Самодельный 3D-принтер: Как Собрать 3D-принтер Своими Руками

Построить свой собственный 3D-принтер — увлекательное занятие, хотя и требует времени. Читайте далее, чтобы узнать, как собрать 3D-принтер из набора или с нуля.

С тех пор как Чарльз В. Халл создал первый 3D-принтер в 1980-х годах, эти устройства стали гораздо более доступными и недорогими. И хотя существует несколько различных типов 3D-принтеров, в этой статье мы сосредоточимся на принтерах моделирования методом наплавления (FDM), доминирующем типе для использования в домашних условиях из-за его низкой стоимости и простоты использования.

Базовые FDM-принтеры можно найти по цене от 15000 рублей, а модели профессионального уровня могут превышать 500 000 рублей. Для получения немедленных высококачественных результатов идеально подходит полностью собранный и откалиброванный принтер. Однако создание собственного принтера может быть экономически эффективным и образовательным проектом.

Существует два основных способа создания 3D-принтера: из набора или с нуля. В этой статье вы найдете обзор обоих подходов, а также советы, которые помогут обеспечить беспроблемный процесс сборки. Давайте начнем!

Из комплекта

Сборка 3D-принтера из комплета — это отличный способ познакомиться с технологией 3D-печати и при этом получить упрощенный и поддерживаемый процесс сборки. Наборы идеально подходят для новичков и тех, кто предпочитает использовать подход под руководством, поскольку большинство (или все) компонентов можно приобрести вместе, а также получить подробную инструкцию.

При выборе комплекта 3D-принтера популярными вариантами являются Voron 2.4, Creality Ender 3 V2 Neo и Prusa MK4.

Voron 2.4 известен своей высокой точностью и возможностями настройки, что делает его идеальным для опытных пользователей. Его конструкция CoreXY обеспечивает более высокую скорость печати и повышенную точность, что делает его идеальным для тех, кому нужен принтер с широкими возможностями настройки.

Creality Ender 3 V2 Neo — одна из последних версий серии Ender 3, предлагающая такие удобные функции, как автоматическое выравнивание, бесшумная материнская плата и стеклянная билд-пластина для лучшей адгезии и легкого удаления отпечатков. Простая сборка и обширная онлайн-поддержка делают его отличным выбором для начинающих.

Модель MK4 от Prusa высоко ценится за качество сборки, надежность и поддержку сообщества. Он оснащен такими функциями, как автоматическое выравнивание стола, съемная билд-пластина с покрытием PEI и датчик филамента. Prusa MK4 подходит как для новичков, так и для опытных пользователей, которым нужна прочная и надежная машина.

Конечно, если компоненты можно легко найти, а информации много, это не значит, что вам не следует помнить о некоторых моментах.

Советы по сборке

• Организуйте свое рабочее пространство: Держите все компоненты и инструменты аккуратно разложенными, чтобы избежать путаницы.
• Проверьте детали: Перед началом работы убедитесь, что все детали в комплекте и не повреждены.
• Не торопитесь: Не торопитесь в процессе сборки; точность — это главное.
• Следуйте инструкциям: Строго придерживайтесь руководства по сборке от производителя. Многие из них предоставляют подробные онлайн-уроки и видеоролики в дополнение к руководствам.
• Используйте онлайн-учебники: Дополните руководство видеоинструкциями или советами других производителей по сложным этапам или тем, которые представляют большую сложность.

Полезные ресурсы

Многочисленные онлайн-ресурсы могут помочь в создании и настройке вашего 3D-принтера.

На сайте CNC Kitchen есть очень подробный учебник по сборке Voron 2.4, а на сайте Prusa Research — подробное руководство по настройке MK4. Существуют также форумы, например, форумы Voron, Creality и Prusa Research, где можно поделиться любыми вопросами и советами.

Кроме того, на YouTube есть множество каналов, таких как Maker’s Muse и CNC Kitchen, которые предлагают наглядные пошаговые руководства по различным наборам, а также советы по устранению неполадок, обеспечивающие беспроблемный процесс сборки. И последнее, но, безусловно, не менее важное: такие сабреддиты, как Prusa MK4, Voron Design, Voron CoreXY и Creality Ender 3, могут стать отличными источниками помощи при сборке наборов.

