10. Сборка элементов оси X.

 Сборку элементов оси X моего 3д-принтера я начал с изготовлении муфты сопряжения ходового винта с валом шагового мотора. Изготовление муфты я описывал в одном из своих прошлых сообщений, поэтому не буду вдаваться в подробности. Как и в прошлый раз я использовал разогнутую канцелярскую скрепку которую приклеил к широкой шайбе.

  Шайба с усиками одевается на ходовой вал, следом одевается еще одна шайба, вся эта конструкция затягивается гайками.

  Дальше на раннее изготовленном крепеже на направляющие одевается шаговый двигатель. Усики муфты сопряжения загибаются и заматываются нитками. Нитки пропитываются клеем для прочности.

  На следующих двух фото показан готовый узел.

 

  Следующим моим действием стало закрепление движущейся платформы на ось X. Для этого я использовал тонкую металлическую полоску.
 

  На этом фото показана полностью собранная ось X самодельного 3д-принтера и ЧПУ станка в одном устройстве. Теперь необходимо подключить шаговый мотор к драйверу и Arduino. Перед запуском необходимо вручную прогнать платформу по направляющим несколько раз. Это необходимо сделать в целях притирки втулок и гайки ходового винта. После проведенной притирки направляющие и ходовой винт необходимо смазать маслом.

  Теперь можно все подключать и проводить испытания.

  Листинг тестовой программы для проверки работоспособности узла приведен ниже.

/*
* Тестовая программа для шаговика
 */
#include <Stepper.h>
#define STEPS 200

Stepper stepper(STEPS, 31, 33, 35, 37);

void setup()
{
  stepper.setSpeed(100);
}

void loop()
{
  stepper.step(-100000);
  delay(2000);
  stepper.step(100000);
  delay(2000);
}

  Ниже представлено видео работы агрегата. В будущем поэкспериментирую со скоростью вращения шагового мотора.

9. Крепеж шагового двигателя оси X.

  Крепеж шагового мотора я изготовил по уже отработанной технологии. Произвел необходимые измерения и в графическом редакторе начертил деталь.

  Далее чертеж выводится на бумагу и наклеивается скотчем к стеклу.

 

  На шприц я намотал бумажную ленту, предварительно намазав ее клеем ПВА. Шприц оказался немного меньше необходимого диаметра поэтому пришлось намотать больше бумаги чем обычно. После высыхания клея, бумажное кольцо легко снимается со шприца.

  Аналогичным образом изготавливаются и другие бумажные валики, которые приклеиваются к чертежу. Стенки опалубки изготовил из пластика.

  После застывания клея опалубки я приготовил эпоксидную смолу и залил ее в полученную форму.

  Спустя сутки смола застыла, я легко разобрал опалубку а бумажные валики решил размочить водой для более легкого их извлечения.

 Далее деталь сушиться и обрабатывается наждачной бумагой. На фото ниже представлен готовый крепеж с закрепленным на нем шаговым мотором.

  Дальше я расскажу как закрепил все детали вместе и продемонстрирую работу оси X.

8. Элементы осей X и Z для 3д-принтера.

  Элементы осей X и Z для 3д-принтера - пожалуй самые сложные детали во всей конструкции. Они являются центрами сосредоточения нескольких узлов:

  - направляющих осей X и Z;

  - ходовых винтов осей X и Z;

  - посадочных мест под подшипники оси X;

  - втулки оси Z.

  На фото ниже показаны посадочное место и втулки оси Z, которые я изготовил заранее. Их нужно жестко закрепить друг с другом при помощи третьего элемента.

  После тщательно проведенных измерений, в графическом редакторе был сделан чертеж детали несущей в себе множество функций (скачать). Чертеж я закрепил скотчем к ровной поверхности стекла. До этого из эпоксидной смолы мне приходилось изготавливать достаточно простые элементы, а теперь встала совершенно иная задача.
 

  Прямо на закрепленный чертеж наклеивается опалубка. Цилиндрические элементы опалубки я сделал из бумаги методом папье-маше, намотал на маркер бумажную ленту до нужного диаметра.

 
  Затем в полученную форму залил эпоксидную смолу как и во все предыдущие разы. Толщина заливки составила 6 миллиметров.

 
  После застывания эпоксидной смолы опалубку необходимо разобрать а деталь зашкурить. Получилась аккуратная заготовка. Бумага из отверстий извлекается без лишних усилий.
 

  Следующим технологическим этапом является закрепление на полученной заготовке посадочного места для подшипника и втулки для направляющей оси Z. Сделал я это путем приклеивания заготовок друг к другу эпоксидной смолой. На рисунках ниже показан полученный результат.

  Деталь получилась монолитной и прочной. Таким образом можно изготавливать геометрически сложные детали из более простых элементов.

  На фото ниже показаны элементы осей X и Z в сборе.

  Осталось придумать крепление выбранного мной шагового мотора к оси X и сделать сопряжение ходового винта с ШД. Сопряжение с ходовым винтом я уже описывал ранее (тут).

7. Сопряжение ходового винта и шагового мотора.

  Следующим этапом в моем проекте стало сопряжение ходовых винтов 3д-принтера с шаговым мотором. Я долго думал над тем как же мне это сделать, ведь на шкивы моторов которые мне достались (моторы сняты с матричного принтера) надеты зубчатые колеса под ремни. Как снять колесо со шкива шагового мотора не повредив его я не представляю. Если бы это удалось то можно было бы применить муфту сцепления валов предварительно подобрав ее но диаметру. Такие муфты можно заказать в Китае.

  Этот вариант к сожалению мне не подходит, поэтому в голову пришло оригинальное а главное недорогое решение. И это решение представлено на картинках ниже.

  Чтобы прийти к такому виду необходимо взять две большие канцелярские скрепки и выпрямить их.

  

  Дальше с помощью плоскогубцев согнуть так как это показано на фото ниже.

   Затем эти детали вставляются между шайбами на ходовом валу и хорошенько затягиваются гайками. Тут главное не забыть надеть контргайки. На фото ниже контргайки не надеты.

  Затем скрепки сгибаются так чтобы их концы попадали между зубьев зубчатого колеса на валу мотора и фиксируются при помощи нитки и клея. 

  Получилась достаточно жесткая конструкция.

6. Изготовление гайки ходовых винтов.

  Гайка ходового винта для 3Д принтера также изготавливается методом литья, как и предыдущие детали (втулки, посадочные места). На картинке ниже представлена опалубка для литья. Чтобы ускорить процесс изготовления гаек ходового винта, я решил изготовить сразу три гайки.

 

  Отливать детали решил прямо на шпильку. Как видно на фото ниже, сначала необходимо накрутить гайки М6 (под ключ на 10) на шпильку. Затем пробелы между гайками замотать в 2-3 слоя изоляционной ленты. Это необходимо сделать для создания небольшого зазора между шпилькой и корпусом гайки. Гайки должны врезаться в изоленту, для того чтобы эпоксидная смола не попала на резьбу. Изоляционную ленту сверху нужно замотать одним слоем скотча для надежности. Далее необходимо вставить шпильку с гайками в форму, торцы формы как обычно заделываются пластилином. Теперь можно заливать эпоксидную смолу.

  После застывания смолы, опалубка разбирается, а отлитая деталь выкручивается со шпильки. Сразу хочу сказать что выкручивать гайки очень тяжело, поэтому мне пришлось распиливать отливку по кругу (вокруг шпильки) и выкручивать каждую гайку отдельно. После того как все гайки были сняты, я удалил остатки изоляционной ленты и скотча с внутренней поверхности отливки. Отливки так же как и всегда обрабатываются наждачной бумагой. 

  На фото ниже показаны готовые гайки ходового винта, навинченные на шпильку.

  На фото ниже гайка ходового винта в другом ракурсе.

 Получилась простая и крепкая конструкция. Которую я применю в своем 3d-принтере.

5. Изготовление втулок под направляющие из эпоксидной смолы.

  Втулки под направляющие решил изготовить самостоятельно также как и в прошлый раз из эпоксидной смолы методом литья. Слава богу технология мной уже освоена при отливке деталей посадочных мест для подшипников . Как и ранее буду использовать опалубку из тонкого пластика. Пластик нарезается канцелярскими ножницами и склеивается в нужных местах быстросохнущим клеем. После застывания клея в опалубку вставляется направляющая для которой собственно и изготавливается втулка. Тут есть одна хитрость, направляющую необходимо обернуть одним слоем тонкого скотча, далее я объясню зачем это делать.

  Края опалубки вместе с направляющей нужно залепить пластилином и залить эпоксидный клей в форму. Клей должен равномерно разойтись по всей форме не оставляя пузырьки воздуха на поверхности опалубки и направляющей. Если это все же случилось то необходимо зубочисткой или спичкой отделить пузырьки воздуха от поверхностей и выгнать их на поверхность. Если появились подтеки эпоксидной смолы на торцах то нужно лучше залепить торцы. Как подготовить смесь для заливки я рассказывал в предыдущих статьях. На фото ниже - опалубка с залитой смесью.

  После застывания смолы, опалубка отделяется канцелярским ножом, направляющая вынимается. Скотч снимается с направляющей или с внутренней поверхности заготовки (кому как повезет). Далее ножовкой по металлу отпиливаются края с пластилином. Все наружные поверхности обрабатываются наждачной бумагой. 

  На фото представлена деталь после всех операций.
 

   Заготовку втулки можно распилить на более мелкие части если это необходимо.

   На этом фото представлены втулки надетые на направляющую.

   На фото ниже - втулки приклеены к столу экструдера.

  На фото ниже показаны направляющие вдетые во втулки.

 

  А теперь я расскажу для чего необходимо обматывать скотчем направляющую перед заливкой эпоксидной смолой. Во первых это упрощает последующее отделение направляющей от втулки, во вторых скотч дает необходимый зазор между втулкой и направляющей. Втулки изготовленные таким методом не имеют люфта и прекрасно скользят по направляющей практически без усилий. 

  Скотч необходимо наматывать под углом 45 градусов к направляющей для получения равномерного слоя без пузырьков воздуха. Ничего страшного если край скотча будет образовывать второй слой, лучше так чем если останется непокрытая поверхность направляющей.

  По описанной выше технологии я изготовил втулки под направляющие для всех осей движения X,Y,Z для своего 3d-принтера & CNC.

4. Изготовление посадочных мест под подшипники.

  Посадочные места под подшипники для будущего 3d-принтера я изготовил из двухкомпонентной эпоксидной смолы. Раньше мне не приходилось работать с этим материалом, поэтому буду учится и набивать шишки а затем делиться опытом. Не буду описывать всех преимуществ эпоксидной смолы по сравнению с другими материалами, скажу только что детали из неё получаются достаточно прочными.

  Для изготовления отливок мне понадобится форма. Технологию решил позаимствовать у строителей которые используют опалубку при заливке фундамента во время строительства жилых домов. Опалубку я изготовил из обычных спичек, предварительно счистив с них серу, как видно из фотографии ниже. Скреплял спички друг с другом быстро застывающим клеем типа "суперклей","секунда" или "супермомент" точно не помню. В качестве подложки использовал обычный компакт диск. Поверхность CD-диска идеально ровная, после застывания эпоксидной смолы нижнюю поверхность отливки не придется обрабатывать наждачной бумагой. Посадочное место я решил делать непосредственно на подшипнике, так-как это значительно упрощает последующую обработку внутренней поверхности посадочного места. Подшипник намазывается по периметру быстросохнущим клеем и прикладывается к поверхности CD-диска внутри опалубки. После застывания клея (1-2 минуты) можно приступать к заливке формы эпоксидной смолой. Как правильно это сделать? 

  Эпоксидный двухкомпонентный клей, получается при смешивании двух веществ - эпоксидной смолы и отвердителя. Оба действующих вещества по своему химическому строению являются полимерами с небольшой молекулярной массой, при их смешивании происходит процесс полимеризации (объединение  простых молекул в более крупные). Рецепт приготовления клея написан на упаковке и зависит от конкретного типа отвердителя в комплекте. Тот состав который приобрел я, состоит из отечественной эпоксидной смолы ЭД-20 и отвердителя ПЭПА. Необходимо десять частей ЭД-20 смешать с одной частью ПЭПА (соотношение 10:1). Для замера объема компонентов я использую медицинский шприц. Смолу и отвердитель выливаю в одну емкость и тщательно перемешиваю в течении нескольких минут. После перемешивания смеси её необходимо оставить в покое на несколько минут для удаления из нее пузырьков воздуха. Пузырьки воздуха поднимаются к поверхности и схлопываются. Затем состав нужно аккуратно залить в форму и оставить для затвердевания. Время необходимое для полной полимеризации (затвердевания)эпоксидной смолы при комнатной температуре равно одним суткам. За 24 часа смола затвердеет и превратится в жесткую монолитную заготовку.

  

  Процесс затвердевания можно ускорить, если смолу в форме прогреть, чем выше температура тем быстрее скорость реакции. Я это сделал при помощи водяной бани в течении 30-и минут. Можно воспользоваться духовкой, если конечно не сильно ее нагреть. Тут важно не переборщить с температурой. При слишком высокой температуре, оставшиеся пузырьки воздуха сильно увеличиваются в объеме что в конечном итоге приведет к ухудшению прочности детали за счет образовавшихся пустот внутри. У меня было несколько неудачных экспериментов.

  После застывания опалубка разламывается (она одноразовая), из посадочного места извлекается подшипник. Далее деталь обрабатывается наждачной бумагой по всей поверхности особенно по краям. Полученный результат видно на картинке. Результат мне понравился.

   
  Переходим ко второй фазе изготовления посадочных мест под подшипники по оси Y. Ранее изготовленные и обработанные детали устанавливаем на клей в новую опалубку и повторяем процесс заливки.

  
  На этом фото видна не застывшая эпоксидка.

  Повторяем процесс отверждения на водяной бане.

  После отверждения, ломаем опалубку и обрабатываем поверхность наждачной бумагой.

  Таким образом в несколько этапов можно изготовить деталь со сложной геометрией в домашних условиях.

  Идем дальше. Теперь передо мной стоит задача изготовить посадочные места под подшипники для оси Z. В результате проведенных ранее экспериментов с эпоксидной смолой выявился ряд недостатков такого метода изготовления деталей, во первых подшипник тяжело извлекать из посадочного места (есть риск сломать заготовку), во вторых опалубка прикипает к смоле намертво (мне пришлось ее срезать канцелярским ножом). Обе проблемы я решил и опробовал доработанный метод при изготовлении посадочных мест для подшипников по оси Z. Подшипники, перед установкой в форму для заливки, необходимо обматывать одним слоем тонкого скотча, как показано на фото ниже. Прилипание опалубки я решил при помощи смазки. Перед заливкой эпоксидной смеси опалубку нужно смазать машинным маслом и это сильно упростило отделение детали после застывания эпоксидной смолы. Также я усовершенствовал саму опалубку, вместо спичек применил тонкий пластик от старой таблички - это увеличило производительность труда.

  Описывать весь процесс изготовления посадочного места для оси Z я не буду, по той причине что он очень схож с выше описанным. Скажу только что получилось четыре детали, две с диаметрами по 17 мм. и две с диаметрами 14мм. На фото ниже показаны уже обработанные части.

  
  На фото ниже показан процесс склейки составных частей в общую деталь. Части между собой я склеил быстросохнущим клеем "Момент". Можно было бы склеить их эпоксидной смолой (тогда получились бы монолитные детали), но разводить эпоксидную смесь было не целесообразно да и не хотелось ждать еще целые сутки. В качестве струбцины применил канцелярские зажимы для бумаги, они создают хорошее давление между склеиваемыми поверхностями.

  
  Получилось два посадочных места для вертикальных шпилек. Края обрабатывать не стал, так-как их форма не играет никакого значения, кроме эстетического. Но мы-то с вами "технари", и видим красоту в другом.

   Снизу видно, что нижняя гайка прекрасно прячется внутри изготовленной детали, а это то как раз то чего я добивался.