3D nyomtató építés házilag

Az első 3D nyomtatóm készítéséről írok, ami 10 mm-es rétegelt lemezből, cseréplécből, zárt szelvényből, csapágyakból, kiselejtezett tintasugaras nyomtatóból, bontott léptetőmotorokból, stb. épült. 300×300×350 mm-es területre tud elméletileg nyomtatni, de ez 240×250×290 mm-re van korlátozva. Így néz kis most:
3D nyomtató alumíniumlemezes ággyal
A 3D nyomtatásról általánosságban egy korábbi cikkemben írtam, ahol a CNC gépemet alakítottam át 3D nyomtatóvá, tulajdonképpen csak azért, hogy egy igazi 3D nyomtató nyomtatófejének alkatrészeit kinyomtathassam. A műanyag alkatrészek miatt ez a nyomtatófej elég könnyű lesz, lehet gyorsan mozgatni. A CNC gép a 900 mm/perces sebességével kicsit lassú 3D nyomtatáshoz, másrészt a marásról 3D nyomtatásra átállás is sok ideig tart, ezért úgy döntöttem, hogy építek egy külön 3D nyomtatót. (Később rájöttem, hogy ez a nyomtató sem elég gyors és egy Core XY mechanikájú nyomtatót építettem.)
Az X és Y tengelynek kell gyorsnak lennie: a műanyag réteg nyomtatásakor ezekben az irányokban mozog a fej és több percig dolgozhat egy rétegen. Ezért az X és Y tengelyeken a léptetőmotorok bordás szíjak segítségével mozgatják a terhet. Nem baj, ha a Z tengely lassú, viszont nagyobb tömeget kell tudnia mozgatni: az X tengelyt a nyomtatófejjel együtt. Mivel a Z tengelyen van az X (a CNC-mnél például az X-en van a Z), ezért a Z tengelyt két mozgatóorsó (valójában menetes szár) mozgatja két léptetőmotorral meghajtva. Ha elkészült egy műanyag réteg, akkor emel a Z tengelyen 0,1 .. 0,5 mm-t és kezdi a következő réteget nyomtatni.
A nyomtatóm által elért sebesség és elméleti felbontás: X tengelyen 6000 mm/perc, felbontása 0,15 mm, Y tengelyen 4000 mm/perc, felbontása 0,1 mm, Z tengelyen 1200 mm/perc, felbontása 0,003 mm (3 µm). Ezeknél a sebességeknél nagyobb jobb lenne (10000 mm/perc), de ahhoz sokkal könnyebb Y és X tengely kellene vagy más kialakítású nyomtató (pl. Core XY).

Hozzávalók

A lehető legtöbb alkatrészt próbáltam kibontani illetve olcsó anyagokat, zárt szelvényt, fát használtam, ahol lehetett. De így is sok mindent újan vettem:

  • M3, M4, M5, M6, M8 csavarok, anyák, alátétek,
  • 1 méter M8-as menetes szár (a Z tengely mozgatásához),
  • 1 méter M5-ös menetes szár (a léptetőmotorok rögzítéséhez),
  • 10 mm vastag rétegelt lemez (ebből kisebb-nagyobb darabokat vettem/kaptam),
  • egy kevés 4 mm vastag rétegelt lemez (a J-Head nyomtatófejbe rögzítéséhez),
  • 3x5 cm-es cserépléc (másnéven Bramac léc),
  • 1 szál 15×15 mm-es zártszelvény (ezt 4 vagy 6 m-es szálban lehet venni),
  • 2 darab SCS10UU lineáris csapágy (a 10 mm-es köracélhoz, beszerzés eBay),
  • 2 darab SCS12UU lineáris csapágy (a 12 mm-es köracélhoz, beszerzés eBay),
  • 8 darab 624 2Z csapágy (beszerzés Kobell-Ker Kft.),
  • 3 darab 608 2Z csapágy (egy darab nyomtatófejhez, beszerzés Kobell-Ker Kft.),
  • 1 darab 0,5 mm/3 mm-es J-Head (egy darab nyomtatófejhez, beszerzés eBay),
  • 5 darab TB6560-as léptetőmotor vezérlő (beszerzés eBay),
  • 1 darab Arduino Mega 2560 (beszerzés eBay, DX),
  • 1 darab Arduino shield prototípus NYÁK (beszerzés eBay),
  • 2 darab EPCOS B57560G104F NTC termisztor (beszerzés eBay) egy hőmérőt kell szerelni az ágyba, egyet a nyomtatófejbe,
  • gégecső (amit a falban futó elektromos vezetékekhez használnak),
  • Hőálló Kapton szalag (beszerzés DX, nem feltétlenül szükséges, ABS oldattal helyettesíthető)
  • 0,47 Ohm/10W-os ellenállások vagy 3 darab öntapadó fűtőszálas fűtőfólia 320×137mm, 12V, 35W (beszerzés Conrad),
  • 32 mm átmérőjű poliamid a Z tengely anyáihoz (PA6 + Molibdén-diszulfid, DOCAMID 6GMO, beszerzés QuattroPlast Kft.).

Amiket bontottam vagy szétbontottam:

  • HP Deskjet 990Cxi tintasugaras nyomtató (az X tengelyhez),
  • 10 és 12 mm átmérőjű köszörült acél (az Y tengelyhez),
  • 5 darab bipoláris léptetőmotor: 1 darab az X tengelyhez, 1 darab az Y tengelyhez, 2 darab a Z tengelyhez és 1 darab a nyomtatófejhez,
  • 1 .. 1,5 mm vastag acéllemezek (nyomtatóból),
  • bordás szíjak és hozzávaló kerekek (nyomtatóból, fénymásolóból),
  • 300×350 mm-es 4 mm vastag alumínium (a sima ablaküveget nem ajánlom, a hőálló üveg jó lehet, de nagyon drága),

A nyomtatófej műanyag alkatrészeit én nyomtattam a CNC-vel, de eBay-en is beszerezhető. A nyomtatáshoz szükség van műanyag szálra: ez lehet 1,75 mm vagy 3 mm átmérőjű, anyaga: PLA, ABS, PP, HIPS. Én 3 mm átmérőjű ABS műanyagot használok.

Építési napló

1. fázis

A nyomtató alapja 10 mm-es rétegelt lemez, erre csavaroztam fel mindent. Középen hosszában az Y tengely látszódik: 10 és 12 mm-es köszörült acélon fut az eredetileg hozzátartozó kis fekete kocsi. Az Y léptetőmotort és köracélokat tartó lemezeket én gyártottam és a lemez — sok pici furattal — eredetileg egy lézernyomtató alaplemeze volt. A kis fekete kocsit később lecseréltem, mert túl nagy volt holtjáték és könnyen be is feszült. Az alábbi képeken a Z tengelyt megtámasztó cseréplécek a keret mögött vannak, később a keret oldalára kerültek! Az X tengelyt megvalósító rész majdnem változatlanul lett beépítve egy HP Deskjet 990Cxi tintasugaras nyomtatóból. Eredetileg DC motor mozgatta a nyomtatófejet, ezt cseréltem ki léptetőmotorra. Itt még látszanak az eredeti festékpatron-tartók, a második képen kézzel emelem fel az X tengelyt és csak próbának van odatéve a bal oldali Z tengelyt mozgató léptetőmotor:
3D nyomtató mechanika (legelső változat) 3D nyomtató mechanika (legelső változat) 2.

2. fázis

Itt már be van építve a baloldali Z tengelyhez tartozó menetes szár, léptetőmotor és a fekete színű poliamidból (DOCAMID 66 MO) gyártott anya. Ilyen műanyagból készítettem a CNC-hez is anyákat. Kopásállógása miatt választottam ezt az anyagot. Középen átmenetileg egy cserépléc támasztja meg az X tengelyt a deformáció elkerülése végett:
Z tengely építés
Z tengelyek lineáris sínje M4-es csavarokból, 624-es csapágyból és félbevágott 15 mm-es zártszelvényből készült. Ez a lineáris sín típus a CNC gépemnél már bevált, csak ott nagyobb csapágyakat és nagyobb szögvasat használtam:
Z tengelyek lineáris sínjei Z tengely lineáris sínje 2. Z tengely lineáris sín próba

3. fázis

Közben elkezdtem összeépíteni a nyomtatófejet, amit egy Wade nevű ember tervezett: Wade's Geared Nema 17 Extruder. Magyarul Wade hajtóműves Nema 17-es nyomtatófeje. Előnye, hogy nem közvetlenül a léptetőmotor tengelyére van szerelve egy recézett kerék, hanem fogaskerék áttételen keresztül nagyobb erővel nyomja a műanyag szálat a J-Head-be. Másik előnye, hogy a nyomtatott alkatrészeken kívül csak M4-es, M8-as csavarok, alátétek és 608-as csapágyak kellenek hozzá. Az M8-as csavar recézését M4-es vagy M5-ös menetfúróval lehet megcsinálni (erről egy külön cikket lehetne írni). Az áttétel és a nagyobb erő azért szükséges, mert 3 mm-es műanyag szálat fogok nyomtatni, nem 1,75 mm-eset.
A plexilap nem vált be, túlságosan rideg, elrepedt: 4 mm-es rétegelt lemezt tettem később a helyére. Valamint a képeken látszódó legolcsóbb eBay-es Nema17 motort is kicseréltem, mert túlságosan melegedett:
3D nyomtatófej műanyag alkatrészei 3D nyomtatófej építés 3D nyomtatófej építés 3D nyomtatófej összeszerelve 3D nyomtatófej összeszerelve 2. 3D nyomtatófej rovátkolás
Leírás, összeszerelési útmutató itt. Ezen kívül sokféle nyomtatófej terv létezik, érdemes szétnézni. Lásd például: Greg's hinged extruder, Greg's Wade reloaded.

4. fázis

Első motorvezérlő az EasyDriver stepper motor driver V4.4 volt. Ez sajnos melegedett és nem tudta elég gyorsan forgatni a léptetőmotorokat (egy kisebb géphez lehet, hogy jó lenne):
3D nyomtató motorvezérlővel (a vezérlés később le lett cserélve) 3D nyomtató motorvezérlés és nyomtatófej 3D nyomtatófej beépítve

5. fázis

Az üveglap nem vált be! 4mm-es alumínium lemezből van most az ágy.
Itt már TB6560-as léptetőmotorvezérlőre tértem át és megcsináltam a fűtött ágyat üveglapból és öntapadó fűtőfóliából (először két fóliából, utána egy harmadikat is ragasztottam rá):
3D nyomtató TB6560-as motorvezérlőkkel Saját gyártású Arduino shield 3D nyomtató TB6560-as motorvezérlőkkel 3D nyomtató működés közben

6. fázis

Készítettem műanyag szál tartót és a Z tengelyt támasztó cserépléceket átraktam a nyomtató oldalára, hogy a Z tengely akadálytalanul mehessen fel a tetejéig. Továbbá a nyomtatófej motorját is lecseréltem egy régi 5,25"-os floppymeghajtóból kiszerelt példányra:
3D nyomtató műanyag szál tartóval 3D nyomtató működés közben 3D nyomtatófej régi floppymeghajtó motorjával 3D nyomtatófej régi floppimotorral 3D nyomtató vezérlés: Arduino, saját gyártású shield, TB6560-as motorvezérlők

7. fázis

Az összevissza lógó, beakadó vezetékek gégecsőben vezetve:
3D nyomtató: vezetékek gégecsőben vezetve
A sima üveg sajnos nem bírta a 110 Celsius-fokos hőmérsékletet és megrepedt. A tetejét hőálló Kapton szalaggal ragasztottam le, hogy ne essen szét. Az üveg alját pedig az öntapadós fólia tartja egyben. A Kapton szalagot használják egyébként is a 3D nyomtatáshoz, mert jól tapad hozzá az ABS műanyag:
3D nyomtató ágy, Kapton ragasztószalaggal fedve
A nyomtatót vezérlő számítógép és a nyomtató tápegysége:
3D nyomtatót vezérlő számítógép és a tápegység

8. fázis

A hagyományos üveglap sajnos egyenlőtlenül melegszik és előbb-utóbb eltörik, ezért 4 mm vastag alumíniumlemezt használok ágynak. Az ágyat mikrohullámú sütőből kiszedett fűtőszál és 20 darab 0,47 Ohm-os ellenállás fűti. 5 darab ellenállás van sorba kötve és ezt táplálom 12V-ról. A kék, barna és védőföld vezetékek szigetelése is szilikonból van, 300 fokig hőálló!
Asztal fűtés ellenállásokkal
Itt 230V-al melegítem a fűtőszálat, beszerelve kb. 110V-ról működtetem egy állítható toroid transzformátoron keresztül:
3D nyomtató asztal fűtés
Hőálló szilikon ragasztó:
Hőálló szilikon ragasztó
Új ágy beszerelve:
3D nyomtató alumíniumlemezes ággyal