С нуля

Сборка 3D-принтера с нуля может быть сложной, но в то же время более полезной, чем сборка из набора. Для этого необходимо знать, как работают 3D-принтеры, в том числе какие детали вам нужны и как их собрать. В зависимости от конкретного проекта, за который вы решите взяться, это может быть дешевле или дороже, чем просто купить набор, но право похвастаться тем, что вы сами собрали свою машину, бесценно.

Прежде чем вы решитесь на конкретный проект, необходимо определить несколько моментов.

Рекомендации

• Тип принтера: От этого будет зависеть движение станины и печатающей головки. Распространены декартовы принтеры, в которых печатающие головки движутся по осям X и Y, а стол перемещается по оси Z. Другой вариант — конструкция CoreXY, которая обеспечивает большую стабильность и скорость за счет снижения веса движущихся частей.
• Размер принтера: Вам нужно определиться с размером принтера, который вы хотите приобрести, что определит тип рамы, которая вам понадобится. Распространенные варианты, такие как 2020 или 2040 из алюминиевого профиля, популярны благодаря своей прочности и простоте сборки.
• Тип сопла: вам нужно будет выбрать размер и материал сопла в зависимости от желаемого разрешения печати и типов нитей, которые вы хотите печатать (например, более или менее абразивные). Стандартные сопла имеют размер 0,4 мм, но размеры могут варьироваться от 0,1 мм до 1 мм в зависимости от ваших потребностей.
• Количество экструдеров: Большинство принтеров оснащены одним экструдером, но если ваша плата управления поддерживает их, можно использовать двойные экструдеры. Они идеально подходят для облегчения печати несколькими материалами или многоцветной печати.

Компоненты 3D-принтера

После того как вы определились с техническими характеристиками 3D-принтера, можно приступать к сбору необходимых деталей. Вот основные компоненты, которые вам понадобятся:

• Плата контроллера: Плата контроллера — это сердце вашего 3D-принтера. Популярными вариантами являются Duet 3, который поддерживает несколько экструдеров и предлагает подключение по Wi-Fi и Ethernet, что делает его лучшим выбором для продвинутых сборщиков. SKR V1.4 — это бюджетный вариант, который обеспечивает мощную производительность и поддерживает различные шаговые драйверы. Для тех, кто ищет более традиционную схему, надежным вариантом остается RAMPS 1.4, часто используемый в паре с Arduino Mega.
• Шаговые двигатели: Шаговые двигатели Nema17 являются стандартом для 3D-принтеров, обеспечивая необходимый крутящий момент и точность. Вам понадобится как минимум четыре: по одному для осей X и Y, два для оси Z, а также дополнительные двигатели для каждого экструдера, который вы планируете использовать. Вам очень повезет, если все моторы заработают с первой попытки. Как правило, вам нужно будет отрегулировать потенциометр на верхней части драйвера мотора, чтобы подобрать ток мотора. Также важно подобрать пару проводов для двигателей.
• Печатающая головка (экструдер, сопло, датчик, вентилятор): Можно выбрать прямой экструдер (двигатель на экструдере) или боуденовский экструдер (двигатель на раме). Для экструдера и хотенда популярны следующие варианты: BMG от Bondtech и V6 и Hemera от E3D.
• Концевики: Начало координат (0, 0, 0) или исходное положение является отправной точкой для движения печатающей головки, а концевики размещаются в нулевом положении каждой оси, чтобы печатающая головка знала, когда достигнуто нулевое положение.
• Печатная пластина: Билд-пластина имеет решающее значение для адгезии первого слоя. В качестве материала могут использоваться гибкие гладкие или текстурированные листы PEI, стекло и специальные текстурированные листы PEY.
• Блок питания: Блок питания (БП) обеспечивает необходимое питание для всех компонентов принтера, гарантируя стабильную работу и помогая предотвратить проблемы, связанные с перепадами напряжения. Как правило, блок питания 24 В предпочтительнее 12 В, поскольку он быстрее нагревает станину и горячий конец и обеспечивает более стабильное питание шаговых двигателей, повышая качество и надежность печати.
• Рама принтера: Алюминиевые профили 2020 или 2040, идеально подходят для создания устойчивой модульной рамы. Эти профили легкие, но прочные, их легко собирать и настраивать.

Полезные ресурсы

На сайте Instructables есть несколько руководств от разработчиков, например от EdChamberlain и Dylan91. На YouTube у TechBuilder есть учебник по сборке высокоскоростного CoreXY, а на OpenBuilds можно найти множество проектов, которые стоит посмотреть.

В таких репозиториях, как Thingiverse, Printables и Cults, собрано множество творений сообщества, и создатели обычно очень отзывчивы и готовы помочь, когда речь заходит об устранении сомнений других.

Советы по технике безопасности

Сборка 3D-принтера с нуля предполагает работу с различными компонентами и инструментами, которые могут представлять опасность. Вот несколько важных советов по безопасности, о которых следует помнить в процессе сборки:

• Избегайте поражения электрическим током: всегда отключайте электропитание перед работой с электрическими компонентами 3D-принтера. Используйте изолированные инструменты, чтобы избежать случайных ударов и дважды проверьте все соединения перед включением принтера.
• Проверьте, нет ли открытых и свободных проводов: Убедитесь, что все провода правильно изолированы и упорядочены. Открытые провода могут вызвать короткое замыкание или поражение электрическим током, а свободные провода могут зацепиться за шестерни или шкивы, что приведет к механическим сбоям или короткому замыканию. Используйте термоусадочную трубку или изоленту, чтобы закрыть все открытые провода и кабельные стяжки, чтобы держать их аккуратно собранными и подальше от движущихся частей.
• Правильное заземление: Убедитесь, что ваш 3D-принтер правильно заземлен. Это снижает риск поражения электрическим током и защищает компоненты от скачков напряжения. Проверьте правильность заземления с помощью мультиметра.
• Надежные соединения: Убедитесь, что все электрические соединения надежны и не подвержены коррозии. Неплотные соединения могут вызвать искрение и короткое замыкание.
• Правильная полярность: Дважды проверьте полярность всех соединений. Перепутанные соединения могут повредить компоненты и создать угрозу безопасности.
• Обращайтесь с нагретыми компонентами осторожно: Сопло и нагретый стол могут достигать очень высоких температур. После тестирования или использования нагретых элементов дайте им достаточное время на охлаждение, прежде чем приступать к работе с ними.
• Используйте термостойкие материалы: При сборке деталей, которые будут подвергаться воздействию высоких температур, убедитесь, что они изготовлены из термостойких материалов, чтобы предотвратить плавление или деформацию.
• Избегайте перегрузки цепей: Убедитесь, что ваш блок питания способен выдержать нагрузку всех компонентов. Перегрузка цепей может привести к перегреву и возгоранию. Используйте источники питания с соответствующими номиналами и избегайте использования нескольких мощных устройств в одной цепи.
• Следите за печатью: Никогда не оставляйте 3D-принтер без присмотра во время его тестирования. Следите за признаками перегрева или электрических неисправностей. Если вы заметили необычные запахи или звуки, немедленно отключите питание и проверьте компоненты.
• Держите наготове огнетушитель: Держите огнетушитель, предназначенный для электрических пожаров, в пределах досягаемости от рабочего места. Убедитесь, что все присутствующие знают, как им пользоваться.

Общие меры предосторожности

• Одевайте СИЗ: надевайте соответствующую одежду, защитные очки и перчатки, чтобы защититься от ожогов и поражения электрическим током. Избегайте носить свободную одежду, которая может зацепиться за движущиеся части.
• Следите за чистотой рабочего пространства: Загроможденное рабочее пространство повышает риск несчастных случаев и затрудняет выявление потенциальных опасностей.
• Следуйте рекомендациям производителя: Строго следуйте инструкциям по сборке, предоставленным производителями компонентов. Эти инструкции призваны обеспечить функциональность и безопасность вашего 3D-принтера.

Программное обеспечение и прошивки

3D-печать включает в себя несколько этапов: от проектирования модели до подготовки ее к печати и, наконец, выполнения печати. Вам понадобятся различные программные решения, включая CAD-программы для проектирования моделей, слайсер для преобразования этих моделей в G-код и встроенное программное обеспечение для управления работой принтера.

Программное обеспечение САПР

Программы автоматизированного проектирования (CAD) необходимы для создания детальных 3D-моделей. Существует множество вариантов, но если вы только начинаете, можно выделить несколько наиболее подходящих.

Tinkercad — это бесплатное веб-программное обеспечение САПР от Autodesk. Она очень доступна и удобна в использовании, поэтому идеально подойдет вам, если вы новичок или используете ее в образовательных целях.

SketchUp Free известен своей простотой и удобством использования. Вы можете начать с базовых геометрических фигур и изменить их для создания детальных 3D-моделей. Кроме того, в 3D Warehouse имеется обширная библиотека готовых моделей, которые вы можете использовать в своих проектах.

Fusion, разработанный компанией Autodesk, представляет собой комплексный инструмент CAD, CAM и CAE. Это облачное программное обеспечение подойдет вам, если вы продвинутый пользователь, и предлагает обширные инструменты для параметрического моделирования, моделирования сетки и генеративного проектирования.

Слайсер

Слайсер преобразует ваши 3D-модели в инструкции, которые сможет понять ваш 3D-принтер. Существует множество вариантов, в зависимости от того, что вы хотите получить.

Разработанная компанией UltiMaker слайсер Cura — это бесплатный слайсер с открытым исходным кодом, который поддерживает широкий спектр 3D-принтеров и предлагает удобный интерфейс. В нем можно широко настраивать параметры печати, а также имеются такие функции, как адаптивные слои и различные варианты поддержки.

PrusaSlicer, изначально основанный на Slic3r, разработан компанией Prusa Research. Он обладает расширенными возможностями и оптимизирован для 3D-принтеров Prusa, но вы можете использовать его и с другими принтерами. Подробные настройки и расширенные функции делают его подходящим как для новичков, так и для опытных пользователей.

Simplify3D — это программа для создания слайсеров премиум-класса, известная своим детальным контролем над настройками печати и высококачественными структурами поддержки. Хотя оно и не бесплатное, многие пользователи сочтут вложение средств оправданным благодаря его широким возможностям и способности оптимизировать качество и эффективность печати.

Прошивка

Встроенное программное обеспечение работает на плате управления 3D-принтера, управляя его работой.

Marlin — это, пожалуй, самая распространенная прошивка для 3D-принтеров. Она имеет открытый исходный код и отлично настраивается, поддерживая широкий спектр функций и аппаратных конфигураций. Marlin обеспечивает такие функции, как автоматическое выравнивание ложа, термозащита и расширенный контроль движения.

Klipper использует хост-подход, полагаясь на одноплатный компьютер (например, Raspberry Pi) для выполнения сложных расчетов, необходимых для 3D-печати, снимая нагрузку с платы управления принтера. Такая настройка позволяет печатать более плавно и быстро. Klipper поддерживает такие функции, как опережение давления, формирование входного сигнала и конфигурации с несколькими микроконтроллерами.

Прошивка Repetier-Firmware известна своей эффективностью и расширенными возможностями. Она поддерживает несколько экструдеров, различные методы выравнивания станины и подробные настройки печати. Repetier-Firmware оптимизирована для высокоскоростной печати и предоставляет широкие возможности настройки, что делает ее подходящей как для новичков, так и для опытных пользователей, таких как вы.

После того, как все собрано

Как только ваш 3D-принтер будет готов к работе, вы сможете добавить несколько периферийных устройств, чтобы расширить свои возможности. Они могут улучшить качество печати, простоту использования и обслуживания.

Дополнительные устройства

• OctoPrint: OctoPrint — это программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое позволяет удаленно управлять 3D-принтером и следить за его работой, а также получать уведомления о состоянии печати. Оно также поддерживает плагины для расширения функциональности. Для установки OctoPrint обычно используется Raspberry Pi, что делает его относительно простым и экономически эффективным обновлением.
• Корпус: Корпус для 3D-принтера помогает поддерживать стабильную температуру, уменьшает испарения и шум, а также обеспечивает более безопасную среду для печати. Это особенно полезно при печати с использованием таких материалов, как ABS, которые чувствительны к перепадам температуры. Корпуса можно изготовить из различных материалов и источников.
• Хранение филамента: Правильное хранение филамента очень важно для предотвращения впитывания влаги, которая может ухудшить качество печати. Сушилки для филаментов или специальные коробки для хранения филаментов позволяют сохранить материалы сухими и готовыми к использованию, обеспечивая стабильное качество и продлевая срок годности филаментов.

Апгрейд и переделки

Существует множество обновлений и модификаций, которые вы можете сделать для своего 3D-принтера, если они отсутствуют в вашей 3D-печати.

• Датчик автоматического выравнивания стола: Такие датчики, как BLTouch или Pinda, могут автоматизировать процесс выравнивания стола, обеспечивая идеальный первый слой.
• Экструдер: Апгрейд экструдера с двумя шестернями, например Bondtech BMG, улучшит захват филамента и снизит вероятность возникновения таких проблем, как недоэкструзия.
• Сопло: Установка более качественного сопла, например V6 от E3D или цельнометаллического от Micro-Swiss, позволяет печатать при более высоких температурах и с более широким спектром материалов.