Увлекательные опыты для детей и взрослых детей
92,59
рейтинг
17 августа 2014 в 21:15

Разное → «Как я, будучи обычным школьником, спроектировал и собрал свою модель 3D принтера»

Многие из нас привыкли смотреть за прогрессом и последними достижениями техники и науки как бы немного со стороны – оценивая уже конкретные продукты, а не сам процесс. Однако школьник из Волгограда Михаил Козенко не из их числа. Он как раз и таких, кто собственноручно предпочитает пройти весь путь от идеи до конечного результата. И итогом его поисков стал 3D принтер, который принес юному изобретателю (в мае ему исполнилось 15 лет) уже несколько наград.

С Мишей мы познакомились случайно – новость о его принтере появилась на нескольких сайтах, последовали приглашения на радио, было пару постов в развлекательных группах (эту публикации Мише, кстати, принесли немало разочарований из-за чересчур ироничных комментариев публики). В нашей группе «ВК» о Мише также была новость. И, что удивительно, сам автор без нашего приглашения вступил в диалог с читателями паблика «Простая наука», объяснял, подсказывал и учил. Он, как и мы своей книгой для детей 5-12 лет «Простая наука», двигает науку вперед не просто словами, а конкретными делами. Так у нас с ним и родилась идея сделать подробный пост для «чайников» (под таковым я подразумеваю себя, а не уважаемых хабровчан), как сделать 3D принтер с нуля.

Далее — со слов автора, который с удовольствием поучаствует в обсуждении под этим постом. И если текст получится полезным и интересным, он расскажет о создании «второй версии» принтера.

image


image
Итак, начну свою историю с того, что я люблю мастерить и создавать интересные вещи. И несколько лет назад я всерьез заинтересовался 3D печатью, ведь 3D принтер — это устройство для быстрого изготовления артефактов, а в руках человека, имеющего воображение, — целая фабрика. Я начал интересоваться этой технологией, узнал о проекте RepRap, основной задачей которого стало сделать 3D печать доступной, именно благодаря нему появилось большинство дешевых моделей. Я увидел, что люди собирают принтеры, и, в принципе, в этом нет ничего сложного. Тогда я решил, что просто обязан приобрести или собрать себе такое устройство!

Таким образом, я имел только желание и финансовую поддержку родителей, которым я рассказал о своей цели. Примерно год мне понадобился, чтобы разобраться в технологиях печати, проекте и некоторых конструкциях. Теперь предстояло самое главное. Для начала я определился, что мне нужен принтер, работающий по технологии FDM (моделирование методом наплавления), она самая распространенная и простая, материал и детали легко найти, к тому же уже есть опытные люди в этом деле. Потом следовало определиться, в каком виде мне приобрести принтер, может быть, купить готовое устройство или полный набор деталей, или, может, собрать свой? Мне не очень нравились готовые решения, поэтому я решил, что можно купить электронику и механику, собрать сначала временную раму, и на получившемся устройстве напечатать детали уже к нормальному принтеру.

Я решил, что для «нулевой модели» пойдут направляющие валы из старых принтеров, диаметром 8мм, благо, что у нас в гараже их было много, а втулки можно нарезать из алюминиевой трубки 8/10, у которой внутренний диаметр немного меньше 8, а потом просто расточить, чтобы они плотно прилегали и легко скользили. В гараже было много ДСП, и я решил сделать раму из него. Все остальное (а именно: электронику и механику) я решил купить на EBay в Китае. Я выбрал Arduino Mega 2650, Ramps v1.4, 4 драйвера A4988 (хотя я купил 5 и потом об этом не пожалел), 5 шаговых двигателей формфактора NEMA 17, с крутящим моментом 4 кг*см (брал с запасом мощности на всякий случай), блок питания 400 Ватт на 12 Вольт и 33 Ампера, нагревательную панель Mk2A, со стеклом, которое, к сожалению, не доехало целым, цельнометаллическую термоголовку типа Bowden Hot End, тефлоновую трубку 1 м для термоголовки, монитор уже для второго принтера, и ещё по мелочёвке, два шкива на 29 зубьев и пару метров ремня gt2, пару муфт, подающее колесико с зубьями для экструдера, пару маленьких вентиляторов 30х30, пару пневмофиттингов для трубки с внешним диаметром 4, 3 концевых выключателя, а так же 20 штук 608 подшипников, так как это выходило дешевле чем в Волгограде. Всё это обошлось примерно в 20к.

