Meet Soliton

Ο Soliton είναι το πρώτο μας printerbot, πατέρας των Dookie και Alan (aka Mitserbot) και παππούς του Τσολιά(-bot). 

 

 

Είναι εκτυπωτής RepRap τύπου Prusa Mendel i2 και φτιάχτηκε από τους Φίξερς στο Barnsley (UK) το Νοέμβριο του 2013. Πατέρας του Soliton (δεξιά) είναι ένας αρκετά μεταλλαγμένος Prusa i2 από τον Al @ Fusion 3D  (Peterborough, UK) ο οποίος τα τελευταία χρησιμοποιεί τους εκτυπωτές του  για να  κατασκευάζει διάφορα ιπτάμενα αντικείμενα (quadcopters, κτλ).  Στον πρώτο μόλις χρόνο της ζωής του ο Soliton έχει φτιάξει εκαντοντάδες υπέροχα αντικείμενα. Έχει τυπώσει 10 παιδιά, έχει ήδη εγγόνια και ένα δισέγγονο (Γενάρης 2015).                  

               

Ο Soliton, που τώρα βρίσκεται (και τυπώνει) στο Nottingham (UK), ως ο πρώτος μας printer και πατέρας των fixerbots δεύτερης και τρίτης γενιάς, μας είναι ιδιαίτερα αγαπητός. Εδώ παρουσιάζουμε συνοπτικά τη διαδικασία κατασκευής του και τις πρώτες του εκτυπώσεις.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά χαρακτηριστικά των RepRap εκτυπωτών  (όπως ο Soliton) είναι το πόσα λίγα και πόσο low-tech υλικά χρειάζονται  για να φτιάξει κανείς ένα τόσο εκπληκτικό high-tech μηχάνημα. Όλο το  hardware (ντίζες, άξονες, υλικά συναρμογής, μοτέρ, ρουλεμάν, ιμάντες, επιφάνεια εκτύπωσης) καθώς και τα πλαστικά κομμάτια (τυπωμένα από τον  πατέρα εκτυπωτή) χωράνε επάνω σε ένα μικρό γραφείο. Πέρα από τα υλικά που φαίνονται στην εικόνα (αριστερά), για την ολοκλήρωση του εκτυπωτή  χρειάζονται επιπλέον η πλακέτα, μερικοί διακόπτες, καλώδια και το hot end, τα οποία θα δούμε παρακάτω.    

Οι εκτυπωτές αυτού του τύπου βασίζονται σε Καρτεσιανό σύστημα αξόνων. Ο extruder κινείται κατά μήκος ενός άξονα (τον οποίο συμβατικά ονομάζουμε άξονα X), το τραπέζι εκτύπωσης κινείται σε έναν κάθετο άξονα (συμβατικά Y), ενώ ολόκληρος ο μηχανισμός του άξονα X μπορεί να κινείται κάθετα στο επίπεδο ΧΥ, στη διεύθυνση Z. Ο εκτυπωτής δημιουργεί τρισδιάστατα αντικείμενα σε διαδοχικές στρώσεις. Κάθε στρώση επιτυγχάνεται μέσω κινήσεων στους άξονες X (κίνηση extruder) και Y (κίνηση τραπεζιού), καθώς ο extruder αφήνει λιωμένο πλαστικό στην πορεία του. Η μετάβαση από τη μία στρώση στην επόμενη επιτυγχάνεται μέσω μικρών κινήσεων του άξονα X κατά την κάθετη στους άξονες XY διεύθυνση (άξονας Z), δίνοντας έτσι ύψος στο αντικείμενο που εκτυπώνεται.

Η διαδικασία κατασκευής των εκτυπωτών αυτών περιλαμβάνει τη συναρμολόγηση του σκελετού, των μηχανισμών των αξόνων X, Y και Ζ, του extruder, και της σύνδεσης των ηλεκτρικών συνιστωσών με την πλακέτα ελέγχου και το τροφοδοτικό. Παρακάτω περιγράφουμε την κατασκευή σου Soliton σε 7 βήματα.

Βήμα 1: Τρίγωνα σκελετού (frame triangles)

 

Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει τη συναρμογή των πλαϊνών τριγώνων του σκελετού του εκτυπωτή. Τα υλικά (ντίζες διαμέτρου 8mm, παξιμάδια και ροδέλες M8, τυπωμένα vertices και U-clamps) φαίνονται στην εικόνα αριστερά. Η συναρμολόγηση παίρνει μόλις λίγα λεπτά.

 

     Ο κλασικός Prusa Mendel i2 χρησιμοποιεί U-clamps (αριστερά). Για τον Soliton χρησιμοποιήσαμε z-stabilisers (δεξιά). Σε επόμενο blog post θα μιλήσουμε περισσότερο για τη χρήση (ή μη!) των z-stabilisers σε εκτυπωτές αυτού του τύπου.

 

 

 

 

 

 

 

Βήμα 2: Ένωση τριγώνων-Ολοκλήρωση σκελετού

  Στο δεύτερο στάδιο της συναρμολόγησης ετοιμάζονται οι ντίζες που θα ενώσουν τα τρίγωνα. Τώρα τοποθετούνται και τα πρώτα ρουλεμάν (608ZZ) για τον άξονα Y και την επιφάνεια εκτύπωσης που θα εγκαταστήσουμε στο βήμα 3. Τα υλικά (εκτός του τυπωμένου στηρίγματος για το μοτέρ του άξονα Y) φαίνονται αριστερά.

Τέλος, τα στηρίγματα για τα μοτέρ του άξονα Ζ τοποθετούνται στο επάνω μέρος του σκελετου (δεξιά).

Σε αυτό το στάδιο (λίγα μόλις λεπτά μετά την έναρξη του build) ο εκτυπωτής έχει ήδη αποκτήσει…οστά! Στέκεται στα πόδια του και είναι έτοιμος να εφοδιαστεί με την επιφάνεια εκτύπωσης, ιμάντες, μοτέρ και άλλα υπέροχα εξαρτήματα.

Βήμα 3: Εγκατάσταση τραπεζιού εκτύπωσης (άξονας Y) 

 

Για τραπέζι εκτύπωσης χρησιμοποιήσαμε ένα κομμάτι MDF διαστάσεων 225mm x 225mm x 6mm, το οποίο καλύψαμε με αλουμινόχαρτο. Για τη στήριξη του στο σκελετό απαιτούνται δύο άξονες των 8mm και τέσσερα γραμμικά ρουλεμάν (LM8UU) που προσαρμόζονται στο τραπέζι μέσω των αντίστοιχων τυπωμένων κομματιών και κοινών δεματικών (zip-ties).

 

 

 

Σε αυτό το στάδιο ο εκτυπωτής μας αποκτά και το πρώτο του μοτέρ, το οποίο ελέγχει την κίνηση του τραπεζιού εκτύπωσης στον άξονα Y μέσω οδοντωτού ιμάντα.

Βήμα 4: Άξονας Χ

 

 

Στο τέταρτο βήμα φτιάχνουμε το μηχανισμό του άξονα Χ.

Ο άξονας X στηρίζεται στο σκελετό μέσω γραμμικών ρουλεμάν (LM8UU) που γλιστρούν κατά μήκος των αξόνων Z. Το τυπωμένο x-carriage (όπου θα τοποθετηθεί ο extruder) μπορεί να κινείται κατά μήκος του άξονα X μέσω γραμμικών ρουλεμάν. Η κίνηση ελέγχεται με οδοντωτό ιμάντα μέσω του μοτέρ του άξονα X.

Βήμα 5: Άξονας Z

Η εγκατάσταση του άξονα Z είναι το πιο κρίσιμο σημείο της κατασκευής. Η ποιότητα εκτύπωσης εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από το πόσο κατακόρυφες είναι οι ντίζες (και οι άξονες) και πόσο ευθυγραμμισμένες είναι με τους άξονες των μοτέρ.Η σύζευξη των αξόνων των μοτέρ με τις ντίζες επιτυγχάνεται μέσω σωληνών πολυουρεθάνης (ή άλλου εύκαμπτου υλικού) και τυπωμένων (ή αλουμινένιων) συνδέσμων. Η επιλογή αυτών των υλικών, καθώς και η “τέχνη” με την οποία θα χρησιμοποιηθούν, παίζει καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα εκτύπωσης.

Στο τέλος του σταδίου αυτού ο άξονας X μπορεί να παραμένει σταθερός σε συγκεκριμένο ύψος πάνω από το τραπέζι εκτύπωσης. Το ύψος μεταβάλλεται περιστρέφοντας τα μοτέρ των αξόνων Z.

Βήμα 6: Extruder

Για extruder του Soliton επιλέξαμε ένα κλασσικό version Wade extruder από τον Greg Frost, γνωστό ως Gregstruder.

Προτιμήσαμε όμως έναν ανοιχτό idler που επιτρέπει αλλαγές νήματος εκτύπωσης χωρίς να αφαιρούνται τελείως οι αντίστοιχες βίδες (http://www.thingiverse.com/thing:18379). Ο Gregstruder βιδώνεται στο x-carriage και απομένουν μόνο τα ηλεκτρικά/ηλεκτρονικά και η εγκατάσταση του hot end για να ζωντανέψει ο Soliton!

Βήμα 7: Ηλεκτρικά, hot end και (προαιρετικά) θερμαινόμενη επιφάνεια εκτύπωσης

Στο τελευταίαο στάδιο εγκαθιστούμε τα ηλεκτρικά (διακόπτες ορίων, αντιστάσεις, θερμίστορ) και το hot end. Η πλακέτα που επιλέξαμε για τον Soliton είναι η Sanguinololu ενώ για hot end επιλέξαμε ένα J-Head με διάμετρο στομίου 0.5mm για νήμα 3mm.

Στη συνέχεια συνδέουμε με την ηλεκρονική πλακέτα Sanguinololu σύμφωνα με το σχέδιο (αριστερά), διαθέσιμο εδώ. Στο τραπέζι εκτύπωσης τοποθετήσαμε heated bed και για επιφάνεια εκτύπωσης χρησιμοποιήσαμε γυαλί διαστάσεων 200mm x 200mm x 4mm.

Τέλος η πλακέτα συνδέεται με 12-βολτο τροφοδοτικό. Για τον Soliton χρησιμοποιήσαμε τέσσερα καλώδια των 12V (κίτρινα) από ένα παλιό τροφοδοτικό για PC.

Σαλεύει!!!

Με τον εκτυπωτή έτοιμο το επόμενο στάδιο ήταν η σύνδεση με τον υπολογιστή μέσω του Pronterface και ο έλεγχος πως όλοι οι διακόπτες, οι αντιστάσεις, οι θερμίστορς και τα μοτέρ λειτουργούν. Ο Soliton απέκτησε ζωή.  Σαλεύει!!!  Όλα τα μοτέρ λειτουργούν, αλλά όχι απαραίτητα στη σωστή κατεύθυνση… Ακολουθεί η διαδικασία μικροαλλαγών στο λογισμικό και ρυθμίσεων/calibration.

Ανυπομονώντας να δοκιμάσουμε τις πρώτες μας εκτυπώσεις, το calibration που κάναμε ήταν το ελάχιστο που θα χρειαζόμασταν για μία πρώτη προσπάθεια. Ήταν όμως πολύ προσεκτικό. Ως φίξερς γνωρίζαμε ότι το calibration είναι η σημαντικότερη παράμετρος που καθορίζει την ποιότητα εκτύπωσης. Ειδικότερα, χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή να ρυθμίσουμε την απόσταση του στομίου του extruder από την επιφάνεια εκτύπωσης ώστε (α) να είναι μικρότερη από το πάχος ενός φύλλου χαρτιού, και (β) να είναι ομοιόμορφη σε όλα τα σημεία της επιφάνειας εκτύπωσης.

Πρώτες εκτυπώσεις

Η πρώτη μας εκτύπωση ήταν ένα μικρό εξάρτημα του ίδιου μας του εκτυπωτή! (Αυτό το clamp για τον ιμάντα του άξονα Y.) Στην εικόνα αριστερά η Λίνα φίξερ παρακολουθεί με μεγάλο ενθουσιασμό την πρώτη εκτύπωση του Soliton.

Τα Χριστούγεννα του 2013 πλησίαζαν οπότε διαλέξαμε κάτι χρήσιμο και επίκαιρο για τη δεύτερή μας εκτύπωση: αυτήν τη νιφάδα (αριστερά).

Οι εκτυπώσεις της πρώτης μέρας περιορίστηκαν σε κάποια μικρά εξαρτήματα για τον εκτυπωτή και σε χιονονιφάδες για το χριστουγεννιάτικο δέντρο (αριστερά).

Οι εκτυπώσεις της πρώτης εβδομάδας ήταν αρκετά πιο φιλόδοξες. Ο  Soliton εκτύπωσε αρκετά πανέμορφα κομμάτια όπως αυτόν τον κλασσικό Yoda, αυτήν τη φιάλη Klein, αυτό το χέρι και άλλα πολλά!

Μέσα στον πρώτο μήνα ο Soliton τύπωσε και το πρώτο του παιδί, τον Dimperbot, έναν πανομοιότυπο Prusa Mendel i2 που σήμερα βρίσκεται στην Αθήνα.

Εξέλιξη του Soliton

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των RepRap εκτυπωτών είναι οτι μπορούν όχι μόνο να επιδιορθώνονται αλλά και να εξελίσσονται/μεταλλάσσονται τυπώνοντας (πιθανώς αναβαθμισμένα/μεταλλαγμένα) κομμάτια του εαυτού τους!  Σήμερα ο Soliton έχει εξελιχθεί αρκετά από την πρώτη του κατασκευή έχοντας αναβαθμίσει τους (τυπωμένους) συνδέσμους των αξόνων Z (όπου πλέον χρησιμοποιεί ντίζες διαμέτρου 6mm), την επιφάνεια εκτύπωσης (θερμαινόμενη με καθρέφτη), τον extruder και hot end (εγκατάσταση ανεμιστήρων, χρήση hot end διαμέτρου οπής 0.4mm και νήματος 1.75mm), την πλακέτα (σε Arduino MEGA + RAMPS), κτλ. Βρίσκεται πλέον στο Nottingham.