RepRap Options/ru

From RepRapWiki
Jump to: navigation, search


Это не законченный перевод статьи. Пожалуйста, сделайте свой вклад в перевод документации.

На этой странице изложено общее представление, из каких частей создаётся RepRap.

Если же вы хотите пропустить всю эту чепуху и сразу присупить к изготовлению, то вам лучше всего взглянуть на Неполное руководство для начинаюших по RepRap и Инструкция по сборке. В дополнение к этим руководствам вы так же можете взглянуть на ссылки ниже в разделе Модели.

Составляющие устройства RepRap.

Чтобы плолучить более полный обзор мы должны начать с обсуждения различных моделий RepRap, а затем перейти к основным четырём составляющим частям RepRap:

  • Набор програмных инструментов.
  • Электроника.
  • Механика.
  • Экструдер.

Contents

Модели

В настоящее время есть много замечательных и детальных инструкций по сборке для RepRap! Нажимайте на названия фотографий, представленных ниже, чтобы узнать больше о каждой конструкции.

Если же вы стимпанк или просто любите обходиться без коммерческих сборов, для вас также есть RepStrap.

Набор програмных инструментов

Набор програмных инструментов можно условно разделить на три части:

  1. CAD (САПР) инструменты.
  2. CAM инструменты.
  3. Прошивки для электроники.

CAD (САПР) инструменты

Система автоматизированного проектирования, или САПР, инструмент используемый разработчиками детали в 3D для печати.


Програмное обеспечение

САПР как инсртумент в прямом смысле разработан, чтобы позволить вам легко вносить изменения в разрабатываемые детали действуя с их основными параметрами. Иногда САПР файлы называют параметрическими файлами. Они, как правило, представляют собой детали или сборки с точки зрения Конструктивной Сплошной Геометрии, или КСГ. Используя КСГ, детали могут быть представлены в виде дерева логических операций и выполнены из основных форм, таких как кубы, сферы, цилиндры, пирамиды и т.п.

Free/libre/open-source software (FLOSS) (Свободное программное обеспечение с общедоступными (открытыми) исходными кодами) приложения подпадающие в эту категорию OpenSCAD, FreeCAD, HeeksCAD и другие. Примерами проприетарных и полностью параметрических САПР являются PTC Creo (ранее известный как PTC Pro/Engineer), Dassault Solidworks, Autodesk Inventor и другие.

Как правило, в таких программах геометрия детали хранится в деревообразном виде, где любой размер может численно изменён, после чего последует пересчёт геометрии детали с большой точностью. Геометрия имеет математическое представление в котором, например, круг строиться по значениям центра, радиуса и плоскости (следовательно, "параметрически"). Не важно на сколько вы увеличите масштаб, окружность всё равно останется изогнутой и программа САПР не имеет проблем с поиском центра когда вы щёлкаете по нему. Это может быть весьма полезно при создании чертежей с размерами между кругом и секциями, которые должны быть удалены от него концентрически.

Другой более слабой категорией САПР являются приложения, которые представляют деталь как полигональную сетку. Эти приложения больше подходят для создания спецэффектов и художественных произведений. Они также кажутся немного более удобными. FLOSS приложения этой категории будут Blender и Art of Illusion. Проприетарными инструментами являются Autodesk 3ds Max, Autodesk Alias, Sketchup и другие.

Кроме того, вы можете создавать формы с помощью веб-браузера на следующих веб-сайтах: TinkerCAD.com (легкий) или 3DTin.com (более изощренный) они позволяют скачивать плоды ваших геометрическх трудов.

Некоторые из, упомянутых выше, инструментов используют параметрические данные для генерации геометрии, но многие просто регистрируют позиции вершин многоугольников, составляющих деталь. Некоторые используют параметры для генерации геометрии но потом сбрасывают эти данные после размещения вершин. Кривая таким образом в действительности является приблизительной, обазованная из множества прямых линий между точками. Получается, эти инструменты лучше всего подходит для дизайна, где точность размеров менее важны, чем внешний вид и простота использования.

Если вы хотите печатать из менее возможного материала из возможных, спроектировать деталь оптимизированную по значению в функции деформации, вы можете использовать топологическую оптимизацию через non-commercial-use-only програмное обеспечение такое как Topostruct (смотри сайт sawapan.eu), BESO, или free-open-source-use такое как Topy, программа топологической оптимизации написаная на Python William Hunter (смотри страницу topy на google code).

Это может быть полезным обладать решётчатым инженерным програмным обеспечением (lattice engineering software), которое может создать поддержку для вашей детали или заполнить деталь с сохранением маитериала. Одно из наиболее часто используемых является Materialise Magics, но есть также Netfabb. Оба являются проприетарным програмным обеспечением, не бесплатным.

Файлы

Большую часть времени существования 3D програмного обеспечения приложения сохраняют файлы в специфичном для себя формате, которые в случае с проприетарными САПР инструментами зачастую находятся под усиленной охраной коммерческой тайны.

Существует очень мало взаимозаменяемых САПР форматов файлов. Два наиболее широко используемых взаимозаменяемых формата файлов КСГ являются STEP и IGES. Оба снимают геометрию с параметрическими данными и предлагают только "мертвые" сплошные тела. Характеристики могут быть добавлены и удалены, но основа формы осанется замкнутой. В настоящее вемя не существует общеиндустриального взаимозаменяего формата файла который сохраняет параметрические данные.

Наиболее широко используется взаимозаменяемый сеточный формат STL. STL файлы важны, потому, как мы увидим далее, они используются CAM инструментами.

Сеточные фалы не могут быть преобразованными в КСГ файлы потому что они не содержат параметрические данные а только координаты вершин многоугольников (полигональной сетки), которые и образуют сплошной объём. Однако, файлы КСГ формата могут быть преобразованы в сеточный формат файла.

Поэтому, если вы разрабатываете деталь, будет хорошей идеей проектировать её в КСГ САПР приложении и сохранять, и распространять свои оригинальные параметрические файлы вместе с сгенерированными STL файлами

CAM Инструменты

Computer Aided Manufacturing, или CAM, это инструменты обработки в промежуточном шаге перевода CAD файлов в машино-приемлемый формат используемый в электронике RepRap. Больше информации на странице CAM Toolchains.

Программное обеспечение

Програмное обеспечение для слайсинга

(Slicing - переводится как расслаиватель). Обычно для того чтобы превратить 3D деталь в дружественный машине формат, CAM програмному обеспечению нужен STL файл. Дружественный машине формат, который используется для печати называется G-code. Ранние версии RepRaps использовали протокол под названием SNAP, но в настоящее время используется промышленный стандарт G-код. Для преобразования STL файлов в G-код, вы можете использовать следующие программы:

  1. MatterSlice (Быстрая и полнофункциональная - работает с MatterControl)(Открытый код)
  2. Skeinforge (Dated solution)(Тем не менее одна из лучших и часто рекомендуется для аккуратной печати
  3. Cura (Также включает в себя отправитель G-кода)(Очень быстрая и аккуратная)
  4. Slic3r (Прославленное решение для большинства RepRap)(Множество ошибок в каждом выпуске)
  5. Kisslicer (Быстрая и точная с очень редкими ошибками)(Закрытый код)
  6. RepSnapper
  7. RepRap Host Software
  8. X2sw
  9. SuperSkein
  10. SlicerCloud (Онлайновое Slic3r решение)
  11. Simplify3D (Всё-В-Одном платный набор)

Для преобразования STL в G-код деталь нарезается на слои как салями, затем рассматрииваются слои в поперечном сечении, затем вычисляется путь по которому печатная головка должна пройти чтобы нанести пластик, и вычисляется колличество нити, которой нужно питать экструдер для пройденного растояния.

(Обычно вам не нужно ремонтировать, редактировать или воздействовать на STL файлами непосредственно, но если вы воздействуете, то тогда могли бы поискать програмное обеспечение здесь: Программное обеспечение для работы с STL файлами).

