Meet Soliton

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

Soliton_v0 

 SolitonFather

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.

Ylika

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)

 1_trigwna_ylika

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.

 

  1_trigwna_standard_Uclips   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.

1_trigwna_zstabiliser

 

 

 

 

 

 

 

Βήμα 2: Ένωση τριγώνων-Ολοκλήρωση σκελετού

2_Ylika   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.

2_connecting

2_connected

Τέλος, τα στηρίγματα για τα μοτέρ του άξονα Ζ τοποθετούνται στο επάνω μέρος του σκελετου (δεξιά).3_zmotormounts

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) 

 

3_bed

3_bedmountedΓια 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).

3_belt

 
 
  3_ymotor

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

  4_Ylika

4_xaxis
 

Στο τέταρτο βήμα φτιάχνουμε το μηχανισμό του άξονα Χ.

4_done4_xcarriageΟ 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

5_YlikaΗ 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.5_coupling5_motortubingΗ 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.

5_doneΣτο 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

6_Gregstruder1

6_Gregstruder2Για extruder του Soliton επιλέξαμε ένα κλασσικό version Wade extruder από τον Greg Frost, γνωστό ως Gregstruder.

6_Gregstruder3Προτιμήσαμε 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

7_electronics

7_jhotendΣτο 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.

7_SanguinoWiringSchem

Soliton_v0Στη 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.

7_PSUΤέλος 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

1stprintΗ 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.

1stprints_snowflakeΤα Χριστούγεννα του 2013 πλησίαζαν οπότε διαλέξαμε κάτι χρήσιμο και επίκαιρο για τη δεύτερή μας εκτύπωση: αυτήν τη νιφάδα (αριστερά).

1stprintsΟι 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 Kleinαυτό το χέρι και άλλα πολλά!

1stweek_Yoda
1stweek_Klein 1stweek_hand1sweek_handprintingΜέσα στον πρώτο μήνα ο Soliton τύπωσε και το πρώτο του παιδί, τον Dimperbot, έναν πανομοιότυπο Prusa Mendel i2 που σήμερα βρίσκεται στην Αθήνα.

1st_child

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.

Soliton_Feb2015

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s