Подогрев стола 3d принтера своими руками

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 04.10.2024

Правильная калибровка стола 3D принтера, или как его еще называют Hot Bed, это очень важно. Первый слой - это как фундамент для дома, если фундамент непрочный то и дом долго не простоит.

Если плоскость печатной поверхности будет неровная то модель может частично отклеиться или деформироваться. Первый слой может совсем не прилипнуть к печатной платформе и итогом многочасовой печати станет не аккуратная 3D модель, а пластиковая лапша.

Пример неудачной печати

Поэтому очень важно правильно откалибровать стол. Печатные платформы условно можно разделить на два вида - регулируемый и нет.

Регулируемый стол крепится к принтеру при помощи подпружиненных винтов. Он не закреплен жестко по высоте и при помощи винтов можно калибровать плоскость и зазор между столом 3D принтера и соплом.

Регулировочный винт

Нерегулируемый - это печатная платформа которая жестко закреплена на корпусе принтера. Такое решение используется в дельта принтерах. Калибруют их только программно.

Нерегулируемый стол дельта принтера

Материалы печатной платформы

Материалом из которого изготавливается стол может различаться в зависимости от того подогреваемый это стол или нет.

Стол с подогревом

Существует несколько видов нагревательных элементов для платформы 3D принтера - алюминиевый, текстолитовый, силиконовый и каптоновый. У каждого из них есть свои плюсы и минусы.

Текстолитовый нагреватель - недорогой, но хрупкий и может сильно изгибаться при нагреве.

Силиконовый нагреватель - нельзя использовать самостоятельно. Обычно используется в связке с металлическим основанием.

Алюминиевый стол - дорогой, но равномернее нагревается и меньше подвержен температурной деформации, чем другие платформы.

Каптоновый нагреватель - очень дорогой, нельзя использовать самостоятельно. Обычно наклеивается на металлическое основание. Может нагреваться до 200 градусов.

Виды нагревательных печатных поверхностей

Чаще всего используется алюминиевый нагревательный стол или силиконовая грелка в связке с алюминиевой пластиной. Небольшая цена, простота обработки и высокая теплопроводность делают алюминий самым популярным материалом для изготовления подогреваемых печатных столов.

Основной плюс подогрева печатной поверхности - это повышение адгезии (прилипаемости) первого слоя пластика. Если принтер с закрытым корпусом и подогреваемой платформой - внутри создается “пассивная термокамера”. Благодаря этому пластики с высокой усадкой не трескаются по слоям во время печати, повышается слипаемость слоев (межслойная адгезия), более равномерно распределяется внутреннее напряжение при остывании.

Но есть и минусы - при нагреве металлический стол немного расширяется, а поскольку расширяться ему некуда, его начинает выгибать. Для печатной платформы размером до 200х200 - деформация будет не очень критична, но для более больших столов это становится ощутимой проблемой.

Каждый производитель 3D принтеров с большой областью печати решает проблему деформации металлического стола по своему. Например у Raise 3D - стол фиксируется по всей плоскости шпильками в 13 точках.

Фиксация нагреваемого стола Raise 3D

Стол без подогрева.

Печатная поверхность без нагревателя часто используется в 3D принтерах предназначенных для работы только с PLA и другими низкотемпературными пластиками. Например - принтеры для детей или большие принтеры с открытым корпусом.

Детский принтер с акриловой печатной платформой

Столы без подогрева изготавливают из алюминия или акрила. Если стол алюминевый то сверху нужно использовать стекло или любое другое покрытие. Алюминий - мягкий метал и даже латунное сопло, при неправильной настройке, может поцарапать или испортить его.

Нагревательный стол с алюминиевым основанием и зеркалом

Акриловые столы часто используются в недорогих 3D принтерах предназначенных для детей. Акрил сложно испортить или разбить. На акриловом столе можно печатать без стекла или другого покрытия.

Подогреваемый стол для 3d принтера необходимый что-бы расплавленный пластик лучше прикрепился и во время печати не скрутился и не отстал от платформы. При оптимальной температуры нагретый пластик немного расширенный, а при охлаждении он сжимается и если поверхность будет очень холодная, наша деталь превратиться в брак. Нагревательный стол для 3d принтера имеется отверстие по центру для термистора, если используете материал ABS - выставляем в настройках подогрев 100-110°C, для PLA не много меньше 50-70°C. Все равно каждый будет настраивать стол mk2b под себя и тестировать подходящую температуру, ток потребления в среднем 5А.

Пример подключение 12 В питания - плюс припаиваем к значению 1, минус к 2 и 3. Дальше берем светодиод 3В и резистор 620-800 Ом и соединяем как указано на картинке. Теперь когда будет происходит нагрев, светодиодный индикатор заработает . По центру с помощью термоскотча (он может выдерживать до 300°C) приклеиваем по центру термистор.
Что-бы не перегревать Ramps 1.4, будем подключать по другому, например через автомобильное реле 30А (смотрите фото). Таким образом мы только управляем включением, выключением, а наше реле уже пропускает более высокий ток. Если решили только собирать, инструкция по сборке 3d принтера.
Очень частые претензии после покупки такие как кривой стол 3d принтера, если смотреть сбоку, пластина немного выгнутая. Да, такое бывает, но в этом нет ничего страшного! Крепление стола 3d принтера - с помощь 4 пружинок и болтов крепим на ось Y и притягиваем пружины, постепенно он будет выправляться, в дальнейшем будет калибровка стола 3d принтера. Для этого, ось Z опускаем в самый низ, а ось X перемещаем в любой угол стола mk2b и подтягиваем или отпускаем пружинку, такие действия проделываем с каждым углом, что-бы расстояния между соплом и стеклом было одинаковое.

Стекло для стола 3d принтера берем силикатное стекло (обычное) толщиной 4 мм и прижимаем по краям держателями для офисной бумаги. Стол для 3d принтера купить можно по ссылкам ниже, там и другие комплектующие. Ещё одно, снижаем теплопотери и ускоряем нагрев, снизу стола mk2b утепляем не горючими материалами, подложки из пробок, алюминиевый скотч и тд.

Лак для 3d принтера нужен для лучшего прилипания модели, можно использовать не только специальный, рекомендую смотреть в сторону тех, которые легко перезаправляются. Смотрите в конце видео показываю один из них, поработали с печатью, закончился, залили и снова пусть принтер работает. Лак для волос для 3d принтера можно использовать ка каждый, с некоторыми пластик не держится, другие схватываеться на минуту и дальше отстает деталь. Экспериментируйте!

Выбор и подключение нагревателя стола (перевод статьи Duet3d)

Перевод статьи Choosing and connecting a bed heater
Большинство филаментов для получения достаточной адгезии требуют подогрев стола.

Нагреватель стола потребляет большую часть энергии при работе 3D-принтера.
Платы DUET поддерживают ток до 18А для подогрева стола (с предохранителем на 15А).
Если требуется больший ток, можно использовать внешнее твердотельное реле.
В случае сомнений проконсультируйтесь с квалифицированным электриком.
Выбор нагревателя стола

Мощность нагревателя стола Чтобы получить достаточно быстрый нагрев стола до 100°C, рекомендуется использовать нагреватель с мощностью из расчёта 0,4Вт/см2.

200x200 мм - 160 Вт
300x300 мм - 360 Вт
Диаметр 170 мм - 90 Вт
Диаметр 330 мм - 342 Вт

Напрямую к плате Duet с питанием 12В для мощности до 12 х 18 = 216 Вт.
Напрямую к плате Duet с питанием 24В для мощности до 24 х 18 = 432 Вт.
Через твердотельное реле DC-DC.
Через твердотельное реле DC-AC нагревателем 220VAC.

Нагреватель на печатной плате. Обычно обеспечивает меньшую мощность, чем рекомендованная для его размера.
Например, типичные нагреватели на печатных платах размером 200x200 мм в стиле MK2 имеют мощность нагрева около 120 Вт. Фактическая мощность нагрева часто варьируется между разными образцами.
Так же мощность понижается с повышением температуры из-за увеличения удельного сопротивления меди.
Вы можете получить больше мощности от нагревателя 12 В, увеличив напряжение источника питания. Например, при 14В мощность увеличивается на 36%.
Необходимо помнить, что максимальное рекомендуемое входное напряжение Duet 2 Wifi или Ethernet составляет 25В.
Наклейка на стол из каптона.
Силиконовая грелка.
Нагревательный элемент грелки обычно изготавливается из нихрома с очень низким температурным коэффициентом сопротивления, поэтому мощность нагрева существенно не меняется при нагреве. Вы можете недорого заказать силиконовые нагреватели в соответствии с необходимыми размерами, напряжением и мощностью.

При выборе каптонового или силиконового нагревателя выберите тот, который немного меньше вашего стола, чтобы по краям оставалось место для крепежных винтов, а также для зажимов, если вы собираетесь использовать стекло.
Силиконовая грелка обычно содержит встроенный термистор. Эти термисторы вполне можно использовать, однако термистор, непосредственно контактирующий с алюминиевой пластиной, даст более точные показания.

Низковольтный нагреватель стола, подключенный напрямую к плате Duet Плата Duet оснащена клеммной колодкой для подключения нагревателя стола.
Напряжение, подаваемое на нагреватель соответствует напряжению источника питания.
Максимальный ток зависит от версии модели платы Duet.

Важно! Не лудите концы проводов. Выделяемое тепло при больших токах может привести к размягчению конца провода и ослаблению его фиксации в клеммной колодке.
Следует регулярно проверять затяжку винтов клеммной колодки нагревателя кровати, особенно в течение первых нескольких дней использования. Это особенно важно, если вы используете многожильный провод без наконечников.

Плата Duet 3 6HC
Плату Duet 3 6HC допускается использовать с током нагревателя до 18А на выходе OUT0 при расположении в нормально вентилируемой зоне.

Плата Duet 3 Mini 5+
Плату Duet 3 Mini 5+ допускается использовать с током нагревателя до 15А на выходе OUT0 при расположении в нормально вентилируемой зоне.

Питание через твердотельное реле Вы можете использовать твердотельное реле (SSR) для питания нагревателя стола, подключив его клеммы управления к клеммам нагревателя платы. Убедитесь, что вы правильно подключили провода к клеммам управления + и - SSR.

Внимание: при использовании мощного нагревателя стола, для защиты от нарушения контроля температуры и работы нагревателя на полной мощности в течение длительного периода времени, вы должны установить термопредохранитель, который отключит нагреватель при достижении максимальной температуры.

Прошивка RepRap 2x При использовании ПИД регулирования для управления нагревателем стола RepRapFirmware 2.x использует низкую частоту ШИМ (10 Гц), чтобы обеспечить нормальную работу со всеми стандартными типами SSR.

Напряжение сети для питания грелки Используйте SSR DC-AC с функцией Zero-Cross (контроль перехода через ноль), например Crydom D2425, Kudom KSI240D25-L или Fotek SSR-25DA.
Примечание: многие SSR Fotek являются подделками, в них используются симисторы, рассчитанные на ток ниже указанного номинала SSR.
Для нагревателя 220В может быть достаточно SSR-10DA. Если через нагреватель протекает ток более 1/4 от номинального для SSR, может потребоваться установка радиатора.

Низковольтный (12 В или 24 В) нагреватель стола постоянного тока Используйте SSR DC/DC тока с низким значением падения напряжения, например Auber Instruments MGR-1DD80D100 или Crydom DC100D40.
В зависимости от силы тока, может потребоваться установка радиатора на SSR.
Не используйте дешевые DC-DC SSR, такие как SSR-40DD, которые практически бесполезны для таких задач из-за большого падения напряжения на них.

Настройка нагревателя стола Добавьте команду M305 в config.g

Для исключения нагревателя стола добавьте команду M140 H-1

Соедините их последовательно.
Показания температуры будут усреднены с уклоном в пользу более холодного.
Если один из провод термисторов оборвется, вы получите значение -273C и ошибку.
Соедините их параллельно. Показания температуры будут усреднены с уклоном в пользу более горячего.
Если один из проводов термисторов оборвётся, температура будет заниженной, и в конечном итоге нагреватель будет нагрет до более высокой температуры.
Используйте один датчик для контроля температуры, а другой для защиты от перегрева, настроенный с помощью команды M143.

При последовательном соединении сопротивление термисторов необходимо сложить и указать в config.g.
Таким образом, если каждый термистор имеет 100 кОм при комнатной температуре, необходимо задать 200 кОм командой M308.
При параллельном подключении сопротивления будут вдвое меньше их суммарного среднего значения.

Не бойся поломать. Бойся не починить ))

Закончив сборку компонентов решил выложить статью о своем 3d принтере.

Механика ничем не отличается от механики фрезерных станков, ну разве что жесткость конструкции не сравнима. А так, такой же трех-координатник.

Поэтому пройдусь по тем вещам, которые и делают из этой механики 3D принтер.

Нагревательный стол

Столик на котором печатается модель должен обладать несколькими параметрами. Во-первых, он должен иметь хорошую адгезию, то есть на него должен прилипать пластик. Иначе, если модель не будет крепко держаться, печать не получится. Это удается осуществить путем нагрева поверхности (для ABS пластика до 100-110°C). Во-вторых, он должен быть идеально ровным. Для того чтобы первый слой, на котором будет держаться вся модель, лег ровно. Текстолит, который используют для нагрева, чаще всего имеет изгибы и поэтому поверх обычно кладут тонкое стекло. Но так как к стеклу, даже нагретому, пластик липнет хреново, приходится прибегать к различным ухищрениям. Чтобы увеличить прилипаемость стекло мажут пивом, сахарным сиропом, раствором ацетона с абс пластиком, лаком для волос и еще много чем :)

Для измерения температуры нагрева будет использоваться NTC термистор, под него в центре стола уже имеется отверстие. С рабочей стороны отверстие временно заклеивается скотчем, датчик вставляется в отверстие и фиксируется теплопроводящим клеем

В качестве клея я использовал Radial, вот такой

Для того чтобы столик быстрее нагревался, рекомендуется сделать внизу теплоизоляцию. У меня как раз после ремонта остался кусок пробкового покрытия. Его я и приклеил этим же клеем. Стекло удобно фиксировать канцелярскими зажимами.

Как бы не была точно собрана вся конструкция, все равно появляются перекосы, особенно в конструкции где стол висит консолью. И поэтому чтобы компенсировать это, нужно предусмотреть возможность регулировки. Для этого на винты, крепящие столик к основанию оси Z надеваются пружины. Вот так

Пружины можно найти в автозапчастях, эти от какого-то карбюратора. Теперь, затягивая все 4 винта по очереди, можно отрегулировать столик относительно сопла с большой точностью.

Печатающая головка

Конструкций печатающих головок уже придумано много. Многие производители коммерческих принтеров стараются внести свое "ноу-хау" для того, чтобы улучшить характеристики печати. Такая же работа проводится и энтузиастами. Но по сути технология остается одинаковой - экструдер толкает филамент (пластиковую нить) в зону нагрева и пластик, расплавившись, выходит через тонкое сопло. В точности как в клеевом пистолете для термоклея. Главное чтобы зона нагрева (хот-энд) не передавала тепло выше, туда откуда идет подача пластика, иначе из-за подплавления может образовываться пробка при длительном простое и филамент попросту застревает - приходится разбирать конструкцию и чистить. Для борьбы с этим в конструкцию хот-энда добавляют различные теплоизоляторы иребра охлаждения. В общем идут на всяческие ухищрения чтобы усложнить и сделать дороже:)

Выбирая, что же использовать в качестве головы, взял первый же попавшийся в китайском магазине. Простая но полностью металлическая конструкция внушает доверие.Нагреватель хоть и без теплоизолятора, но достаточно далеко от подающей шестерни, плюс принудительный обдув. Думаю пробка образовываться не должна.

Для крепления экструдера к каретке, снизу и на торце есть неглубокие отверстия с резьбой М6.

Поэтому была придумана вот такая конструкция из имеющихся обрезков профиля

После этого нужно было решить еще одну проблему - в качестве датчика в зоне нагрева здесь стоит термопара, с которыми плата RAMPSработать не умеет. Поэтому или паять/покупать усилитель термопары и затем калибровать и вносить изменения в прошивку, или просто заменить термопару на терморезистор.

Добраться до датчика оказалось не сложно: достаточно, слегка прокрутив, потянуть вниз силиконовую болвашку (та, что розовая). Затем снять фольгу и отклеить термоскотч. Термопара внутри оказалась очень странная - просто скрученные проволочки. Никакого спая нет, как полагается у нормальных термопар. Работала ли она вообще, вопрос открытый.

На место где была намотана термопара, приклеил терморезистор с помощью того же теплопроводного клея. После того как немного подсохло и датчик зафиксировался, приклеил силиконовую болвашку обратно.

Хот-энд после переделки

А вот кстати фото экструдера со снятым куллером, кому интересно глянуть внутренности. Подающая шестерня латунная, тянет пластик уверенно, без проскальзываний.

Контроллер

В качестве контроллера я взял плату RAMPS версии 1.4 (последняя на данный момент). Это обычная ардуинка с ATMega2560, для которой развели шилд с разъемами для подключения драйвера двигателей, дисплея, карты памяти (SD/MMC) и еще кое-каких плюшек. На нем же стоят полевые транзисторы для управления сильноточными нагрузками - нагревателями хот-энда и стола.

А вот такие модули подключаются к этому шилду

Это Step/Dir драйвер двигателя на микросхеме A4988. Тянет по току до 2 Ампер и умеет работать как в полношаговом (1:1), полушаговом (1:2), так и в микрошаговом режимах (1:4, 1:8 и 1:16). Режим работы выбирается перемычками, они уже есть на плате RAMPS. Приятней, да и полезней, работать в режиме деления шага на 16. Для этого режима все перемычки на плате должны быть замкнуты.

Всего к шилду можно подключить 5 драйверов: три для осей (X, Y, Z) и два для экструдеров (E0, E1). У меня используется всего один экструдер, поэтому драйвер под второй не используется. Еще момент, если на одной из осей используется сразу два двигателя (у меня на ось Y стоят 2), то обмотки двигателя соединяются параллельно.

В собранном виде этот бутерброд из модулей будет выглядеть так

Большим плюсом такой конструкции является возможность быстро менять вышедшие из строя модули, особенно это касается драйвера двигателей, которые легко могут сгореть от перегрева. Из минусов - большое количество разъемных соединений, всегда есть вероятность плохого контакта.

Плата под дисплей для RAMPS 1.4 совмещена с разъемом под карту памяти. На морде, помимо энкодера и динамика, есть кнопка STOP. Это кнопка аварийного останова, всегда можно быстро остановить любые действия принтера, такие как выезд из рабочей области или столкновения. В случае чего не придется ломится к розетке и выдергивать шнур питания.

Схема подключения обвеса к плате RAMPS 1.4

Плату контроллера я прикрутил вот так, может позже оформлю все в корпус, распечатанный на этом же принтере, а то лапша из проводов выглядит не благородно, да и пыль собирать будет.

Питание

Питать контроллер необходимо напряжением 12 вольт с током не менее 20 ампер, а лучше больше. Стол и нагреватель сопла кушают много. Для этого можно использовать блок питания от ПК. У меня это БП для питания светодиодных лент, 12в/30а. Нашел в вольтмастере за 1200 руб.

Прошивка

Пока шла сборка механики параллельноразбирался спрограммой для контроллера.Остановился на прошивкеMarlin (как и 99% всех юзеров 3d принтеров:)). Это опенсорс, поэтому есть возможность вносить в прошивку любые изменения. Правится и компилируется, как не трудно догадаться, в среде ардуины. Желательно и даже рекомендуется компилировать версией Arduino 0023, в новых версиях, говорят компилируется с ошибками. Прошивается плата оттуда же, ну это и так, я думаю, всем здесь собравшимся понятно:) Прошивке и ее настройке можно посвятить отдельную статью, там много всевозможных параметров. Информации в сети хватает.А, к примеру,такие настройки как число шагов на миллиметр перемещения для осей, температуры нагрева и ускорения можно настроить вручную через меню контроллера, все эти параметры сохраняются в eeprom.

Вообще, тема домашней 3d печати очень обширна, поэтому задумался о том, чтобы завести отдельную площадку для этого. Посмотрим. Многое осталось за кадром, но если возникнут конкретные вопросы задавайте в комментариях, постараюсь ответить.

Читайте также: