2. Направляющие валы и шпильки M5. Резьбовые шпильки и направляющие валы не идут в комплекте с рамой, хотя на картинке они есть.

• Полированные валы идут комплектом из 6 штук.

Стоимость: 2 850 рублей за комплект.

Возможно, найдёте и подешевле. Если будете искать, то выбирайте обязательно полированные, иначе все косяки валов отразятся на деталях и общем качестве.

• Шпильки M5 необходимо приобрести парой.

Стоимость: 200 рублей за штуку.

Это, по сути, обычные шпильки, которые можно приобрести и в строительном магазине. Главное, чтобы они были как можно более ровными. Проверить несложно: нужно положить шпильку на стекло и прокатить её по стеклу, чем лучше катается, тем ровнее шпилька. Валы проверяются соответствующим способом.

В общем, больше нам от этого магазина ничего не надо, ибо там дикая наценка на то же самое, что можно приобрести у китайцев.

3. Комплект RAMPS 1.4 + Arduino Mega 2560 R3 + шаговые драйверы A4988.

Стоимость комплекта: 1 045 рублей.

RAMPS 1.4 — плата расширения для Arduino. Именно к ней подключается вся электроника, в неё вставляются драйверы двигателей. За всю силовую часть принтера отвечает она. В ней нет мозгов, гореть и ломаться в ней нечему, запасную можно не брать.

Arduino Mega 2560 R3 — мозг нашего принтера, на который мы будем заливать прошивку. Советую взять запасной: по неопытности его легко спалить, например вставив неправильно драйвер шагового двигателя или перепутав полярность при подключении концевика. Многие с этим сталкиваются, и я в том числе. Дабы вам не пришлось неделями ждать новую, берите сразу ещё хотя бы одну.

Шаговые драйверы A4988 отвечают за работу моторов, желательно приобрести ещё один комплект запасных. На них есть построечный резистор, не крутите его, возможно он уже выставлен на необходимый ток!

• Запасная Arduino MEGA R3.

Стоимость: 679 рублей за штуку.

• Запасные драйверы шагового двигателя A4988. Советую дополнительно взять ещё запасной комплект из 4 штук.

Стоимость: 48 рублей за штуку.

4. Регулятор напряжения понижающий.

Стоимость: 75 рублей за штуку.

Он необходим для защиты нашей Arduino. В ней есть свой понижающий регулятор с 12 В на 5 В, но он крайне капризен, сильно греется и быстро умирает.

5. Комплект шаговых моторов.

Стоимость комплекта: 2 490 рублей.

В комплекте 5 штук, нам необходимо только 4. Можно поискать комплект из четырех, но я взял весь комплект, пусть будет один запасной. Его можно будет пустить на апгрейд и сделать второй экструдер, чтобы печатать поддержки вторым экструдером или двухцветные детали.

6. Комплект ремней, подшипников и муфт.

Стоимость комплекта: 769 рублей.

В этом комплекте есть всё необходимое для данного принтера.

7. Механические ограничители — необходимо 3 штуки.

Стоимость: 23 рубля за штуку.

Возьмите на всякий случай 4 штуки, пусть один будет запасным. Стоимость копеечная, а без такой мелкой детали печатать не получится (вдруг придёт бракованная).

8. Дисплей со встроенным картридером.

Стоимость: 501 рубль за штуку.

В его задней части есть картридер, в который в дальнейшем вы будете вставлять карту памяти с моделями для печати. Можно взять один запасной: если вы неправильно подключите какой-то элемент, то, скорее всего, дисплей сдохнет самым первым.

Если планируете подключать принтер напрямую к компу и печатать с компа, то экран и вовсе необязателен, печать можно производить и без него. Но, как показала практика, с SD-карточки печатать удобнее: принтер никак не связан с компьютером, его можно ставить хоть в другую комнату, не опасаясь, что комп зависнет или вы его нечаянно вырубите на середине печати.

9. Блок питания (12 В).

Стоимость: 1 493 рубля за штуку.

Данный блок питания немного больше по габаритам, чем тот, который должен быть, но он без особого труда влезает, а мощности у него с запасом.

10. Горячий стол.

Стоимость: 448 рублей за штуку.

Необходим для печати ABS-пластиком. Для печати PLA и другими видами пластика, не дающими усадки при остывании, можно печатать не нагревая платформу, но стол обязателен, на него кладётся стекло.

11. Кнопка и клемма (220 В).

Стоимость: 99 рублей за штуку.

12. Экструдер.

Стоимость: 2 795 рублей за штуку.

Данный экструдер является директ-экструдером, то есть механизм подачи пластика находится непосредственно перед его нагревательным элементом. Советую брать именно такой, он позволит вам печатать всеми видами пластика без особых напрягов. В комплекте есть всё необходимое.

13. Кулер для обдува детали.

Стоимость: 124 рубля за штуку.

Собственно, необходим для обдува PLA и прочих медленно затвердевающих видов пластика.

14. Кулер для обдува драйверов.

Стоимость: 204 рубля за штуку.

Очень нужен. Больший кулер существенно уменьшит шум от принтера.

15. Запасные сопла.

Стоимость: 17 рублей за штуку.

При засорении проще поменять сопла, чем чистить. Обратите внимание на диаметр отверстия. Как вариант, можно набрать разных диаметров и выбрать для себя. Я предпочёл остановиться на 0,3 мм, качества получаемых деталей с таким соплом мне достаточно. Если качество не играет особой роли, берите сопло шире, например 0,4 мм. Печать будет в разы быстрее, но слои будут более заметны. Берите сразу несколько.

16. Сверло для очистки сопла.

Стоимость: 31 рубль за штуку.

Его очень легко обломить, будьте аккуратны. Сверло можно не брать: проще, как я написал выше, набрать запасных сопел и менять их. Стоят они копейки, а засоряются крайне редко — при использовании нормального пластика и при наличии фильтра, который вы и напечатаете первым делом.

17. Комплект пружин для стола.

Стоимость: 56 рублей за штуку.

В комплекте 5 штук, 4 используем для стола, одну пружинку используем для ограничителя оси X.

18. Комплект для регулировки стола. Необходимо 2 комплекта.

Стоимость комплекта: 36 рублей.

Эти комплекты нам нужны только ради длинных болтов, которыми мы в дальнейшем будем крепить экструдер.

19. Комплект проводов для подключения шаговых двигателей.

Стоимость комплекта: 128 рублей.

20. Кусок обычного стекла на стол.

Можно заказать боросиликатное стекло, которое выдерживает повышенные температуры. Я использую обычное оконное стекло: нагрев до 90 градусов оно выдерживает, а больше мне и не надо.

Это всё, что понадобится вам для сборки принтера.

Качество напечатанных деталей с таким комплектом будет практически таким же, как у принтеров дорогих брендов. Всё зависит от дальнейших настроек, выбора нужной температуры и прочих нюансов, с которыми вы познакомитесь в процессе печати. Плюсом такого принтера, по сравнению с дорогим брендовым, я считаю возможность быстро, дёшево и самостоятельно починить любую деталь, не потратив при этом нервов и денег.

Если покупать такой принтер целиком, его стоимость на сегодня составляет 43 900 рублей.

Заказав оснастку на AliExpress, мы сэкономим порядка 24 тысяч рублей при тех же комплектующих, а экструдер, который мы подобрали, в некотором плане даже лучше.

Сборка принтера

Ну а далее начинаем увлекательный процесс сборки, следуя официальной инструкции.

Инструкция →

Зеркало →

Процесс сборки достаточно увлекателен и чем-то напоминает сборку советского металлического конструктора.

Собираем всё по инструкции за исключением следующих пунктов

В пункте 1.1, в самом конце, где крепятся торцевые опоры, не ставим подшипники 625z — впрочем, мы их и не заказывали. Ходовые винты оставляем в «свободном плавании» в верхней позиции, это избавит нас от эффекта так называемого вобблинга.

В пункте 1.4 на картинке присутствует чёрная проставка. В комплекте с рамой её нет, вместо неё идут пластиковые втулки, используем их.

В пункте 1.6 держатель концевика оси Y крепим не к задней, а к передней стенке принтера. Если этого не сделать, детали печатаются зеркально. Как я ни пытался в прошивке это победить, мне не удалось.

Для этого надо перепаять клемму на заднюю часть платы:

В пункте 2.4 у нас другой экструдер, но крепится он точно так же. Для этого нужны длинные болты, их мы берём из комплекта для регулировки стола (18‑я позиция в списке). В наборе с рамой нет таких длинных болтов, как и в местных магазинах.

В пункте 2.6 мы начинаем сборку нашего «бутерброда» из Arduino и RAMPS и сразу же сделаем очень важную доработку, про которую редко пишут в мануалах, но которая тем не менее очень важна для дальнейшей бесперебойной работы принтера.

Нам необходимо отвязать нашу Arduino от питания, которое приходит с платы RAMPS. Для этого выпаиваем или отрезаем диод с платы RAMPS.

Припаиваем регулятор напряжения ко входу питания, который заблаговременно выставляем на 5 В, попутно выпаивая стандартное гнездо питания. Приклеиваем регулятор кому куда удобнее, я приклеил на заднюю стенку самой Arduino.

Питание от блока питания к RAMPS я припаял отдельно к ножкам, чтобы оставить свободной клемму для подключения других устройств.

Далее укладываем все провода. Можно купить специальную оплётку, можно, как сделал я, использовать стяжки или изоленту.

Перед запуском проверяем, что нигде ничего не заедает, каретка двигается до ограничителя и обратно без препятствий. Поначалу всё будет двигаться туго, со временем подшипники притрутся и всё пойдёт плавно. Не забудьте смазать направляющие и шпильки. Я смазываю силиконовой смазкой.

Ещё раз смотрим, что нигде ничего не коротит, драйверы шаговых двигателей поставлены правильно согласно инструкции, иначе сгорит и экран, и Arduino. Ограничители тоже необходимо поставить соблюдая правильную полярность, иначе сгорит стабилизатор напряжения на Arduino.

1 / 0

2 / 0

Подготовка к эксплуатации

Если всё подключено верно, можно переходить к следующей инструкции по эксплуатации.

Инструкция →

Полезные материалы по некоторым параметрам нашей прошивки

• Мой настроенный и рабочий вариант прошивки под этот принтер и экструдер. Он слегка откалиброван под те детали, которые мы заказали.

Заливаем прошивку через IDE Arduino 1.0.6, выбираем на экране принтера Auto Home, убеждаемся в правильном подключении концевиков и правильной полярности шаговиков. Если двигается в противоположную сторону, просто поверните клемму у мотора на 180 градусов. Если после начала движения слышен противный писк, это писк драйверов шаговиков. Надо подкрутить на них подстроечный резистор согласно инструкции.

Советую начать печатать из PLA-пластика: он не капризен и хорошо прилипает к синему скотчу, который продаётся в строительных магазинах.

Я беру пластик фирмы Bestfilament. Брал фирмы REC, но мне не понравилось, как ложатся слои. Есть ещё море различных брендов и видов пластика: от резиновых до «деревянных», от прозрачных до металлизированных… Ещё одна фирма, которую я порекомендую, — Filamentarno. У них чумовые цвета и отличный собственный вид пластика с отличными свойствами.

Пластиком ABS и HIPS я печатаю на каптоновом скотче, намазанном обычным клеем-карандашом из магазина канцтоваров. Такой способ хорош тем, что нет запаха. Есть много других разных способов повышения адгезии детали к столу, об этом вы узнаете сами в процессе проб и ошибок. Всё достигается опытным путём, и каждый выбирает свой способ.

Почему именно этот принтер на базе Prusa i3?

1. Принтер «всеяден». Печатать можно любыми доступными видами пластика и гибкими прутками. На сегодня рынок различных видов пластика достаточно развит, нет такой необходимости иметь закрытый бокс.
2. Принтер прост в сборке, настройке и обслуживании. Ковыряться с ним может даже ребёнок.
3. Достаточно надёжен.
4. Распространён, соответственно в Сети море инфы о его настройке и модернизации.
5. Пригоден для апгрейда. Можно заказать второй экструдер или экструдер с двумя печатными головками, заменить линейные подшипники на капролоновые или медные втулки, тем самым повысив качество печати.
6. Доступен по деньгам.

Печатал крепление для экструдера E3D V6, печатал какое-то время этим экструдером с боуден-подачей. Но вернулся обратно на MK10.

Приобрёл вот такой апгрейд, в дальнейшем будем печатать двумя пластиками.

Утеплил стол для более быстрого разогрева: подложка с отражающим фольгированным слоем и клейкой основой. В два слоя.

Сделал подсветку из светодиодной ленты. В какой-то момент надоело включать свет для контроля печати. В дальнейшем планирую закрепить камеру и подключить к принтеру Raspberry Pi для удалённого наблюдения и отправки моделей в печать без передёргивания флешки.

1 / 0

2 / 0

Для уменьшения шума от принтера необходимо подкладывать под него резиновые проставки. Можно их напечатать, а пока я обошёлся вот такими силиконовыми упорами, когда-то купленными под стиральную машинку.

1 / 0

2 / 0

3 / 0

4 / 0

5 / 0

6 / 0

Если у вас есть дети, такой конструктор будет очень полезным и интересным. Приобщить детей к этому направлению будет несложно, им и самим будет в кайф печатать для себя различные игрушки, конструкторы и умных роботов.

Кстати, по стране сейчас активно открываются детские технопарки, в которых детей обучают новым технологиям, в том числе моделированию и трёхмерной печати. Иметь такой принтер дома будет очень полезно для увлечённого ребёнка.

Будь у меня такая штука в детстве, моему счастью не было бы предела, а если к этому добавить различные моторы, Arduino, датчики и модули, у меня бы, наверное, и вовсе поплыла крыша от возможностей, которые передо мной бы открылись. Мы вместо этого плавили пластмассу от старых игрушек и свинец из найденных на помойке аккумуляторов.

Всем, кто решит повторить, желаю удачной сборки и быстрого прибытия заказанных товаров. :)

Спасибо за внимание, если есть вопросы, задавайте.

Весьма полезный русскоязычный ресурс, на котором вы найдёте любую информацию по этому направлению: 3dtoday.com.

Тысячи тысяч готовых моделей для печати чего угодно: thingiverse.com.

*Деятельность Meta Platforms Inc. и принадлежащих ей социальных сетей Facebook и Instagram запрещена на территории РФ.