Kontynuując modernizację mojego Graber i3, stopniowo zająłem się mechaniką drukarki.
Początkowo nie planowałem większych zmian. Chciałem jedynie zaprojektować porządne mocowanie indukcyjnego czujnika stołu, który zamontowałem podczas wcześniejszych modyfikacji.
Jednak, jak to często bywa w konstrukcjach DIY, rozwiązanie jednego problemu stopniowo doprowadziło do odkrycia kolejnych.
W rezultacie musiałem nieco przebudować karetkę X, zmienić mocowanie hotendu i ponownie złożyć niektóre elementy osi Z.
Najciekawsze jest to, że przy okazji odkryłem błędy popełnione jeszcze podczas pierwszego montażu drukarki około pięciu lat temu.
Od czego wszystko się zaczęło
Pierwsze testy czujnika indukcyjnego przeprowadzałem bez stałego mocowania. Sam czujnik już miałem, ale nie istniał jeszcze odpowiedni uchwyt.
Dlatego kolejnym krokiem było zaprojektowanie mocowania, które pozwoliłoby stabilnie zamocować czujnik względem hotendu.
Na pierwszy rzut oka zadanie wydawało się dość proste.
Jednak konstrukcja mojego Graber i3 ma swoje specyficzne cechy. Znaczna część elementów mechanicznych jest wykonana ze sklejki, w tym części karetki X.
Właśnie tutaj pojawił się pierwszy problem.
Ze względu na sposób łączenia elementów ze sklejki nie dało się zmontować karetki wystarczająco sztywno. W konstrukcji pozostawały luzy, które negatywnie wpływały na stabilność położenia hotendu.
Skoro i tak miałem projektować nową część, postanowiłem przy okazji usunąć tę wadę.
Pierwsze mocowanie czujnika okazało się niewygodne
Zanim przeszedłem do nowej konstrukcji, wypróbowałem prostsze rozwiązanie.
Podobnie jak w wielu samodzielnie budowanych drukarkach 3D zamocowałem czujnik indukcyjny bezpośrednio do układu chłodzenia hotendu.
Pozwalało to umieścić czujnik blisko dyszy bez większych zmian w karetce.
Jednak dość szybko ujawniła się wada tego rozwiązania.
Gdy trzeba było zdemontować hotend do czyszczenia lub wymiany dyszy, mocowanie czujnika zaczynało przeszkadzać w rozbieraniu.
Okazało się więc, że montaż jednego dodatkowego elementu utrudnił mi serwisowanie innego.
Takie rozwiązanie mi nie odpowiadało.
Chciałem stworzyć konstrukcję, w której czujnik miałby własne mocowanie i nie przeszkadzał w obsłudze hotendu.
Stare mocowanie hotendu również miało wadę
Warto tutaj osobno opowiedzieć o pierwotnym mocowaniu hotendu.
Do jego montażu wykorzystałem aluminiowy uchwyt przeznaczony do mocowania wałków liniowych o średnicy 16 mm.
Pod względem wymiarów i konstrukcji bardzo dobrze nadawał się do tego zadania.
Hotend można było zamocować dość solidnie i przez długi czas takie rozwiązanie całkowicie mi wystarczało.
Miało jednak jedną wadę.
Jeśli trzeba było zdemontować hotend, na przykład w celu serwisowania lub wymiany dyszy, po ponownym montażu praktycznie nie dało się ustawić go dokładnie na poprzedniej wysokości.
Trzeba było ponownie sprawdzać położenie dyszy względem stołu i w razie potrzeby korygować ustawienia.
W drukarce, w której regularnie coś zmieniam i modyfikuję, było to dość niewygodne.
Dlatego podczas projektowania nowej karetki postanowiłem jednocześnie zmienić sposób mocowania hotendu.
Nowa karetka X — sklejka i druk 3D
Nie zamierzałem całkowicie rezygnować z oryginalnej konstrukcji.
Zamiast tego postanowiłem wykonać karetkę hybrydową.
Jedna jej część pozostała wykonana ze sklejki, a drugą wydrukowałem w 3D na tym samym Graber i3.
Za podstawę drukowanej części przyjąłem geometrię istniejącego modelu ze sklejki i dodałem do niej potrzebne elementy mocujące.
W rezultacie na jednej części udało się umieścić:
- uchwyt do montażu hotendu;
- mocowanie wyłącznika krańcowego osi X.
Ten ostatni wcześniej znajdował się na karetce Z, ale po przebudowie konstrukcji przeniosłem go na karetkę X.
W ten sposób nowa część połączyła kilka funkcji.
Jednocześnie udało się zachować znaczną część oryginalnej mechaniki drukarki.
Sztywniejsza konstrukcja i łatwiejsze serwisowanie
Największą zaletą nowej karetki okazało się nawet nie samo mocowanie czujnika indukcyjnego.
Po przebudowie połączeń udało się zmontować cały zespół znacznie sztywniej.
Luzy występujące w pierwotnej konstrukcji ze sklejki zostały usunięte.
Teraz położenie hotendu względem karetki jest znacznie stabilniejsze.
Ponadto nowy uchwyt hotendu stanowi część drukowanego elementu i pozostaje na karetce podczas demontażu hotendu.
Dzięki temu można zdjąć hotend do serwisowania, a następnie zamontować go ponownie praktycznie na tej samej wysokości.
Oczywiście po ingerencji w hotend nadal warto sprawdzić położenie dyszy, szczególnie jeśli wymieniana była sama dysza.
Jednak teraz przy zwykłym demontażu i ponownym montażu nie trzeba od nowa ustawiać położenia całego zespołu.
Czujnik indukcyjny otrzymał osobne mocowanie, przykręcone od tylnej strony części karetki wykonanej ze sklejki. Dzięki temu nie przeszkadza już w demontażu i serwisowaniu hotendu.
Właśnie taki rezultat chciałem osiągnąć.
Przy okazji postanowiłem ponownie złożyć oś Z
Ponieważ drukarka była częściowo rozebrana, postanowiłem zająć się również mechaniką osi Z.
Tutaj także występowały niewielkie luzy, które chciałem wyeliminować.
Nie planowałem jednak radykalnych zmian konstrukcyjnych.
Ograniczyłem się do drobnych modyfikacji istniejących części, przede wszystkim poprawiłem dopasowanie gniazd łożysk liniowych i wałków prowadzących.
Pozwoliło to ograniczyć niepożądane przemieszczanie się elementów względem siebie.
Jednak podczas ponownego montażu odkryłem jeszcze jedną ciekawą rzecz.
Dwie nakrętki typu T nie zawsze są lepsze od jednej
Podczas pierwszego montażu Graber i3 zamontowałem po dwie nakrętki typu T po każdej stronie osi Z.
Wtedy wydawało mi się, że takie rozwiązanie zapewni sztywniejszą i stabilniejszą konstrukcję.
I przez około pięć lat nawet nie kwestionowałem słuszności tego wyboru.
Jednak podczas ponownego montażu okazało się, że dodatkowe nakrętki powodują niepotrzebny opór podczas obracania śrub pociągowych.
Zamiast oczekiwanej poprawy uzyskałem dodatkowe obciążenie mechanizmu ruchu.
Całkiem możliwe, że przyczyną była niewielka niewspółosiowość nakrętek, przez którą śruby musiały pokonywać dodatkowe tarcie.
Dlatego usunąłem dodatkowe nakrętki typu T, pozostawiając po jednej z każdej strony.
Po tej zmianie ruch stał się swobodniejszy.
Warto zaznaczyć, że zastosowanie dwóch nakrętek samo w sobie nie musi być błędem.
Istnieją konstrukcje, w których dodatkowe nakrętki są z powodzeniem stosowane, na przykład do ograniczania luzu osiowego.
Jednak w moim przypadku takie rozwiązanie się nie sprawdziło.
Czasami próba zwiększenia sztywności mechanizmu daje zupełnie inny rezultat, niż się oczekuje.
Po usunięciu luzów pojawił się nowy problem
Najciekawsze zaczęło się już po ponownym złożeniu drukarki.
Kiedy poprawiłem dopasowanie łożysk i wałków, usunąłem luzy i zacząłem od nowa regulować mechanikę, zauważyłem zacinanie się jednej z karetek Z.
Co ciekawe, wcześniej nie obserwowałem takiego zachowania.
Początkowo wyglądało to dość dziwnie.
Przed rozebraniem drukarka działała, a po usunięciu luzów jedna z karetek zaczęła poruszać się z oporem i zacinać.
Musiałem dokładnie obejrzeć cały mechanizm.
Przyczyna okazała się zaskakująco prosta.
Błąd ze śrubą sprzed pięciu lat
Na karetce Z znajduje się mocowanie rolki paska osi X.
Oś tej rolki stanowi element mocujący przechodzący przez odpowiednią część konstrukcji.
Podczas pierwszego montażu należało tutaj zastosować śrubę z płaskim łbem.
Ja jednak użyłem zwykłej śruby z łbem sześciokątnym.
Jej wystająca część ocierała o obudowę karetki.
Najbardziej zaskakujące było to, że wcześniej praktycznie nie dawało to o sobie znać.
Dopóki konstrukcja miała luzy, elementy mogły nieznacznie przemieszczać się względem siebie i kontakt nie powodował zauważalnego zacinania.
Jednak po ponownym montażu wszystko się zmieniło.
Gdy pasowania stały się ciaśniejsze, a karetka sztywniejsza, zniknęła wcześniejsza swoboda niepożądanych przemieszczeń.
W rezultacie wystająca śruba zaczęła przeszkadzać w prawidłowym ruchu mechanizmu.
Okazało się, że usunięcie jednego problemu ujawniło drugi, istniejący od pierwszego montażu drukarki.
Rozwiązanie okazało się banalnie proste
Nie miałem pod ręką odpowiedniej śruby z płaskim łbem.
Dlatego zamiast szukać nowego elementu mocującego, po prostu odwróciłem istniejącą śrubę.
Teraz jej wystająca część nie ocierała już o obudowę.
Jednocześnie mocowanie rolki pozostało wystarczająco sztywne.
Po tej niewielkiej zmianie zacinanie całkowicie ustąpiło.
W rezultacie udało mi się osiągnąć dokładnie to, do czego dążyłem od początku: sztywną konstrukcję bez zauważalnych luzów, która jednocześnie swobodnie porusza się po prowadnicach.
Sztywność nie powinna utrudniać ruchu
Cała ta historia przypomniała mi jedną ważną rzecz.
Podczas montażu mechaniki drukarki 3D nie wystarczy po prostu maksymalnie sztywno zamocować wszystkich elementów.
Trzeba znaleźć właściwe połączenie sztywności i swobody ruchu.
Karetka nie powinna mieć luzów na prowadnicach, ale jednocześnie musi poruszać się płynnie, bez zacinania i nadmiernego oporu.
W moim przypadku pierwotne luzy wręcz maskowały błąd montażowy.
Dopóki elementy mogły się nieco przemieszczać, wystająca śruba praktycznie nie przeszkadzała w pracy.
Jednak gdy konstrukcja stała się sztywniejsza, problem natychmiast się ujawnił.
Dopiero po usunięciu przyczyny tarcia udało się uzyskać prawidłową pracę mechanizmu.
Podsumowanie modernizacji
Początkowo zamierzałem jedynie wykonać mocowanie czujnika indukcyjnego.
Ostatecznie udało się jednak rozwiązać kilka problemów jednocześnie.
Nowa hybrydowa karetka X pozwoliła usztywnić konstrukcję i pozbyć się wcześniejszych luzów.
Osobne mocowanie czujnika indukcyjnego nie utrudnia już serwisowania hotendu.
Nowy uchwyt pozwala demontować i ponownie montować hotend praktycznie bez zmiany jego wysokości.
Wyłącznik krańcowy osi X jest teraz zamocowany bezpośrednio na nowej drukowanej części karetki.
Ponadto podczas ponownego montażu osi Z poprawiłem dopasowanie gniazd łożysk liniowych i wałków prowadzących, usunąłem dodatkowe nakrętki typu T oraz wyeliminowałem zacinanie spowodowane nieprawidłowo zamontowaną śrubą.
W efekcie mechanika stała się jednocześnie sztywniejsza i swobodniejsza w ruchu.
Szczególnie cieszy mnie to, że nie wymagało to całkowitej przebudowy drukarki.
Większość oryginalnej konstrukcji udało się zachować, ograniczając się do zmiany poszczególnych elementów i poprawienia starych błędów.
Dla mnie właśnie na tym polega sens stopniowej modernizacji Graber i3: nie budować za każdym razem nowej drukarki, lecz konsekwentnie ulepszać istniejącą, usuwając niedoskonałości ujawniające się podczas użytkowania.