Пока детали шли, я занялся проектированием, не стараясь с детальной проработкой и используя только габариты, я за неделю создал проект своей модели принтера, которую, не долго думая, назвал ВолгоБотом.

image
Габаритный проект моего принтера выполненный в САПР КОМПАС 3D Home

Я решил, что он будет представлять собой куб, собранный из ДСП. Электроника будет размещена на правой боковой стенке, а катушка с пластиком и механизмом подачи — на левой стенке. В нём будет три яруса: нижний будет выполнять только несущую функцию, средний же — каретки Z, а на верхнем будет сосредоточена вся механика: двигатели оси Z и механизм позиционирования H-Bot, который я выбрал из-за его явных преимуществ. В нём всего один ремень, а, значит, натяжитель нужен тоже один, креплений концов ремня нужно всего 2, и вообще, в этом механизме все двигатели находятся на раме, что облегчает каретки, а что касается прошивки, то в стандартном Marlin для его активации нужно раскомментировать всего одну строчку #define CoreXY, ну и правильно инвертировать оси.

image
Схема подключения электроники к Ramps v1.4, как видите ничего сложного нет

Когда я стал уверен в своём проекте, начался ад для всех, кто живёт рядом, так как около двух недель я работал электролобзиком, электродрелью, ручным инструментом на балконе. Каждый день, с утра до вечера. Некоторые детали просто не получались с первого раза, приходилось вносить некоторые изменения в конструкцию и переделывать их. И вот, наконец, все оригинальные детали для принтера были готовы!

Не теряя времени, я приступил к настройке прошивки. Не буду занимать здесь много места инструкцией по настройке, скажу, что я пользовался этой статьей, в ней всё очень чётко, ясно и понятно описано. Только надо обратить внимание на то, что именно для моего принтера надо раскомментировать строчку #define CoreXY, о которой я уже говорил.

И вот пришли комплектующие из Китая, как оказалось, не совсем удачно, не пришла тефлоновая трубка, а вместо неё прислали ещё два шкива и 3 метра ремня GT5, я не стал выяснять отношений. И поэтому пришлось заказать уже в отечественном магазине.

image
Почти всё для сборки есть

А пока шла трубка, я начал собирать всё воедино, особо сложного в этом не было, самое главное — это выполнить некоторые требования, чтобы всё было закреплено очень жестко и надежно, а направляющие были параллельны, для того чтобы не заклинили каретки, и, вообще, следует, чтобы сами оси были перпендикулярны. Итак, принтер был полностью готов, за исключением тефлоновой трубки.

image
Собранный H-Bot

image
В процессе...

image
Итак, ждём bowden трубку

Мне очень не терпелось его опробовать и я решил пока настроить системы, а печатать потом, когда будет трубка. При первом подключении всё чуть не сгорело, я обнаружил, что дело было в неисправном драйвере шагового двигателя, на нём была плохая пайка.

image
Смазанная пайка чуть не погубила всё дело

Я заменил его, и тогда всё подключилось хорошо, потом, конечно исправил дефект на этом драйвере и оставил его запасным, но оставалось дело за настройкой! Я загрузил уже подготовленную прошивку через Arduino IDE в свой принтер, подключился к нему через Repetier-Host, и подал первые команды. Оказалось, некоторые оси были перепутаны и их надо было инвертировать в прошивке. Был уже вечер, и я не стал этим заниматься, а на утро, со свежей головой, быстренько разобрался в проблеме, уже правильно настроил, перепрошил и снова попробовал подать команды. На этот раз всё более-менее заработало хорошо, но порой не хватало мощности двигателям, тогда я настроил силу тока с помощью переменных резисторов на драйверах шаговых двигателей. И вот! Все команды шли правильно, получилось даже с первой попытки правильно посчитать шаги двигателей, их скорость, и всё-всё! Оставалось только попробовать попечатать, но трубки всё не было. Поэтому пришлось идти на очень глупое решение: пусть принтер печатает, а я буду подавать пластиковый пруток вручную, примерно столько, сколько подаёт экструдер. Хоть это и очень глупо, но первая печать шайбы и кулончика для родителей на память получилась не так плохо, после нескольких таких проб я натренировался и подавал достаточно ловко.

image
Первая печать. Родители попросили сделать на память

Ура! Трубка пришла, я её поставил, но печать ни в какую не хотела продвигаться. Дело в том, что вместо зубчатого колёсика я решил использовать резиновое, и оно просто проскальзывало, благо, что у меня было настоящее, и я быстренько спроектировал ещё один механизм подачи, потратил, примерно, около часа на печать. И опять: принтер печатал, а я подавал пластик, на этот раз через трубку, но всё получилось неплохо. Я без проблем собрал новый экструдер, перепрошил принтер под новое подающее колёсико, и не этот раз всё заработало просто превосходно!

image
Первый экструдер. Динозавр, не правда ли?

image
Версия #2 экструдера с обычным подающим колёсиком

image
Второй экструдер. Как оказалось, пружина лишняя

Первым делом попробовал напечатать бюст Ленина, потом — небезызвестную модель совы, сейчас немного подправил настройки и напечатал ещё одну сову, на этот раз качество меня вполне устроило!

image
Первая настоящая печать, сопло 0.5, толщина слоя 0.4

image
Вторая настоящая печать, сопло 0.5, толщина слоя 0.4

image
Перепечатанная сова, на этот раз сопло 0.5, слой 0.3

Таким образом, ВолгоБот 0.0 оказался завершённым и полностью готовым к печати деталей к ВолгоБот 0.1, который я уже, не теряя времени, начал проектировать!

Вот, кстати, видео по ВолгоБот 0.0:


Моя статья — это, скорее, не рассказ о каком-то школьном гении, который изобрёл велосипед, а просто доказательство того, что если есть желание и немного средств, то 3D принтер сможет собрать каждый! Для воплощения в жизнь моего проекта мне понадобилось:
1. Желание и чёткая цель получить в итоге 3D принтер
2. Время на изучение темы и открытого проекта RepRap (я потратил год)
3. Некоторая сумма денег (для моего проекта понадобилось примерно 23 тысячи рублей)
4. Хорошая САПР и умение работать в ней (я использовал домашнюю версию КОМПАСа 3D)
5. Время на проектирование (мне понадобилась неделя)
6. Время на создание самого принтера (мне понадобилось 2 недели)
7. Время на настройку самого принтера (мне понадобилась неделя)

Если данная статья вызовет интерес, то в следующей части я расскажу о создании уже ВолгоБота 0.1. Если есть объективные замечания и критика, то буду рад выслушать, так как пишу материал для ХабраХабра впервые. А пока вот компоновочная геометрия для второй модели принтера:

image
Пока ещё не законченная компоновочная геометрия принтера ВолгоБот 0.1
Автор: @avtor86
Простая Наука
рейтинг 92,59
Увлекательные опыты для детей и взрослых детей
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Комментарии (59)

  • +50
    Респект таким школьникам
    • +6
      Нет, респект родителям: это, все-таки, не копеечное удовольствие — комплектуху для 3D-принтера купить!
      • +3
        А вдруг школьник зарабатывает уже? Я в 14-15 лет тягал на одесский радиорынок отремонтированные собственноручно списанные радиостанции из автопарка, так купил первый компьютер =)
  • +9
    уважаемые хабровчане! общение с Михаилом пока через меня. Однако, если у кого-то есть инвайт как раз для таких случаев, пишите мне ЛС, я дам почту Миши.
    • +7
      Так он вполне мог и сам в песочницу статью написать.
      • +6
        +1 Хабр должен знать своих героев
      • +1
        мы с Мишей посчитали, что размещение поста в нашей группе будет вполне уместно. с учетом того, что мы с ним обсуждали материал, вместе готовили, познакомились в нашей группе, что на Хабре он ни разу не был. мы решили взять его под свое крыло )
    • +14
      вопрос с инвайтом решен. большое спасибо d4rky
      • +3
        … а можно было просто подождать — пост вполне себе явно тянет на инвайт
        • +4
          Но он не был опубликован в песочнице, поэтому пришлось пофорсить. :)
    • +33
      Вы главное скажите Михаилу, если будет общаться с прессой, чтобы контролировал ситуацию и чтоб у журналистов не получилось «российский школьник изобрёл 3D принтер!»
      • +11
        Да, к сожалению, это основная проблема наших СМИ. Свои Волгоградские уже именно такую формулировку опубликовали в газете.
      • +7
        Мне кажется, Михаил в этом отношении весьма адекватен ) А вот журналисты… ну, у журналистов работа такая. Погромче заголовок, чтобы побыстрее продать:
        Раз
        Два
        Три
        Четыре
        Пять

        Правда, в этой совсем небольшой подборке почти нет перевирания. Плюс я с ним познакомился как раз благодаря таким вот новостям.
  • +2
    Картинки, сэр. Ужмите их, Бога ради.
    Даже через LTE открывается с трудом.
    • +4
      cделал. простите
      • +11
        Нет. Фотографии должны быть в jpg, скриншоты и схемы — png. Сейчас все в png. Фотографии в png занимают неприлично много места.
        • +3
          и все-таки сделал! )
  • +10
    Не обычный «обычный школьник», мне кажется у него есть будущее.
    Конструкция конечно хлипкая (имеет люфты), этим и объясняются некоторые дефекты печати.
    Но имея понимание взаимодействия всех узлов, автор вполне сможет выявить эти узкие места и улучшить конструкцию.
    Успехов ему в самостоятельном создании новых интересных конструкций!
  • +15
    школьники уже не те
  • +8
    Я свой 3D принтер по помойкам собирал из старых принтеров. Вы не поверите сколько их там с засохшими головками при желании можно найти, причем с полностью рабочими двигателями и блоками питания!
    Намучился в свое время с выставлением валов на осях и поэтому поступил проще: просто брал из принтера целиком ось — там же полный набор — вал, каретка и двигатель (правда не всегда биполярный как хотелось бы, а иногда и просто ДПТ). Особенно ценны матричные принтеры — там отличные валы и обычно в паре.
    Вот видео первого теста Кстати, что удивительно, такой бюджетнейший принтер показал нормальную точность, несмотря на то что люфт у многих элементов был огромный.
    Михаилу респект! Собирать принтер из подручных материалов — тот еще геморрой. Говорю со знанием дела :)
    • +3
      Конструкция впечатляет. Но качество видео совсем плохое, с трудом можно что-то разглядеть. В целом всё напоминает кино 30-х годов :)
      Может напишите свою статью о сборке 3D принтера из старых принтеров? С указанием ошибок, тонких мест, да и с выводами, стоит ли заморачиваться?
      И обязательно с хорошими фотографиями конструкции.
      • 0
        А почему бы и нет, напишу! :)
    • 0
      это где такие клондайки водятся?
      • 0
        Два принтера я нашел просто спросив знакомых — сейчас много кто хранит их даже если они давно не печатают. Один принтер около свалки — он тупо валялся в кустах. А самые крутые матричные — когда мой университет переоборудовал кафедру, попутно списав все старое нерабочее оборудование. Причем охранник не хотел отдавать нам мусор (он думал мы цветмет воруем, а он видимо сам его собирал). Но мы в итоге умыкнули нужные детали и я собрал принтер, а мой знакомый координатный стол для плазменной резки.
  • +53
    Всем привет! Я Миша Козенко. Инвайт мне дали, готов общаться!
    • +6
      С прибытием) Будем ждать новых идей.
    • +7
      Молодец! Хороший пример «прямых рук»!
    • 0
      Поменяйте заголовок с обычного, на необычного ;)
      • +1
        Почему у нас «умный» — значит необычный? В современном обществе приоритеты сместились к тому, чтобы всех кто хоть немного превосходит других людей таковыми считают?) Необычными я бы посчитал скорее вот этих людей ссылка, а вот как раз их не так много.
        По мне — обычный, адекватный парень, который не ленится, делает то что ему нравится и стремится к большему :)
        • –3
          Потому что само понятие «обычности» происходит из реального мира, а не ваших представлений «какие должны быть школьники».
          • –3
            • –1
              Ну и что. В чем ваша мысль заключается?
  • +3
    Молодец! Совершенно согласен, что это не только возможно, но ещё и крайне познавательно. По пооводу использования деталей от старых принтеров — я бы поостерёгся. Может очень сильно затормозить процесс. Я пытался использовать 3 шаговика Nema 17 от принтеров и старого 5-дюймового дисковода… Кончилось всё тем, что все 3 были заменены на родные китайские… Принтерным не хватало мощности и в процессе настройки это становилось понятно. Много времени потерял. Всё же, для домашних условий — на коленке, мне больше нравится конструктив Mendel Prusa i2. Жёсткие треугольники, не куб. Но настраивать его геометрию — непростая задача. Зато можно гарантированно настроить.
  • +1
    По теме CoreXY — www.corexy.com/corexyr1/index.html, собственно готовый универсальный механизм.
    • +2
      Механизм очень хороший и перспективный. Вообще есть два подобных механизма, CoreXY и H-Bot, прошивка для обоих одинакова, различие в системе ремня, у CoreXY их 2, а у H-Bot всего один. Ну а я выбрал именно H-Bot.
  • +11
    С бюстом Ленина это он круто придумал, теперь знаю, на чем буду тестить свой принтер, когда соберу :-)
    • +2
      Там только подбородок сильно выступает, у меня не очень хорошо он пропечатался.
      • +1
        А тут ведь как раз ситуация такая, что чем моделька хуже печатается, тем лучше она подходит в качестве сэмпла. Сразу становятся видны огрехи конструкции. С виду кстати только пару рядов «поплыло» на уровне шеи, что вполне неплохо.