Интерпретатор G-кода

После того как вы получили G-код файл, вы должны запустить его в G-код интерпретаторе (рус. переводчике). Который считывает каждую строку файла и отправляет определённые электрические сигналы на двигатели, которые говорят RepRap как двигаться. Есть два основных варианта G-код интерпретатора:

  1. Программа рабочая станция называемая EMC (или другое CAM програмное обеспечение) которая управляет оборудованием напрямую или
  2. Прошивка на электронной платформе RepRap с интегрированным аппаратным интерфейсом, который имеет интерпретатор G-кода
Отправитель G-кода

Для отправки файлов G-кода на интегрированный аппаратный интерпретатор вам необлодимо либо:

  1. Загрузить G-код файл через карту памяти (как правило SD карту) если это поддерживается.
  2. Залить G-код (обычно по одной строке за раз) через серийный порт (RS-232 или TTL level, часто используется с преобразователем USB) или прямое подключение USB, используя одну из следующих программ на вашем рабочем месте:

Некоторые из вариантов являются кросс-платформенными, а другие желают работать только с определёнными операционными системами или предпочитают определённые интерированные прошивки интерпретаторов.

Файлы частей

Основными файлами используемыми CAM инструментами являются STL и G-код файлы. Инструменты CAM преобразуют STL файлы в G-код файлы. Оффициальные STL файлы для Mendel хранятся в RepRap subversion репозитории. Для получения копий этих файлов запустите следующие команды в ubuntu:

sudo apt-get install subversion
svn co https://svn.code.sf.net/p/reprap/code/trunk/mendel/mechanics/solid-models/cartesian-robot-m4/printed-parts/

Это создаст директорию с STL файлами, которые вы сможете отдать вашему соседу, который уже имеет reprap и который сможет распечатать детали для вас. Вы так же заметите, что эта директория содержит AoI файлы. Эти файлы принадлежат Art of Illusion. Это САПР приложение которое ипользовалось для разработки деталей и которое сохранило их в виде STL файлов.

Встроенное программное обеспечение (Прошивка)

Reprap электроника управляется недорогим процессором таким как Atmel AVR. Atmel процессор использует микроконтроллеры на базе Arduino. Эти процессоры очень слабые даже по сравнению средними персональными компьютерами 10 или 15 летней давности которые в настоящее время вы найдёте лишь на свалке. Однако, они являются процессорами настолько что могут запускать простое програмное обеспечение. Это примитивное програмное обеспечение запускаемое в Reprap является прошивкой.

Из всей цепочки програмного обеспечения, что заставляет Reprap работать, раздел прошивки наиболее близок вам тогда раздобудьте полезные программы. Технический термин того чем мы занимаемся с прошивкой называется кросс-компиляцией.

Этот процесс состоит из следующих шагов:

  1. Установить Arduino IDE на ваш PC.
  2. Скачать некий исходный код прошивки с вэб сайта.
  3. Сделать небольшие изменения в исходном коде дабы указать какие аппаратные средства у вас имеются.
  4. Скомпилировать прошивку используя Arduino IDE.
  5. Подключить контроллер к твоему PC через USB кабель.
  6. Загрузить прошивку в твои контроллеры ЦПУ.

Некоторая электроника такая как Smoothieboardтребует кастомную прошивку.


G-коды

После загрузки прошивки на ваш микроконтроллер, он готов к приёму G-кода с помощью програмного эмулятора серийного порта RS-232 (он же COM порт). Этот порт появится когда вы подключите ваш arduino к PC через USB. Вы можете использовать либо программу для отправки G-кода через серийный порт либо вы можете ввести его вручную если вы запустите обыкновенное терменальное приложение например hyperterm или minicom. Если вы используете программы, они как правило воспринимают файлы в gcode формате.

Обо всех поддерживаемых прошивках смотри Список прошивок. Ниже приведён краткий перечень самых популярных прошивок:

Програмное обеспечение

Для компиляции и загрузки прошивки в электронику основываной на Arduino, используйте arduino IDE которую вы можете скачать с сайта arduino сайта arduino.

Файлы

Файлы прошивки обычно упакованы в виде проекта исходного кода для Arduino IDE. Arduino исходный код состоит из связки PDE (или для Arduino версии 1.0, INO) файлов вместе с некоторыми дополнительными .cpp и .h файлами находящихся вместе. Arduino IDE компилирует исходный код в один .hex файл. Когда вы кликните по иконке обновления в Arduino IDE, произойдёт ззагрузка .hex файла в электронику.

More Info

In a nutshell, here's a short summary of everything above except CAD software:

RepRap Toolchain.jpg

Электроника

Обзор

В общем, вся reprap электроника подразделяется на 5 областей:

Контроллер

Контроллер — это мозги reprap. Почти все reprap контроллеры основываются на работе с Arduino микроконроллером. Существует много вариаций микроконтроллеров, но они взаимозаменяемы, и в основном все делают одно и то же. Иногда контроллер это одельно стоящая печатная плата с чипом на ней, иногда контроллер это Arduino Mega с платами расширения (так называемые 'shield'). Узнайте больше в списке электроники.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель — это тип электрических двигателей который может быть точно управляемым контроллером. Большинство reprap используют от 4 до 5 шаговых двигателей. От 3 до 4 двигателей управляют передвижением x/y/z осей (иногда ось z управляется 2 двигателями) и 1 двигатель используется в экструдере.

Шаговые драйверы

Шаговый драйвер — этот чип играет роль посредника между шаговым двигателем и контроллером. Это упрощает сигналы которые необходимо отправлять на шаговый двигатель чтобы привести его в движение.

Иногда шаговые драйверы находятся на отдельных печатных платах которые соедены с контроллером через провода.

Иногда шаговые драйверы находятся на небольших печатных платах, которые подключаются непосредственно к самому контроллеру. В нашем случае контроллер должен иметь место, по меньшей мере, для 4 этих маленьких плат (по оной на каждый двигатель).

Наконец, иногда шаговые драйверы впаиваются прямо в сам контроллер.

Концевой выключатель

Концевой выключатель — это очень маленькая и простая печатная плата с неким выключателем на ней, которая сообщает reprap, что он переместился слишком далеко в одном из направлений. Таким образом, их обычно 6 по 2 на каждую ось (большинство прошивок включают програмные настройки для максимальных позиций которые подразумевают и минимальные позиции концевых выключателей которые обязательны). Каждый концевой выключатель подключается через провода либо:

  1. Контроллер.
  2. Плату шаговых драйверов.

Нагревательная платформа

Платформа для печати — это то на что RepRap экструдирует (выдавливает) пластик, где строятся пластиковая деталь.

Хотя нагревательная платформа (англ. heated bed) считается дополнительным компонентом в RepRap, но она часто становится необходимой и неотъемлемой частью эксплуатации RepRap после долгих взаимоотношений, потому как без нагревательной платформы, детали имеют тенденцию остывать слишком быстро. Это приводит к деформации углов (так как пластик сжимается при охлаждении) или напечатанная деталь при слишком раннем физическом снятии с платформы печати разрушается.

Нагревательная платформа действуют по тому же принципу, что и кухнный тостер. Это просто большой резистор с датчиком температуры. Смотрите также:

Больше информации

Чтобы посмотреть более подробную информацию о RepRap электронике загляните на страницу: Список электроники.

Mechanical Body

When it comes to the mechanical body, it can be generally broken down into two parts:

  1. Movement along the x/y/z axes.
  2. The print bed

X/Y/Z Axis Motion

Main category page for Mechanical arrangement

When facing the front of a reprap, X axis movement is side to side, aka left to right movement, Y axis movement is forwards/backwards movement and Z axis movement is up and down along the vertical plane.

Linear movement is generally accomplished using one of 2 different methods:

  1. Belt/pulley driven motion.
  2. Threaded rod or leadscrew motion.

Belts and pulleys are good for fast/lightweight movement and threaded rods are good for slow but forceful movement. Most repraps use a combination of belts for X/Y axis movement and threaded rod for Z axis movement.

Belts and Pulleys

When it comes to accuracy, the most important part of your reprap is your belt/pulley combination. Current state of the art is the GT2 belt, along with a machined pulley that matches the exact bore size of your stepper motors (normally this is 5mm).

There are many types of belt/pulley combinations, currently (March 2012) most in use are:

T5
These are asynchronous metric timing belts. They have trapezoidal teeth and deliberate backlash to reduce belt wear and noise for uni-directional applications. They are difficult to get in North America. The pulleys themselves though can be printed. Using a printed pulley will give you approximately the same results as if you use an MXL pulley/belt combination with the wrong bore size.
T2.5
Like the T5 these are asynchronous metric belt/pulley combinations. These have a 2.5mm (.098") pitch and are printable. With the same diameter pulleys there is a better grip (compared to t5) on the belt and will give a better result. The best results are with metal pulleys due to the fine tooth profile.
MXL
This stands for "mini extra-light". These belts have been around since the 1940s. Like T5 & T2.5, these are also asynchronous timing belts but they are common in North America because they use imperial sizes. The distance between teeth is 0.08" and the teeth are trapezoidal. You *may* be able to find pulleys that have a 5mm bore but it seems difficult. Most stepper motors have spindles that are 5mm in diameter.
HTD
This stands for "high torque drive" and was introduced by Gates in 1971. These belts have less backlash than MXL and T5 belts because the teeth are deeper and are rounded. These belts were originally patented by Gates but the Patent has since expired.
GT2
These are Gates PowerGrip® GT®2 industrial synchronous timing belts. GT stands for "Gates Tooth". GT2 came about because the HTD patents ran out and they needed a new tooth profile that was not public domain. Gates says the GT2 belts will run OK on HTD pulleys but not the other way around. GT2 belts are stronger than HTD belts, but they need the GT2 tooth profile on the pulleys to achieve their ultimate strength advantage over HTD. These may be more difficult to find everywhere.
Spectra
Spectra fiber braided fishing line is quickly becoming a popular choice to replace belts in many applications after its first implementation in Tantillus and then in many Delta printers. It is cheap and available in most cities around the world. Once tightened correctly it has almost no backlash and provides very smooth movement due to the lack of bumpy teeth and its incredibly small bend radius allowing high steps per mm.

For more info see Choosing Belts and Pulleys.

Threaded rod

Most repraps use threaded rod for the Z axis. The Z axis doesn't have to move fast (but it is better if it can move quickly) because it generally only goes up tenths of a mm at a time. Threaded rod is ok for accuracy and force. Repraps don't require force but some CNC machines, use threaded rod for all 3 axes. Since the Z axis threaded rods support the weight of the x-carriage it's a good idea to use high-strength stainless steel for the rod and nut, otherwise they will suffer greater wear on the threads and experience premature failure.

Notes on Backlash

One thing to note about all ways of moving is backlash. Backlash is that jigglyness that you feel in both threaded rod and belts/pulleys when you change direction. This jigglyness/sloppiness affects accuracy.

The T5 and MXL belts above were originally designed to be used as timing belts. Timing belts normally only spin in one direction so backlash is not an issue. Thus, because the GT2 belts were designed to change direction, they will be more accurate.

The standard way of compensating for threaded rod backlash is to use 2 nuts and force them apart using a spring. This kind of makes sure that the nuts are always pushing against the threads so that when you change direction, it doesn't jiggle. Not sure if that makes sense but I'll leave it here anyways.

Print Bed

The print bed is what parts get printed on. The print bed may be stationary, like with the original reprap Darwin, or it may move along one of the x/y/z axes. Most repraps have the bed move along the Y axis but some will also move along the Z axis.

The bed usually consists of two plates: the upper plate and the lower plate.

Upper Plate

The upper plate is mounted to the lower plate on springs. The springs allow it to be levelled using adjusting screws. It also (I think) was designed this way because it gives a little if you accidentally ram the print head down into it.

The upper plate may or may not be heated. It's usually made of a PCB board or of metal. If the plate is heated, it will usually have a piece of glass held on top of it by bulldog clips.

Tape is usually applied to the upper plate to act as a print surface. It helps the extruded plastic stick to the bed and it also makes it easier to remove the part once it's done. The two most common tape types used are blue painter's tape and kapton tape.

Lower Plate

Sometimes the lower plate is called the frog plate because the original mendel's lower plate kind of looked like a frog.

It provides a sturdy base that the upper plate can be connected to. If the bed moves along one of the axes, then the lower plate is directly connected to the mechanism that moves the bed. For the Y axis, this usually means belts or for the Z axis, this usually means threaded rod.

Экструдер

Экструдер отвечает за подачу нити через сопло и её наплавлением на платформу где создаётся деталь.

Экструдер состоит из двух частей:

  1. Холодный наконечник (англ. cold end)
  2. Горячий наконечник (англ. hot end)

Как правило "холодный наконечник" подключён к "горячему наконечнику" через тепловой прерыватель или изолятор. Это должно быть досаточно жёстким и достаточно акуратным чтобы надежно передавать нить с одной стороны на другую, но также в значительной мере предотвращать передачу тепла. Материаллы обычно применяемые это PEEK пластик с вкладышами из PTFE или PTFE с механическими опорами из нержавеющей стали или комбинации всех трех.

Однако, существуют также Боуден экструдеры которые разделяют горячий и холодный наконечники длинной трубкой. Боуден экструдеры очень быстрые, потому как они очень легкие.

Холодный наконечник

This can get a bit confusing here People tend to refer to the cold end as an "extruder" also здесь люди имеют склонность приписывать холодный наконечник к вышеупомянутому "экструдеру". В действительности, это только половина механизма экструдера. Холодный наконечник — это часть которая механически питает материалом горячий наконечник, который, в свою очередь плавит его.

Широко изветные холодные наконечники:

Горячий наконечник

Смотрите также: Теория проектирования горячего наконечника

The hot end is arguably the most complex aspect of 3d printers as it deals with the tricky business of melting and extruding plastic filament. In general, the hot end is a metal case with

  1. A resistor or heater cartridge that heats up so it melts the plastic (usually around 200C)
  2. A thermistor or a thermocouple which measures the temperature

The electronics basically monitor the temperature via the thermistor, then raise or lower the temperature by varying the amount of power supplied usually by some form of PWM

see Hotend comparison: Hot End Comparison and Hot End

Filament

Generally, people use one of two types of filament: ABS or PLA. ABS is strongly scented when melted and warps but is relatively strong whereas PLA is said to smell like waffles and is biodegradable. ABS fumes are detrimental to one's health. ABS will bend before it breaks whereas PLA is relatively brittle. Consequently, for delicate structural roles, PLA should be used, however, for other purposes, ABS can be ideal.

Notes on PID

Sometimes you will hear people talk about PID when discussing extruders. PID is a closed-loop control algorithm that engineers have been using for years. It is a mathematical algorithm that uses feedback from sensors (measuring temperature, for example) and controls an output (such as switching a heater on and off) to reach and maintain the desired setpoint (the temperature you want the extruder to have, for example).

Real world example: When you are driving your car down the highway, you're doing your own PID-like function as you watch the road and adjust the steering wheel to stay in your lane. If you adjust a little bit at a time and often enough, you stay in your lane nicely. But if you wait until you hit the lines on either side of the road before adjusting the wheel, people will think you're drunk and you'll oscillate all over the road. You may still get where you're going but it won't be pretty. PIDs use constants (numbers) that have to be tuned (adjusted) to the application. To continue the driving example, drunk is having bad constants, sober is just the right numbers.

Cruise control in a car is another good example of an every day PID controller.