3D tiskárna Vedoucí projektu: Ondřej Hofierka Konstruktéři: Martina Valešová, Jiří Ledvinka Soustředění mladých fyziků a matematiků v Zadově 2015
Poděkování Chtěli bychom poděkovat vedoucímu projektu za vedení projektu a pomoc s realizováním projektu. Dále bychom chtěli poděkovat Romanovi za pomoc s vrtáním a řezáním.
Úvod Projekt 3D tiskárny nás zaujal hned při prezentaci, protože je v dnešní době velmi populární. Mimo jiné nás lákala konstrukční složka tohoto projektu. Naším cílem bylo vyzkoušet si stavbu 3D tiskárny a také něco vytisknout. Také jsme si brzo uvědomili, že největším cílem, je projekt vůbec dokončit.
Princip Už při sestrojení prvních tiskáren lidi napadlo tisknout nejen na papír (ve 2D), ale i objekty, tedy 3D. I přes principiální jednoduchost 3D tiskárny se začaly ve větším vyrábět až nedávno. Princip tisku spočívá v roztavení plastu v trysce, kterou se tiskne. Takto vzniká tenké vlákno, z kterého je výsledný produkt vytisknutý. Do trysky se pomocí motorku posouvá filament (plastová trubička). Aby bylo možné tisknout 3D, jsou potřeba další tři motorky, které posouvají heatbed (vyhřívaná deska, na kterou se tiskne) a trysku po třech osách X,Y, Z. Jeden z konstrukčních problémů, je přesný posun po osách. Z tohoto důvodu se zde musí používat velmi přesné krokové motorky. Dalším požadavkem je přesná a pevná konstrukce a také dostupnost filamentu.
Stavba
Prvním krokem, kterým jsme začínali byla kontrola všech dílů. Většina dílů byla v pořádku a projekt vypadal jako větší stavebnice. Při této příležitosti jsme také zjistili, že několik zásadních dílů chybí a museli jsme je tudíž později vyrobit. Při stavbě jsme stavěli podle návodu, který existuje přímo pro tento typ 3D tiskárny. Hned na začátku jsme narazili na první problém. Matky, které sloužili k upevnění čehokoliv na konstrukci do kovových lišt byly moc vysoké. Proto jsme museli všech padesát matek obrousit smirkovým papírem. Samotnou kovovou konstrukci jsme sestavili celkem brzy a bez větších obtíží, díky tomu, že plastové díly byly vytisknuté přesně a dobře seděly do kovových dílů.
Poté jsme začali skládat i elektroniku. Elektronická část se skládá z hlavní desky Arduino Mega a desky RAMPS 1.4. Arduino je vývojová deska s 8bitovým mikroprocesorem. V tomto mikroprocesoru je nahraný ovládací program, který vykonává veškeré výpočty. Deska RAMPS je napájena z upraveného zdroje ATX. Obsahuje jednak výkonné tranzistory pro spínání napájení heatbedu, trysky a větráku. Dále obsahuje drivery krokových motorků, které se starají o veškerý pohyb. Zmíněný zdroj ATX jsme museli zatížit na pětivoltové linii pětiohmovým odporem, který jsme poskládali z jednoohmových odporů. Tuto zátěž jsme museli chladit větrákem, jelikož se přehřívala. Dále jsme museli vyrobit endstopy (spínače na koncích os). Po sestavení elektronické části jsme do Arduina nahráli ovládací firmware. Povedlo se nám ovládat jednotlivé motorky. Při této příležitosti jsme zjistili, že se motorky přehřívají. A tak jsme se dále zabývali nastavení ideálního proudu pro řízení motorků. Také jsme museli proletovat nakrimpované konektory, protože špatně vodily.
Mezitím jsme stavěli extruder (díl s tryskou). Pro tento díl jsme museli vyrobit speciální šroub, který posouvá filament do trysky. Šroub jsme upnuli do stojanové vrtačky a vybrousili do něj kulatým pilníkem drážku a po upnutí do svěráku jsme do něj otáčením šroubem vytlačili zoubky. Po složení a připevnění extruderu jsme na konstrukci připevnili všechny motorky a začali zapojovat elektroniku na 3D tiskárně. Dále jsme museli odladit motorky, zkalibrovat termistory a poté už jsme se pokoušeli o první tisk.
Problémy Prvním problémem, který nás potkal byly větší matky. Tyto matky jsme totiž potřebovali umístit do hliníkových profilů, kam se ovšem nevešly a tak bylo nutné všechny matky ubrousit o jeden milimetr smirkovým papírem. Další komplikací byly praskající plastové díly. Plastové díly byly totiž vytisknuté na míru na průmyslové 3D tiskárně a obsahovaly místy praskliny nebo chyby v tisku. Několik dílů proto při přišroubovávání ke konstrukci prasklo a bylo nutné je slepit vteřinovým lepidlem. Při krimpování konektorů na kabely od motorků jsme zjistili, že nesedí dobře. Přechodný odpor krimpovaných spojů byl proto moc velký, což způsobovalo občasnou nefunkčnost motorků. Zvolené řešení spočívalo v proletování nakrimpovaných konektorů, což problém dokonale vyřešilo. Na motorcích se dále projevil velký protékající proud a motorky se přehřívali a tak bylo nutné proud snížit pomocí trimrů na driverech. Na drivery bylo také nutné upevnit chladiče. Nejdříve jsme použili teplovodivou pastu. Chladiče bohužel po čipech sklouzávaly. Po použití oboustranně lepící teplovodivé folie už se chladiče nehýbaly. Dále jsme potřebovali sehnat termistor. Po dlouhém hledání jsme jej našli na rozbité základové desce. Dále bylo nutné ho zkalibrovat. Posledním stavěným kusem byl extruder. Pro ten jsme potřebovali vyrobit speciální šroub pro posun filamentu. Do šroubu jsme vybrousili zoubky, které slouží pro posun filamentu.
Závěr Naším cílem bylo sestavit funkční 3D tiskárnu a něco vytisknout. Při realizování projektu jsme narazili na spoustu zajímavých problémů. Seznámili jsme se spoustou nových dílů, součástek, činností, dovedností a novou elektronikou. Projekt se nám velmi líbil a zaujal nás na tolik, že jsme zvažovali stavbu doma. Tiskárnu se nám podařilo sestavit a rozpohybovat. Ladění a kalibrování nám ovšem zabralo více času, než jsme očekávali.
