Как построить принтер из лего

Обновлено: 27.03.2024



Снова приветствую всех мозгочинов! И выкладываю продолжение мозгоруководства по созданию своими руками 3D-принтера используя Lego-блоки.

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-26

Шаг 8: Электроника

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-21

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-22

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-23

Микрошаги
Двигатели Nema имеют 200 шагов/оборот, но и это число можно увеличить с помощью микростеппинга, то есть перемычек на плате Ramp (3 синих перемычки на фото). Перемычки микростеппинга выставляются до монтажа плат stepstick, и если используется драйвер двигателя A4988, то можно получить 16 микрошагов, а если Drv8825, то 32 микрошага.
Размер шага A4988

j1 j2 j3
no no no fullstep
yes no no halfstep
no yes no 1/4step
yes yes no 1/8step
yes yes yes 1/16step

Размер шага Drv8825

j1 j2 j3
no no no full step
yes no no half step
no yes no 1/4 step
yes yes no 1/4 step
no no yes 1/16 step
yes no yes 1/32 step
no yes yes 1/32step
yes yes yes 1/32step
Концевые выключатели

Для Lego-принтера можно использовать 6 концевиков, но достаточно и 3-х, по одному на каждую ось и подключаются они к контактам X1, Y1 и Z1. Каждый концевой выключатель имеет 3 провода с назначением:

— сигнал
— масса, заземление
— Vcc

Шаговые двигатели имееют 4 провода для подключения к плате и пронумерованы слева направо 1A, 1B, 2A, 2B, где:

1А — черный
1В — зеленый
2А — синий
2В — красный

Весь даташит для двигателя находится 3303_0_Datasheet

После подключения всей электроники производится тестирование мозгоподелки, а именно функционирование двигателей, концевиков, экструдера и нагрева стола. Еще перед установкой софта Marlin на принтер следует изменить файл configuration.h. А вот уже после его загрузки можно начать 3D печать!

Во время моей первой печати я столкнулся с небольшими трудностями при подаче нити — была разница в настройках мозгонити и сопла экструдера, и вызвано это было настройками Pronterface. Фактический размер нити был 1.75кв.мм, а выставленный 3кв.мм, размер сопла по умолчанию был выставлен 0.5 с высотой слоя 0.4мм, а фактический диаметр сопла 0.3мм.

Заголовок и версия

В данной 3D мозгоподелке используется плата Ramps 1.4 и один экструдер.

Для нагрева стола используются два термистора и еще один на 100к в экструдере:

Настройка температурного максимума зависит от применяемых компонентов — экструдера и нагревательного стола. Так для Geeetech Mk8 он составляет 280 градусов Цельсия.

Концевый выключатели и размер печатного пространства

Положение концевиков: значение 1 для максимального положения и — 1 для минимального. Начальная точка: по оси Y стол выдвинут вперед, по оси X экструдер находится слева, а по оси Z в нижнем положении. Для моего принтера эта точка описывается так:

Максимумы печатного пространства зависят от сборки:

Шаги, скорость и ускорение

Скорость подачи выставляется в мм/мин вместо мм/сс.

Шаговый двигатель Nema 17: 360/1.8=200 шагов за оборот
Микростеппинг Drv8825= 32 (max)
Микростеппинг a4988 = 16 (max)

Шаг/единицу для осей X и Y:

steps_per_mm = (шаг двигателя*микрошаг драйвера) / (расстояние между зубцами ремня* диаметр зубчатого шкива)= (200 * 32 шага) / (2 * 20 мм) = 160 шагов / мм

Шаг/единицу для оси Z:
Для 5мм-го резьбового стержня шаг зубца=0.8 (грубо) или 0.5(хорошо)
steps_per_mm = (шаг двигателя* микрошаг драйвера) / шаг зубца== (200 * 32) / 0,8 = 8000

steps_per_mm = (шаг двигателя* микрошаг драйвера) / (диаметр шестерни* пи)
= (200 * 32) / (7 * 3,1415926) = 291,02618

Величины нагрева (нужна калибровка, вентилятор всегда на 100%)

Шаг 9: Настройка и калибровка

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-24

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-25

Некоторые компоненты мозгоподелки требуют калибровки перед использованием. В этом помогут пункты этого шага, выполняя которые можно повысить качество печати.

Для тестирования экструдера я использовал настройки Prusa по умолчанию из предыдущего шага, и после разогрева экструдера удалось выдавить некоторое количество PLA. Но для качественной печати придется провести вычисление требуемых параметров, затем изменить файл конфигурации и загрузить его на ATmega. Кстати, перезагрузку файла нужно проводить после каждого изменения.

С помощью софта Marlin контролируется нагрев стола и экструдера, и для этого нужно установить правильные температурные значения этих объектов. При включении принтера включается нагрев стола — через резистор течет ток и стол нагревается, при достижении нужной температуры нагрев стола отключается. При этом, вследствие задержек между повышением температуры и выключением нагрева, заданная температура будет немного превышаться. ПИД параметры хранят температурные характеристики стола и экструдера, и это позволяет замедлить нагрев при достижении нужной температуры во время печати.

Консоль дает результаты:

bias: 78 d: 78 min: 59.79 max: 60.19 Ku: 504.75 Tu: 10.22
Classic PID Kp: 302.85 Ki: 59.24 Kd: 387.04

Автонастройка ПИД закончена и нужно записать последние значения Kp, Ki, Kd в файл сonfiguration.h

После настройки нагревательного стола настраивается экструдер. Он имеет более высокое значение температуры:

M303 S190 E0 C8

Мои первые результаты таковы:

bias: 65 d: 65 min: 186.25 max: 194.55 Ku: 19.95 Tu: 51.51
Classic PID Kp: 11.97 Ki: 0.46 Kd: 77.09

Автонастройка ПИД закончена и нужно записать последние значения Kp, Ki, Kd в файл сonfiguration.h

Настройка продолжается до тех пор, пока значения перестанут изменяться. При этом процесс настройки всегда начинается с холодных стола и экструдера. Мои окончательные результаты таковы (не используйте их в своем принтере, определите свои!):

Судя по инструкции параметры для сборки PrusaI3 таковы:

Но все эти значения не подходят к моему мозгопринтеру и нужно вычислять верные самостоятельно, что и вам рекомендую. Окончательные параметры таковы:

Отличие всего лишь в 2.52 шаг/единицу, но разница в качестве заметна.

Мои вычисления следующие:
steps_per_mm = (шаг двигателя * микрошаг драйвера) / (диаметр шестерни* пи) = (200 * 32) / (7 * 3,1415926) = 291,02618

Но это в теории, а на практике все по-другому. Экструдер работал абы как, еще потому что я выставил неверное значение диаметра сопла. После установки верного диаметра 0.3мм принтер стал выдавать слишком много нити, и я думал что это из-за удвоенного значения, может микрошаг драйвера не 1/32, а 1/16. От подачи (с помощью Pronterface) 10см нити сопло использовало лишь 5.4см, поэтому я умножил мои значения на 0.54 и повторил тест после перезагрузки прошивки принтера. И наконец, со значением 191 шаг/мм, принтер выдавал нужное количество 100мм нити.

Этот процесс подробно описывается в Reprap wiki — Leveling the Print Bed.

По умолчанию размер сопла выставлен 0.5мм, а фактический размер 0.3мм, поэтому требуется изменить настройки в программном обеспечении перед печатью. Моя первая тестовая печать оказалась неудачной, так как я использовал значение по умолчанию, что привело к неправильной подачи нити и слишком большой высоте слоя.

Шаг 10: Печать

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-26

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-27

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-29

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-210

На данном этапе, хотя и нужна некоторая калибровка, принтер работает нормально. В дальнейшем мне нужно изменить параметры нити.

Оси принтера должны двигаться плавно, мозгодвигатели не должны делать пропуски. С этими проблемами, кстати, я столкнулся во время первой печати.

Данное видео показывает работу Lego-принтера до калибровки.

Будет полезно обучиться работе в Pronterface и научиться создавать stl-файлы. Себе я скачал несколько уроков и учусь управлять 3D-принтером, а научившись чему-либо полезному поделюсь.

Доработка на 3 июня 2015:

Мне удалось поменять настройки Pronterface изменив вручную GCode (выставить высоту слоя 0.1мм). Далее я скачал stl-файл и начал печать. Все шло нормально, но потом принтер начал делать пропуски по осям X и Y. Причина оказалась в том, что подшипник LM8UU, купленный на популярном ресурсе, не скользил как должен. После замены подшипников (во время которой я сделал несколько фото Y-каретки) я снова запустил печать и все прошло отлично!

Полностью завершать печать я не стал, так как не хватило нити, да и заняло бы это 7 часов. Хотя понижения процента заполнения может решить обе проблемы.

Шаг 11: Печать LEGO-блока

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-211

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-212

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-213

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-214

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-215

Доработка на 5 июня 2015:

Решил посмотреть — сможет ли поделка распечатать Lego-блок. Скачал stl-файл с Lego-кирпичиком и со второго раза, с высотой слоя 0.2мм получилось все-таки распечатать кирпичик. Может не совсем идеальный, но достаточно точный (первое фото). Заняло это всего 25 минут времени.

Во время первой распечатки кирпичика, с значением высоты слоя 0.1мм, нить отставала от нагревательного стола. Уменьшение вдвое высоты слоя удвоит время печати, но кирпич получится более качественный.

На втором фото показаны первый кирпичик (оранжевый), кирпичик второй попытки и настоящий Lego-кирпич.
Доработка на 8 июня 2015:

Откалибровал подачу сопла (шаг калибровки), скачал stl-файл полого мячика и запустил печать. Расчетное время печати с высотой слоя 0.2мм составит 1 час 37 минут (и 1746см нити).

На одном из своих видео процессов печати я увидел отклонение влево ремня оси X, поэтому я заменил Lego-колесико в конце ремня на настоящий шарикоподшипник. Это дало повышение качества при последующей мозгопечати.

Шаг 12: Первая не пробная печать

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-216

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-217

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-219

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-220

Дважды распечатав полый шарик, я заметил, что нить слишком долго остается расплавленной, особенно на свесах и перемычках, и в результате шарик получается овальным, а не круглым. Наверное по этой причине многие принтеры имеют дополнительное охлаждение рядом с соплом.

В поисках решения этой проблемы я нашел кожух вентилятора, который устанавливается на экструдер и охлаждает печатную головку самоделки. Для его установки нужно изменить каретку экструдера, а сам кожух установить на радиатор вертикально.
Доработка на 20 июня 2015:

Первым завершенным распечатанным объектом стала полигональная ваза, которую я распечатал по закаченному и немного модифицированному файлу в пропорции 3:22.

Поделка работает не как Lego-игрушка, а как настоящий 3D-принтер. Обновленные оси X и Y дают действительное повышение качества печати.

Шаг 13: Улучшения

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-221

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-222

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-223

sobiraem-3d-printer-iz-lego-blokov-chast-224

Полный список результатов и изменений таков:

— Два первых теста (квадратные пластинки): большинство параметров прошивки стоят по умолчанию, без калибровки.

— Стопор двери: регулировка параметров X и Y на основе измеренных значений первой печати. Видны пропуски работы шаговых двигателей.

— Третья и четвертая попытка: между этими распечатками были заменены все подшипники и сокращена подача нити.

— Первый Lego-кирпичик (желтый): нить отстает от нагревательного стола. Печать слоем 0.1мм дает хороший результат.

— Lego-кирпич с высотой слоя 0,2 мм.

Все результаты в довольно быстрые сроки.
Последующие улучшения (уже выполненные)

Главное преимущество создания мозгопринтера из Lego-блоков в том, что его конструкцию можно изменить. Одной из проблем возникших в процессе сборки было соединение оси Z c 5мм резьбовым стержнем, и решилась эта проблема установкой трубки от анкера (см. фото).

Позднее я приобрел 2 муфты двигателя М5 оси Z, они цельнометаллические и имеют внутреннюю резьбу, их можно использовать вместо больших металлических пробок. Красный технический кирпичик 1х8 (последнее фото) оси Z соединен с муфтой и вследствие чего, вся ось может свободно перемещаться по резьбовому стержню.

А теперь сайты полезные для сборки мозгопринтера:

И на этом руководство по созданию Lego-поделки завершено, надеюсь было полезно.

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Насколько «бюджетным» может быть 3D-принтер? Пока производители пытаются ответить на этот вопрос, жонглируя максимально упрощенными конструкциями, оптовыми соглашениями на поставку компонентов и использованием филиппинцев в качестве дешевой рабочей силы, Мэтью Крюгер давно поставил рекорд, побить который будет сложно, если не невозможно. Не будучи обремененным хитростями российской таможни, Мэтью еще пару лет назад имел возможность приобрести вполне достойный RepRap за какие-нибудь $500, но посчитал такие расходы излишней роскошью. Его решение? 3D-принтер, собранный из LEGO. Да, это давняя история, но мы решили напомнить о ней ради вдохновения неизмеримых талантов на нашем портале.

Самодельный 3D-принтер из LEGO

Собственно, дело не столько в дешевизне LEGO, сколько в наличие конструктора в рабоче-игровом инвентаре нашего героя. Вся суть проекта сводится к постройке 3D-принтера из подручных средств. Сюда вошел старый моторчик от камеры и термоклеевый пистолет в качестве экструдера. 3D-печатная революция? Нет. Просто пример результата неудержимой фантазии настоящего самодельщика.

Самодельный 3D-принтер из LEGO

Результатом его стараний стал LEGObot – самодельный 3D-принтер, имитирующий архитектуру оригинального «репликатора». Правда, шасси выполнено из LEGO-кирпичиков, а печатает принтер не пластиком, а термоклеем… но таки печатает! Кстати, Мэтью Крюгер уже стал своего рода легендой RepRap сообщества. Весьма возможно, что именно ему принадлежит идея переработки пластиковой тары в филамент, вдохновением для которой стал экструдер Лаймана. Но вернемся к LEGObot.

Самодельный 3D-принтер из LEGO

Крюгер столкнулся с определенными проблемами на этапе программирования, так как в качестве контроллера он использовал LEGO Mindstorms NXT. «К сожалению, я еще тот программист. Мне пришлось вручную писать G-код команды для контроллера, так как подходящего компилятора для NXT мне найти не удалось», – рассказывает Мэтью.

Как правило, 3D-принтеры получают набор команд, регулирующих движение экструдера и платформы в форме G-кода – набора пошаговых инструкций. Инструкции генерируются “слайсерами”, то бишь программами, нарезающими трехмерные цифровые модели на двухмерные слои и генерирующими набор команд для «вырисовывания» каждого слоя. К сожалению, система NXT никогда не была полностью «открытой». «Чтобы сделать мой принтер полностью функциональным, нужно его перепрошить так, чтобы он принимал G-код, а у меня пока не хватает навыков. Правда, я натолкнулся на человека, который работает над компилятором для NXT. На него и надежда», – поясняет Мэтью.

Самодельный 3D-принтер из LEGO

Само собой, назвать такой проект «серьезным» сложно. В лучшем случае, это просто забавный эксперимент. Постройка шасси из «кирпичиков», в частности, гарантирует всевозможные вибрации в процессе печати. Так к чему, вообще, вся эта затея? «Мне нравится продлевать жизнь всевозможного барахла. Тут и экономия, и уменьшение мусора на свалках», – объясняет создатель. Что же, это очень даже правильно. Ну а если кто-то сомневается в работоспособности такого «репстрапа», просим полюбоваться:

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Мои малыши (впрочем, как и большинство изветстных мне детей) фанатеют от Лего. Разумеется, любящие родители не могут отказать детям в покупке очередного набора, хотя чаще всего имеющихся деталей на 90% достаточно для повторения новых моделей.

Lego своими руками

И тут обнаруживается одна из хитростей леговских маркетологов. Практически все наборы Лего содержат одну или несколько уникальных деталей. И платить, прямо скажем, немаленькую цену за небольшой кусочек пластмассы - этого же никакая жаба не выдержит.

Но ведь у нас есть 3Д-принтер и вопрос только в модели.

Итак, как нам сделать пригодную для печати модель без знания Скетчапа/Солидворкса и т.п.?

Для начала скачиваем LeoCAD - удобный инструмент для виртуального моделирования Лего:

Lego своими руками

Lego своими руками

Дальше File->Export->Wavefront-> *.obj и сохраняем эту детальку себе в каталог.

Открываем Autodesk Netfabb (ссылки не даю сами понимаете почему, но все желающие знают, где его брать ;) и импортим модель. Правую кнопку на модели, Extras->Repair. После LeoCAD модель 'грязноватая' получается, Netfabb отлично исправляет все проблемы в автоматическом режиме.

Lego своими руками

Дальше шаг чисто эмпирический, я не знаю, зачем они пересчитали в моделях миллиметры в дюймы, но эту модель надо уменьшить в 2.54 раза: Part->Scale-> 39.4%

Ну и финальный шаг: Project->Export to STL

И запускаем печать:

Lego своими руками

Разумеется, детям интересны не только кирпичики, но и всякие артефакты типа ковшей, колес и т.п.

Только с тонкими колечками у принтера не очень, поэтому ставлю экструзию на 120% и после печати прохожу все отверстия сверлом на 4.8мм. Защелкиваются, конечно, неидеально, но дети на это внимания не обращают

Lego своими руками

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Руководитель: Кузнецов Алексей Александрович.

Из ЛЕГО могут быть созданы предметы, заменяющие различные электроприборы. Такая идея может показаться глупой, но такие проекты полезны в образовательных целях. Lego Mindstorms - это развивающий конструктор для детей и подростков.

Устройство с механической (электрической) системой управления собрано в образовательных целях и используется на уроках информатики. на которых дети имеют возможность программировать принтер из Lego Mindstorms 2.0.

legoprinter0

«STALKER ver. 2.0»– это даже не принтер, а самый настоящий робот. Используя его, можно изучить не только, как работает принтер, но и программы для рисования.

Описываемая конструкция включает в себя сотни кубиков конструктора LEGO, моторы, провода, датчики и держатель для маркера, с помощью которого принтер оставляет изображения на бумаге.

Но не стоит забывать, что это прототип устройства, сконструированный тринадцатилетним подростком. Собрав принтер, он был в восторге, но сталкивался с различными проблемами: при втягивании в себя бумагу, принтер зажёвывал её. Вторая проблема была в том, что печатающая головка моталась и была нестабильной.

После устранения проблемы появилась вторая версия прототипа принтера, которая превосходит предшественника во всём. Главным плюсом стало наличие лотка для подачи бумаги. Так появился принтер из Lego Mindstorms «STALKER ver. 2.0».

15 января 2016 года на базе Пензенского государственного университета прошла VII областная научно-практическая конференция обучающихся по конструкторской , научно-исследовательской и изобретательской деятельности «Эврика».

Победителем в секции «Роботехника» стал автор проекта принтера из Lego Mindstorms «STALKER ver. 2.0» Даниил Столяренко, обучающийся в МБОУ лицея № 21 города Кузнецка. ( руководитель - учитель информатики, Кузнецов Алексей Александрович).

Победители и призёры награждены дипломами Министерства образования Пензенской области и рекомендованы для участия в конкурсе научно-технического творчества обучающихся Союзного государства «Таланты XXI века», который пройдёт в 2017 году в Белорусии.

Использованные компоненты: Конструктор LEGO Mindstorms NXT 2.0

, , , , , , , ,

Шубхам Банерджи из Калифорнии сделал принтер Брайля из конструктора LEGO Mindstorms EV3. Робот-принтер, названный юным изобретателем BRAIGO, способен выбрать букву алфавита и нанести ее в виде тактильных точек на рулоне бумаге. В качестве принтерной головки используются канцелярские кнопки.

1800164_291052804380862_1461721271_o

Дети, мышление и фантазии которых не ограничены рамками и штампами общества и науки, не перестают удивлять своими изобретениями. Недавно мы писали о 16-летнем Михаиле Вульфе из Новороссийска и его роботе-спасателе и 15- летнем Шиве Натане, создавшем искусственную руку, управляемую сигналами мозга человека. Множество гениальных идей и их реализаций представляются на конкурс Google Science Fair. Сегодня расскажем еще об одном юном американском изобретателе индийского происхождения — Шубхаме Банерджи (Shubham Banerjee) из Калифорнии.

Шубхаму всего 12 лет, он учится в 7 классе американской школы в городе Санта-Клара. Им, как и многими другими изобретателями, движет не желание разбогатеть, а мечты о том, как сделать мир хоть чуточку лучше. Обычный принтер Брайля, который печатает тексты для людей с нарушением зрения, стоит около $2000. «Почему бы не сделать что-то действительно доступное по цене», — решил мальчик.

В качестве механической и программной основы робота-принтера BRAIGO используется конструктор LEGO Mindstorms EV3, стоимость которого в России составляет сегодня около 13000 рублей. Робот BRAIGO может выбрать букву алфавита и нанести ее в виде тактильных точек на рулоне чековой или калькуляторной бумаге. В качестве принтерной головки используются комбинация канцелярских кнопок.

Таким образом, цена изобретения — около $350, более того, его легко ремонтировать, заменяя детали LEGO в конструкции. Пока BRAIGO лишь рабочий прототип, но он наглядно показывает жизнеспособность модели. Сейчас принтер печатает по одной букве в строке, на которую уходит около 5 секунд. Шубхам работает над улучшениями конструкции, которые позволят наносить целые страницы текста и делать это быстрее.

1966026_294116297407846_1755056523_o

Шубхан Банерджи делает свой проект максимально открытым, исходный код программы для Mindstorms опубликован. Мальчик надеется, что его принтер сможет в один прекрасный день помочь тем, кому традиционные принтеры не доступны. Вся информация о роботе-принтере публикуется на странице BRAIGO в Facebook.

Небольшое презентационное видео от юного разработчика:

Upd 19.05.2014:

Шубхан Банерджи получил приз в номинации «Выбор редакции» на проходившей в Сан-Франциско 17-18 мая 2014 г. выставке Bay Area Maker Faire 2014. Maker Fair — это известные мероприятия, организуемые по всему миру с 2006 г. журналом Make. Maker Fair — это праздник творчества, проектирования и научных проектов стиле «сделай сам».

Фото: sociotechnocrat.kinja.com

Upd 11.11.2014:

Шубхам Банерджи получил финансирование от Intel Capital. Компания поможет молодому изобретателю набрать команду, исследовать рынок и разработать промышленный прототип устройства.

Шабхам стал самым молодым изобретателем, получившим инвестиции от Intel Capital.

Upd 20.01.2015:

Шубхам Банерджи создал компанию Braigo Labs по разработке недорогих принтеров Брайля. Об этом опубликована новая статья.

Читайте также: