Устройства для автокалибровки стола 3d принтера

Шаговые двигатели NEMA 17

NEMA 17 - это условное обозначение типоразмера стандартного посадочного места для различных шаговых двигателей, которое имеет размеры 1.7x1.7 дюйма (43.2x43.2 мм). Меньший типоразмер обозначается как NEMA 14 (1.4x1.4 дюйма или 35.6x35.6 мм).

Шаговые двигатели могут иметь три режима работы: полношаговый, полушаговый и микрошаговый. Во время полношагового режима шаговый двигатель проворачивает свою ось на 360 градусов, совершая 200 шагов, во время полушагового - 400, а в микрошаговом режиме каждый шаг делится еще на 4, 8 или 16 частей. Управление двигателем в микрошаговом режиме настолько сложное, что для него используются специальные контроллеры шаговых двигателей. Шаговые двигатели бывают рассчитаны на 4, 8 и 12 В.

Экструдер

Функцию равномерного распределения по рабочей поверхности пластика и других материалов выполняет экструдер, который плавит и подает через сопло термопластик (ABS или PLA) на поверхность стола. Являясь самой сложной частью 3D-принтера, экструдер состоит из привода подачи пластика и термоголовк

Привод экструдера с помощью редукторного механизма выталкивает нить пластика диаметром 1, 75 или 3 мм. В большинстве современных приводов используется шаговый двигатель для лучшего контроля подачи нити к термоголовке. Нить подается в алюминиевую термоголовку со встроенным нагревателем, где разогревается до температуры 170-260 °С, в зависимости от типа пластика, и переходя в полужидкое состояние, выдавливается из печатающей головки, диаметр отверстия которой обычно располагается в диапазоне от 0, 35 до 0, 5 мм.

Поверхность для печати

Рабочая поверхность, на которой формируются 3D-детали, называется столом или платформой. Её размеры варьируются в зависимости от модели принтера и обычно располагаются в диапазоне от 150 до 200 мм². Большинство производителей 3D-принтеров предлагают подогреваемую платформу уже в комплекте, либо как дополнительную опцию. Всегда есть возможность самому сделать подогреваемую платформу из подручного материала. Задача платформы – не допустить разрывов или трещин модели, а также обеспечить надежное сцепление между первыми слоями печатаемой детали и рабочей поверхностью.

Верхняя часть платформы изготавливается из стекла или алюминия для лучшего распределения тепла по всей площади и обеспечения гладкой и ровной поверхности. Стекло дает более ровную поверхность, в то время как алюминий лучше распределяет тепло в случае подогрева. Чтобы предотвратить отрыв модели во время печати, поверхность платформы часто покрывается какой-либо липкой массой или пленкой. Такие материалы часто состоят из каптона или полиамидной ленты, в зависимости от типа пластика.

Линейный двигатель

Используемый привод (линейный мотор) во многом определяет точность и скорость печати, а также периодичность обслуживания 3D-принтера. Обычно используются гладкие, высокоточные металлические стержни для каждой оси, а также пластиковые или бронзовые шарикоподшипники для перемещения по каждому стержню. Линейные шарикоподшипники обеспечивают более долговечную и качественную работу, однако они более шумные, чем бронзовые, которые, в свою очередь, сложнее откалибровать на момент сборки.

Концевые датчики

Диапазон движения линейных приводов обычно ограничивается механическими или оптическими фиксаторами – простейшими концевыми датчиками (EndStop), которые сигнализируют о приближении головки принтера к краю рабочей поверхности, чтобы предотвратить выход ее за рамки платформы. Фиксаторы также используются для определения начала координат (0, 0, 0) по всем трем осям.

Строго говоря, наличие фиксаторов не является обязательным в работе 3D-принтеров, но их наличие позволяет калибровать принтер перед началом печати, что делает печать более точной и аккуратной. Концевые датчики бывают двух видов: нажимные и оптические. Оптические являются более точными, но для упрощения (например, по X-Y осям) можно воспользоваться и нажимными.

Рама принтера

То, что соединяет все описанные выше элементы в единое целое, называется рамой. Форма рамы, и особенно материал, из которого она изготовлена, довольно сильно влияют на точность и качество печати. Конструкция рамы, основанная на принципе слотов, когда пластиковые или даже фанерные листы, нарезанные лазером, соединяются гребнями в пазы, а потом скручиваются болтами и гайками, сильно упрощает сборку 3D-принтера и является более точной для калибровки, однако не способствует подавлению шумов, а крепежные элементы со временем приходится подкручивать. Если же рама содержит металлические стержни с резьбой, то аппарат получается более тихим, однако усложняется процесс сборки и калибровки.

Аппаратура научных исследований

Шаговые двигатели NEMA 17

Экструдер

Поверхность для печати

Линейный двигатель

Концевые датчики

Рама принтера

Аппаратура научных исследований

Устройства для автокалибровки стола 3d принтера

Качество печати 3D принтеров, работающих по технологии FDM, наиболее распространенной и доступной на сегодняшний день, зависит от многих факторов (материала печати, режимов работы нагревательного стола, экструдера, температуры внутри принтера и т.д.
Кроме вышеперечисленных факторов большое значение имеет печать первого слоя, формируемого на печатном столе. Ведь от того, насколько качественно он напечатан, зависит как адгезия пластика к печатному, так и качество конечной модели в целом. В этой связи большое значение приобретает автокалибровка печатного стола.
В сущности, суть ее заключается в том, что 3D принтер посредством специального устройства (щупа, зонда, или иного устройства) проверяет плоскостность печатного стола при касании в нескольких точках (задаваемых программно в прошивке) после чего выстраивает «свою горизонтальную» плоскость. Понятно, что это плоскость может и вообще не совпадать с реальной горизонтальной плоскостью. Просто 3d принтер строит свою новую систему декартовых координат, внося в алгоритм перемещения необходимую «дельту».

В интернете описано много схем и способов для изготовления контактных устройств.
Есть схемы с использованием обычных контактных датчиков (как на видео выше), есть схемы, в которых пользователи сами делают систему с контактным зондом (щупом). Принцип основан на замыкании электрического контакта в щупе при подходе сопла экструдера к поверхности печатного стола.
У этого типа конструкций есть недостаток. Во-первых, необходимо каким-то образом организовать подъем щупа после калибровки, во-вторых, датчики контактного типа имеют свойство несколько «расшатываться» после некоторого количества циклов срабатывания. Ну и необходимо калибровать уровень срабатывания датчика и уровня сопла.
Для домашнего 3D принтера вполне сносный вариант.

1. 2. Датчики давления
Принцип работы данного варианта заключается в следующем: под поверхностью печатного стола 3D принтера размещается несколько датчиков давления (тонкопленочные FSR сенсоры), таких как эти:

Как только носик сопла экструдера касается поверхности печатного стола 3D принтера, он производит давление, которое определяет датчик давления и формирует сигнал.
Таким образом, сопло экструдера является самим щупом в системе нос экструдера – датчик давления.

3. Датчик на базе пьезоизлучателя.

В данном варианте реализации автокалибровки стола 3D принтера используется пьезоэлектрический эффект – эффект возникновения разности потенциалов на поверхности диэлектриков при механическом воздействии на них.
Этот эффект бывает как прямой, так и обратный. Суть применяемого здесь метода в следующем: при касании сопла экструдера по поверхности стола происходит генерация звука (удар), затем акустические вибрации формируют механические, тем самым в пьезокерамическом излучателе формируется сигнал, который и преобразуется в конечном итоге в результат столкновения стола и экструдера. И далее по общей схеме формируется набор точек, по которым и строится «горизонт» плоскости печати.

4. Использование датчика приближения

Датчик приближения используется во многих устройствах, в том числе и на мобильных, планшетах, смартфонах и т.д. Его основная задача – снижение энергопотребления мобильного устройства и увеличение срока работы на одной зарядке.

В таких устройствах чаще всего используются емкостные датчики приближения.
Чаще всего применяют емкостные бесконтактные датчики. Принцип работы таких датчиков следующий.
Датчик с системой коммутации расположен под специальным защитным слоем. Два проводящих элемента, находящиеся в непосредственной близости друг к другу, имеют некоторую емкость. Это емкость (в пФ) возникает между проводящим слоем заземления и контактной площадкой самого датчика.
Когда к датчику начинает приближаться некий предмет, происходит изменение общей емкости системы.
Основные плюсы таких датчиков:
1. Малый габаритный размер
2. Высокая точность измерений (достигается при калибровке)
3. Большая зона обнаружения
4. Долговечность и надежность
5. Относительно невысокая цена;
Однако есть и небольшие ограничения: объект, приближающийся к датчику, должен быть токопроводящий.
В любом случае, мы будем двигаться в направлении реализации установки данного вида датчиков на наши дельта 3D принтеры с целью упрощения автокалибровки печатного стола.

Научные статьи.

Научная статья — законченное авторское произведение, описывающее результаты оригинального научного исследования (первичная научная статья) или посвящённая рассмотрению ранее опубликованных научных статей, связанных общей темой (обзорная научная статья). В первичных научных статьях авторами излагается существенная информация о проведённом исследовании в форме, позволяющей другим членам научного сообщества оценить исследование, воспроизвести эксперименты, а также оценить рассуждения и сделанные из них выводы. Обзорные научные статьи предназначены для обобщения, анализа, оценки, суммирования или синтеза ранее опубликованной информации (первичных научных публикаций). Нередко научная статья сочетает в себе эти два типа научных текстов, включая обзорную и оригинальную части.

В настоящее время основным представлением для научной статьи является печатная форма. Эта ситуация постепенно меняется – некоторые издательства наряду с выпуском печатного номера журнала выкладывают тексты опубликованных научных статей в интернет в свободный доступ. Однако в большинстве случаев это делается для подписчиков или на платной основе, что означает фактическое отсутствие статей в интернете и затрудняет поиск научной информации для исследователя.

Найденные научные статьи на тему: «3d-принтер»

12 3 Следующая ⇒