        А не пробовал после печати устраивать моделькам «ацетоновую баню», для повышения прочности и сглаживания косяков?
        • +2
          Ацетоновую баню ещё не пробовал, хотя хочу. Проблема в том, что ацетона пока нет.
  • +3
    Посмотрел видео, а парень то чертовски харизматичен, что сейчас очень немаловажно, ведь толковых людей полно.
  • +4
    Ну вот и пришло время, когда 3Д принтер может собрать школьник из говна и палок подручных материалов. Молодец. Я в его возрасте делал пианино и жучки на К155ЛА3.
  • +5
    За бюст Ленина от комсомола отдельный респект :)
  • +13
    Думаю озвучу популярный вопрос внутреннего голоса. "- Если он обычный школьник, тогда кто же я?"
    • +1
      Необычный школьник? Обычный не школьник? Необычный не школьник?
  • 0
    Круто! Теперь части новой версии принтера можно печатать на этом 3Д принтере и повысить качество!
    А потом в конце уже и дойдет до 3Д принтера, печатающего металлом и можно будет собирать конструкции не хуже серийных
    • +3
      Вот на это я и рассчитываю!
    • 0
      В домашних условиях, как вы говорите «печатать металлом», мягко говоря, СОВСЕМ НЕ БЕЗОПАСНО.
      Если только этим металлом не будет олово, например, а детей младшего школьного возраста выгонять в соседнюю комнату.
  • +3
    Не умаляя заслуг, позвольте всё же позанудствовать. При цене вопроса в 25 т.р. можно было добавить 500 рублей на кусок новой фанеры или ДСП. А то эти обрезки старой мебели с потрескавшимся лаком настраивают иронично по отношению к изделию.
    • +4
      Позвольте продолжить занудство. Ведь написано же автором:
      собрать сначала временную раму, и на получившемся устройстве напечатать детали уже к нормальному принтеру.

      Думаю, обрезки старой мебели оказались под рукой (в магазин бежать не надо, время тратить), и товарищ не захотел заморачиваться
  • 0
    Вопрос к Мише: куда собираешься поступать?
    • +1
      Добрый день! Рассчитываю всегда на минимум, думаю поступать в наш Волгоградский политех (ВолГТУ) на специальность по САПР, если получится куда-то на более серьёзное место, пойду туда!
  • +2
    А школьник то далеко не обычный. 99% нынешней шпаны такие достижения и не снились. Честь и хвала парню.
  • 0
    про обычных и необычных школьников я бы рекомендовал почитать комментарии к постам. Не сочтите за рекламу. Но:
    первый пост на Пикабу (понятно, кто его основная аудитория, особенно в период летних каникул) и второй пост, по сути, копия хабровского.
    очень интересные комментарии. Особенно из разряда «я тоже так могу. да и еще лучше. и еще меньше денег надо. просто не хочу»
  • +1
    Читал данный пост и словно дежавю, подача прутка прям копия, как у моего принтера.Такие штуки называются RepStrap, и делаются они для того, чтобы распечатать нормальный RepRap (в общем автор так и написал). Мне мой WolfStrap обошелся очень дешево — всего-лишь за 8 тысяч, в отличие от 20 тыс. у этого принтера. Вот это точно из говна и палок. Почти все детали были куплены в хозяйственном за копейки, направляющие мебельные, так как дешевле линейных подшипников. Дерева тоже намного меньше расходуется. Заказывать пришлось только электронику, шаговики, подложку и экструдер. Настраивать на приемлемую точность правда пришлось долго, и скорость очень медленная, но все заработало. И да, я тоже был школьником, когда собирал эту штуку.
  • 0
    Молодец, парень, когда увидел заголовок, я подумал «опять школота что-то порит», но стоило начать читать статью, как я понял, что очень сильно ошибся, текст изложен технически грамотно и понятно. мне трудно представить тебя теперь в школе, что твои одноклассники говорят по этому поводу? Или они вообще не понимают о чем ты им говоришь, когда рассказываешь про то, что собрал, по сути на коленке. От всей души, удачи, чувак.
    • +1
      Все по разному, что касается принтера, то узнаю 1-го сентября!
  • 0
    Респект!
  • +1
    Молодчинка!!! Я преподаватель в колледже, и мне есть с чем сравнить! Многие студенты вообще не хотят учиться, лень вперед них родилась. Гораздо проще сидеть на лавочках и пить пиво (а таких не мало).

    Поэтому ты умничка и твои родители, раз поддерживают тебя! Успехов во всем! Побольше бы таких как ты!
  • 0
    мне кажется что без помощи отца… наврядле чего получилось

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное