3Dプリンター(2)2015年10月12日

3Dプリンター制作を目指して(2)

「3Dプリントされた取り付け小物は注意が必要なようです。」自分で3Dプリントしてわかったことですが、フィラメントと呼ばれる太さ1.75mmの樹脂を熱で溶かし、0.4mm程度のノズルから細く樹脂を絞り出し、それを幾層にも積み上げてプリントします。プラスチックの塊ではないので作成物は強度に問題が出るようです。最初のプリントは3Dプリンターの取り付け小物類のスペアをプリントしました。2台目を作成するつもりでパーツを作成しました。
ついでに5.5mm厚のMDF板でフレームも作成したので本当に2台目になってしまいました。プラスチック以外のパーツも揃えました。
殆どのパーツは日本国内の通販やホームセンターで購入が可能です。中には時間がかかっても海外から購入したほうがお得なパーツもあります。RepRap Prusa i3のパーツ類を整理しておきましょう。

  • フレーム
      MDF板、アクリル板、アルミ板などを使用して自分で作成し、Y軸のボルトに取り付けます。それだけでは強度に問題があるので前後、あるいはどちらかから支えをする必要があります。このフレームにZ軸モーターと駆動系を取り付け、その上にX軸キャリアー部分がのります。
  • X軸可動部分
      ホットエンドと呼ばれる印刷ノズル部分を左右に移動させるステッピングモーターとリニアロッドで構成されます。モーターエンドとアイドラーエンドと呼ばれる3Dプリントしたプラスッチックパーツをリニアロッドで結合し、その間をホットエンドの取り付けられているキャリアが移動します。キャリアの移動はベルトとプーリーで行います。
  • Y軸可動部分
      印刷物を置くベッドを前後に移動させるステッピングモーターとリニアロッドで構成されます。ベッドの移動はベルトとプーリーで行います。Y軸のフレームは6本のM8寸切りボルトと3Dプリントしたコーナーパーツで作成されています。その他にモーター支持パーツとアイドラー、タイミングベルトホルダーを3Dプリントします。
  • Z軸可動部分
      X軸キャリアーを上下に移動させるステッピングモーターとリニアロッドで構成されます。フレームに取り付けます。X軸キャリアーの移動はステッピングモーターに直結させたM5の寸切りボルトを使用します。M5ボルトを使用した場合、ネジピッチは0.8mmになります。
  • 3Dプリントパーツの作成
      MakerBot ThingiverseYouMagine: shareなどのサイトでPrusa i3パーツファイルを入手して印刷してください。オリジナルデザインとは異なるものもありますので自由に選択してください。フレーム取り付け用のプラスチックパーツもフレーム素材に合わせて選択し、印刷してください。
2台目を作成するのであれば必要になります。
  • リニアロッドと寸切りボルトの入手
    XYZ軸共通に使用する太さ8mmのリニアロッドはYSK社製のYSAA形スタンダードリニアシャフトを使用しました。素材はSUJ2(高炭素クロム軸受鋼)で高周波焼入処理を施したシャフト長400mmの定尺物です。モノタロウから購入しました。
    M8寸切りボルトはホームセンターで扱っているステンレス鋼のシャフト長285mm定尺物を4本、M5寸切りボルトは同じく定尺物を2本使用しました。Y軸フレームの前後方向に使用する450mmの寸切りボルトはちょうどよい定尺物がありませんので1mものを切断して使用します。ホームセンターなら切ってくれるところもあります。M5の寸切りボルトは扱っているところが少ないです。M6寸切りボルトならどこでも扱っていますのでM6に変更することも可能です。M6寸切りボルトを使用した場合、ネジピッチは1mmになります。
  • リニアベアリング、ベルトとプーリーの入手
      リニアベアリングはリニアロッドに合わせて内径8mmのものを使用します。ベアリングのみのLM8UUを7個と取り付けブッシュ付きのSC8UU(取り付け穴4個)または、SCV8UU(取り付け穴2個)をベッド用に3個使用します。3Dプリントしたベアリングブッシュを使用する場合はLM8UUを3個使用します。
    ベルトはベルト幅が6mmのGT2 タイミングベルトで長さ2m程度でX、Y軸の駆動に使用します。プーリーはGT2 20歯 幅6mm 内径5mmのものを使用します。アイドラーにはフランジ付きのミニチュアベアリングMF105ZZを2個一組で合計4個使用します。調整機能付きのアイドラーに変更した場合は指定するベアリングに変更します。
    Z軸のM5寸切りボルトとステッピングモーターを直結するカップラーが2個必要です。3Dプリントしてもよいですし、フレキシブルシャフトカプラ 5 x 5mmを使用しても構いません。
    この辺りはe-bayなどで中国のバイヤーから購入すると安価(国内の約半値、送料込で)に入手できます。
  • ステッピングモーターと制御マイコンの入手
      ステッピングモーターはNEMA17を使用します。シャフトは外径5mm x シャフト長24mmのものを選択してください。XY軸に1個づつ、Z軸に2個使用します。エクストルーダーに使用しているステッピングモーターも同じものです。
    制御マイコンは3Dプリンター制作を目指して(1)で紹介しているArduino Mega2560を使用します。中国製のCH340Gを使用している互換ボードを選択する場合はPCに専用ドライバーのインストールが必要です。ステッピングモータードライバーICはA4988のほうが安くあがります。
  • ホットエンドとエクストルーダーの入手
      3Dプリンターの中心になる部分です。オリジナルのPrusa i3では3Dプリントしたパーツで作成したエクストルーダーとホットエンドの組み合わせですが、市販品のキットではMK8エクストルーダーがよく使用されています。1台目の3DプリンターはMK8エクストルーダーを使用しましたが、今は3DプリントしたダイレクトエクストルーダーとメタルJ-Headホットエンドの組み合わせに交換しています。
    ホットエンドのヒーター電圧は注意してください。12Vと24V用があり選択には自分の使用する電源に依存するためです。PC用のATX電源やほとんどの専用電源は12Vですので12Vヒーターを選択します。
  • ヒーテッドベッドと電源
      ABSフィラメントで印刷したいとか、印刷物が剥がれやすいなどを防止するためにヒーテッドベッドを使用しますのでPLAフィラメントでは必ずしも必要なものではありません。MK3ヒーテッドベッドなら12V、24Vどちらの電圧でも使用できます。ABS用に100度まで加熱するには12Vでは時間がかかりますので24Vでの使用をおすすめします。24Vでも大きな電流を流しますので太い配線を使用してください。
    電源は市販されている12V電源または、PC用の350W程度のATX電源を使用します。ATX電源の場合は12Vのみ使用し、5Vは使用しません。MK3ヒーテッドベッドへの電源供給までするのであれば大きめの電源を選択してください。

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