Как собрать 3D-принтер своими руками?

Сегодня на рынке представлен широкий выбор 3D-принтеров от российских и зарубежных производителей. Их стоимость исчисляется в сотнях и тысячах долларов. Из-за этого не каждый может позволить себе купить такое оборудование. Однако стать обладателем собственного аппарата для трехмерной печати можно, сконструировав его собственными силами в домашних условиях.

Как собрать 3d принтер своими руками? Что для этого нужно и во сколько это обойдется? Обо всем этом – далее в статье.

Самостоятельная сборка принтера для печати 3D-моделей

Многие инженеры стремятся сделать технологию трехмерной печати общедоступной. Для решения этой задачи создали проект RepRap. 3D-принтеры, относящиеся к данной категории, способны печатать точные копии своих комплектующих. Они могут создать до 50% собственных элементов. Другими словами, с помощью одного аппарата печатаются комплектующие для аналогичного оборудования. Докупив нужные детали, можно собрать новое устройство.

Стоимость принтеров, воссоздающих свои прототипы, может достигать 200 тысяч рублей, и купить их может не каждый. Наиболее дешевый способ заполучить собственное устройство для 3D-печати – собрать его своими руками.

Конструирование 3D-принтера – это не такой легкий процесс, как может показаться на первый взгляд. Однако монтаж аппарата в домашних условиях обойдется вам значительно дешевле, чем покупка нового оборудования. Также в процессе сборки вы подробно изучите, из чего состоит устройство, как оно устроено, по какому принципу работает. Благодаря этому вы сможете быстрее освоить трехмерную печать.

Существует несколько вариантов сборки принтера в домашних условиях:

1. Разработка и конструирование собственной уникальной модели. В этом вопросе все зависит от ваших знаний, навыков, фантазии и умений. Но нужно учитывать, что при конструировании нового аппарата могут возникнуть проблемы с его настройкой и функционированием.
2. Монтаж оборудования на базе готовых и известных проектов, которые есть в отрытом доступе. К ним относятся RepRap Mendel Prusa i2, Prusa i3 и их различные конфигурации.

Сборка принтера Prusa i3 Steel

Рассмотрим подробнее, как собрать своими руками 3d принтер Prusa i3 Steel. Этот аппарат считается новым поколением проекта RepRap.

Условно создание оборудования для трехмерной печати происходит в несколько этапов:

1. Покупка необходимых комплектующих.
2. Сборка принтера.
3. Подготовка аппарата к эксплуатации.

Первый этап. Покупка деталей и комплектующих

Решив собрать 3d принтер своими руками, вы можете пойти двумя путями:

1. Самостоятельно найти и купить все комплектующие.
2. Воспользоваться готовыми наборами. Они стоят в среднем от 15 000 до 35 000 рублей. В их комплектации представлены только базовые детали, так что вам все равно придется докупать некоторые элементы.

Решив самостоятельно покупать все комплектующие для принтера, вы сможете сэкономить средства и выбрать более качественные детали.

Основными составляющими аппарата для 3D-печати являются:

• статичные и движущиеся элементы (механика) – корпус, направляющие, ремни, винты, подшипники и т. д. От того, насколько правильно будут подобраны эти детали, зависит, какое качество будет у напечатанных изделий;
• детали, благодаря которым принтер запускается и работает. Это двигатели, платы управления, драйверы, дисплей, блок питания и т. д.

Корпус

Раму для принтера можно сделать из фанеры, ДСП, акрила или металла. Последний вариант более надежный. Металлический корпус хоть и стоит дороже и весит больше, но прослужит дольше и будет лучше справляться со своей задачей. В оригинале у Prusa i3 Steel корпус сделан из стали.

Изготовить раму можно собственными силами. Ее чертежи представлены в открытом доступе. С ними можно обратиться в компании, которые занимаются резкой различных материалов.

Готовые корпусы Prusa i3 Steel можно приобрести на различных интернет-площадках. Их преимущество в том, что они могут продаваться со всеми необходимыми винтами и гайками. Если вы решите вырезать раму собственными силами, то эти элементы придется докупать отдельно.

Направляющие валы

От работы валов зависит точность изделий, которые будут печататься на принтере. Так что к их покупке нужно подходить ответственно.

Чтобы собрать 3d принтер Prusa i3 Steel, потребуется шесть направляющих валов. Они должны быть одного размера. Наилучший вариант – это линейные направляющие. Они стоят в несколько раз дороже традиционных деталей, но при этом могут гарантировать самую высокую точность изготовляемых изделий.

Стандартный диаметр валов для 3D-принтера – 8 миллиметров.

Детали можно приобрести в интернет-магазинах. Еще один вариант – покупка валов от старой оргтехники.

Подшипники

Для Prusa i3 Steel потребуются 11 линейных подшипников и один – 608 ZZ. Детали можно купить на местных рынках, в интернет-магазинах либо напечатать на 3D-принтере.

Шаговые двигатели

Для сборки оборудования вам понадобится четыре мотора Nema 17. В интернет-магазинах продают комплекты из пяти двигателей. Запасной элемент вам может пригодиться для дальнейшего апгрейда принтера.

Также можно использовать шаговые моторы, снятые с бывших в эксплуатации МФУ, принтеров и плоттеров.

Плата управления и регулятор напряжения

Чтобы собрать 3д принтер для трехмерной печати, вам понадобится плата Arduino Mega 2560 R3. Она будет выступать мозговым центром аппарата. В ее процессор будет загружаться прошивка.

Стоит учитывать, что, совершив какое-либо неверное действие при конструировании принтера (например, неправильно присоединив драйвер шагового мотора), вы можете спалить плату. Покупка запасной Arduino Mega 2560 R3 поможет устранить эту проблему.

Также вам потребуется плата расширения для Arduino – RAMPS 1.4. К ней будет присоединяться вся электроника и драйверы двигателей.

Еще нужно купить понижающий регулятор напряжения. С его помощью вы защитите основную плату от выхода из строя.

Драйверы шагового двигателя

Они представляют собой миниатюрные платы и отвечают за работу моторов. Всего вам потребуются пять драйверов A4988.

Купите сразу несколько запасных плат. Они пригодятся, если при конструировании 3D-оборудования одна из деталей сгорит.

LCD-дисплей

Экран нужен для того, чтобы с его помощью следить за состоянием печати и управлять оборудованием. Выбирайте устройство с шилдом и шлейфом. Тогда вам будет легче его подключить. Также отдавайте предпочтение дисплеям со встроенным картридером, куда вы сможете вставлять карту памяти с трехмерными моделями.

Если вы планируете подключать аппарат напрямую к компьютеру, то тогда экран вам не пригодится. Однако владельцы 3D-принтеров советуют печатать с карты памяти. Это позволяет запускать оборудование из любой точки, не привязываясь к ПК.

Блок питания

От этого элемента зависит, насколько мощным будет ваш принтер. Специалисты, обладающие опытом кустарной сборки оборудования для трехмерной печати, утверждают, что для устройства, которое оснащено одним нагревательным столом и 1-2 экструдерами, подойдет блок питания мощностью 12 В.

Экструдер в сборе

Это печатающая головка, создающая изделия из пластика. Через нее сопло выдавливает на платформу материал, из которого и формируется изделие.

Экструдер состоит из двух элементов – cool-end- и hot-end-блоков. Первый отвечает за подачу материала для печати, второй – представляет собой сопло с нагревательным элементом.

Различают несколько видом экструдеров. Эксперты советуют выбирать те модели, у которых механизм подачи пластика располагается перед нагревательным элементом. С помощью такой детали вы сможете без труда создавать изделия из разных видов пластика.

Учитывайте, что при эксплуатации принтера сопло может засориться. Очищать его нужно при помощи специального сверла. Чтобы не повредить деталь, эту процедуру проводят очень аккуратно. Некоторые владельцы решают не чистить сопло от засорений, а покупают новое.

Горячий стол и стекло

Стол представляет собой платформу, на которой будет располагаться печатаемое вами изделие. Он должен разогреваться до температуры 100-110 градусов Цельсия, если вы планируете создавать детали из ABS-пластика. Для печати из PLA и других материалов нагрев необязателен.

Также нужно приобрести стекло, которое будет помещаться сверху горячего стола. Можно использовать обычное оконное стекло. Но оно сможет выдержать нагрев до 90 градусов Цельсия. Лучше всего для этих целей применить боросиликатное стекло или зеркало.

Вентиляторы обдува

Вам потребуются два вентилятора. Один нужен для обдува материалов, которые медленно затвердевают, второй – для обдува плат. Использование большой системы охлаждения поможет снизить шум от принтера.

Мелкие детали

Для сборки принтера понадобятся:

• ремень GT2;
• шпильки-винты с метрической резьбой М5, диаметром 8 миллиметров, длиной – 345 миллиметров. Всего потребуется 2 винта;
• NTC термистор 100 кОм 3950;
• соединительная муфта 5×5 миллиметров – 2 штуки;
• механические ограничители – 3 штуки;
• разъем питания с кнопкой;
• провода (для подключения шаговых двигателей);
• пружины для стола – 4 штуки, для ограничителя оси Х – 1 штука;
• шкив GT2 на 16 зубьев – 2 единицы;
• оплетка для проводов;
• USB-кабель;
• кабель питания 220 В;
• гайки, винты, шайбы, длинные болты.

При покупке мелких деталей не стоит строго придерживаться списка. Если есть вероятность поломки или потери каких-либо элементов, то лучше покупайте их с запасом.

По разным оценкам, общая стоимость всех комплектующих, которые понадобятся для сборки 3д принтера, может достигать 20 000+ рублей. Готовый набор для конструирования Prusa i3 Steel стоит в российских интернет-магазинах до 50 тысяч рублей.

Второй этап. Сборка 3D-принтера

После того как вы приобрели необходимые детали для создания собственного 3D-оборудования, можно приступать к его монтажу. Для этого понадобятся следующие инструменты:

• наборы отверток и шестигранников;
• бокорезы;
• плоскогубцы;
• сверла разного диаметра;
• силиконовый пистолет;
• инструмент для снятия изоляции проводов;
• паяльная лампа;
• термоусадочная трубка (для изоляции кабелей) и другие приспособления.

Собрать принтер Prusa i3 Steel вы сможете, следуя одной из этих инструкций: ссылка № 1, ссылка № 2.

При соединении всех деталей соблюдайте технику безопасности. Все инструменты используйте только по назначению. Электронные компоненты устанавливайте на принтер только при выключенном сетевом питании.

Третий этап. Установка софта, настройка и эксплуатация

После того как принтер Prusa i3 Steel собран, можно приступать к программной части.

Скачайте прошивку Marlin и среду разработки Arduino IDE. Последняя необходима для исправления и загрузки программного обеспечения в принтер. Загрузите прошивку в аппарат и установите необходимый софт. Чтобы самостоятельно настроить ПО, следуйте этой инструкции.

Завершающий шаг – настройка слайсера. После этого аппарат готов к работе. Эксперты советуют первым делом освоить печать изделий из термопластика PLA.

Инструкции, статьи и видеоролики о том, как настраивать, обслуживать, модернизировать и эксплуатировать 3д принтер Prusa i3 Steel, вы сможете найти на различных тематических интернет-сайтах.

Что вы получите в результате?

Собрав своими руками Prusa i3 Steel, вы получите надежный аппарат, который обладает увеличенной областью печати и позволяет создавать изделия из таких материалов, как ABS, PLA, HIPS, FLEX и PVA.

При желании оборудование можно модернизировать. Например, его можно оснастить вторым экструдером или установить деталь с двумя печатающими головками. Кроме того, вместо линейных подшипников принтер можно оснастить капролоновыми или медными втулками. За счет этого удастся повысить качество печати.