Конструктор для сборки 3d сканера

Обновлено: 09.05.2024

Сегодня 3Д печать используется не только в коммерческих целях, а как увлекательное хобби. При помощи этого устройства можно изготовить игрушки, сувениры, посуду, различные бытовые предметы, детали и комплектующие. Однако приборы для трехмерной печати стоят недешево, поэтому раньше такое увлечение было дорогим удовольствием. Но если купить набор для сборки 3D-принтера, то можно неплохо сэкономить.

Из чего обычно состоит такой набор:

Дисплей на жидких кристаллах и эндокер для управления прибором;
Разъем для SD-карты, который обеспечивает автономность от компьютера и позволяет распечатывать модели из файла на карте;
Платформа для работы с подогревом, которая не позволяет изделию отслаиваться от рабочей поверхности и не допускает деламинирования модели;
Винты с резьбой для обеспечения долговечности эксплуатации прибора и его точности;
Корпус может быть из стали, акрила или фанеры;
Экструдер (один или два);
Двигатели шаговые;
Весь набор электроники;
Вентиляторы для охлаждения;
Механические элементы;
Крепежные детали.

Набор может содержать еще некоторые дополнительные элементы и детали – все зависит от конкретной модели принтера. Чтобы собрать устройство для трехмерной печати, необходимо только несколько отверток и ключей. К самому набору прилагается подробная инструкция по сборке и эксплуатации. Принтер может работать с многими видами пластика и нейлона. Чтобы начать работу на принтере после его сборки, необходимо установить прибор в помещении с низкой влажностью и температурой от 10 до 30 градусов. После подключения и загрузки расходного материала на приборе можно распечатывать различные фигурки, детали или запчасти. Такие комплекты для сборки 3Dпринтера – это отличный презент для взрослого человека или подростка. Упрощенная конструкция прибора позволяет собрать его своими руками без особых хлопот. Весь процесс сборки и подключения не займет больше двух часов.

Комплект оборудования для организации в учебном заведении лаборатории трехмерного моделирования и прототипирования. Предназначен для изучения основ твердотельного моделирования, применения аддитивных технологий в процессе макетирования и прототипирования объектов, технологий механической обработки и принципов функционирования технологического оборудования.

Данное предложение не является публичной офертой и носит рекомендательный характер с целью подбора оптимальной комплектации оборудования для организации инженерных лабораторий в учебных заведениях. Комплектация оборудования может изменяться в соответствие с запросом Заказчика. Стоимость и состав предложения могут изменяться в соответствие с предложением Поставщика. Срок и условия поставки определяются индивидуально в зависимости от комплектации и количества запрашиваемого оборудования.

1. Конструктор для сборки 3D принтера

Рекомендуемое количество: 4 шт.
Цена за 1 шт: 108 700 руб.

Комплект предназначен для сборки 3D принтера согласно учебной и конструкторской документации. Конструкция 3D принтера содержит экструдер для печати пластиками типа FilaFlex, HIPS и другими пластиками (включая ABS) с температурой плавления до 245 градусов и толщиной нити до 1,75 мм. В состав 3D принтера входит LCD экран для отображения параметров и настроек печати, интерфейс USB для загрузки данных и порт для подключения SD карты памяти для загрузки данных без использования компьютера.

2. Комплект расходных материалов к 3D принтеру

Рекомендуемое количество: 1 шт.
Цена за 1 шт: 90 000 руб.

В комплект входит набор материалов для прототипирования посредством 3D печати. В состав комплекта входит: безопасный PLA пластик - 10 кг , безопасный PLA Wood пластик - 3 кг, безопасный FilaFlex пластик - 5 кг.

3. Конструктор для сборки 3D сканера

Рекомендуемое количество: 1 шт.
Цена за 1 шт: 69 000 руб.

Комплект для сборки лазерного сканера, функционирующего по принципу "лучевой триангуляции". В комплект входит поворотный стол для установки сканируемого объекта. Устройство предназначено для подключению к компьютеру с помощью интерфейса USB 2.0 и сохранения данных в формате STL.

4. Конструктор для сборки станков для механической обработки

Рекомендуемое количество: 4 шт.
Цена за 1 шт: 70 300 руб.

Комплект для изучения основ механической обработки материалов и производства простейших деталей из пластиков, древесины и мягких цветных металлов. На базе данного комплекта учащиеся могут изучать устройство и принципы функционирования станков на базе собираемых из комплекта учебных моделей станков различного типа, предназначенных для различных технологических процессов обработки материалов. Конструктор позволяет собрать учебные модели токарного станка, горизонтального и фрезерного станка, шлифовального и сверлильного станка, электролобзик.

В состав комплекта входит набор учебно-методических материалов и пособий, описывающих процесс сборки учебных моделей станков, принципы функционирования станков и их отдельных узлов, правила техники безопасности для работы со станками и примеры различных учебных проектов.

5. Комплект учебно-методических материалов

Рекомендуемое количество: 1 шт.
Цена за 1 шт: 7 000р.

Комплект учебно-методических материалов, предназначенный для изучения основ твердотельного моделирования объектов, проектирования конструкций и узлов различных механизмов, изучения состава и принципов функционирования технологического оборудования, и материалы по работе со специализированным программным обеспечением.

Трехмерный сканер – это вид измерительной машины, которая проводит анализ физического тела и создает его оцифрованную копию.

3D сканеры встречается двух видов:

Контактный. Данный метод базируется на прямом контакте устройства с анализируемым объектом.
Бесконтактный. Такие устройства работают со световыми лучами, ультразвуком и пр.

Касательно бесконтактных видов, следует выделить две существующие их модификации: активные и пассивные. Первые – направляют на исследуемое тело направленные волны (зачастую это луч света или лазера) и ловят их отражение для последующего преобразования в оцифрованную копию. Лазерные модификации осуществляют анализ окружающего пространства или объектов, собирая данные о геометрических формах и даже о цвете. Лазерный 3d сканер может применяться не просто для прототипирования громоздких деталей, он также имеет спрос среди разработчиков видеоигр и деятелей киноиндустрии.

Пассивные модификации функционируют несколько иным образом: вместо целенаправленного излучения волн, они используют окружающий свет. Преимущественная часть такого вида устройств определяет зримую область – доступное излучение окружения.

Как только вышли в свет первые 3D принтеры, эксплуатируемые в домашних условиях, 3D сканирующие устройства из исключительно специализированных инструментов стали настольной техникой, подвластной почти каждому человеку. Однако направление развития 3D технологий идет в сторону портативности, таким образом, мы можем наблюдать первые ручные 3D сканеры. Такие устройства дают возможность оцифровать как небольшие, так и громоздкие объекты, а широкий диапазон сканирования и функция автоматической фокусировки делает их универсальными.

В каталоге на нашем сайте представлено множество моделей от таких производителей, как: Breuckman, Artec, David и пр. а также большой выбор 3D принтеров, расходных материалов и аксессуаров к принтерам. Для удобства вы можете заказать обратный звонок. Официальные гарантии от производителей и гибкие условия по возврату.

Наши сотрудники готовы подобрать стационарные или ручные сканеры для разных задач.

В прошлом году мы с другом были на летней школе. На ней необходимо было сделать проект. Прочитав две статьи про создание 3d сканеров (раз, два) мы решили попробовать свои силы в его сборке и по возможности улучшить его конструкцию. Мы даже не представляли, что из этого получится и тем более не представляли, что победим с ним на нескольких научно-инженерных выставках. Но по порядку. Кому интересно узнать результат, добро пожаловать под кат (много фотографий).

Первый прототип

Сначала мы решили собрать лазерный дальномер. Сделан он был по мотивам статьи на радиолюбительском форуме. Просто лазерная указка и камера. Для обработки изображений была написана программа на Java. Для одного измерения делались две фотографии: с лазером и без лазера. После их сравнения мы могли однозначно найти лазерную точку. После того, как это заработало, дальномер был установлен на платформу, которая могла вращаться в двух плоскостях. Прежде чем я покажу то, что получилось, нужно предупредить — на летней школе не так много материалов, а потому мы собрали прототип из того, что у нас было:

Камеру видно сразу, а лазер — это тот латунный цилиндрик над ней. Для вращения платформы мы применили два шаговых двигателя, которые в свою очередь были подключены к плате управления на микроконтроллере Atmega32. К ней же подключался лазер. Сама плата соединялась с компьютером посредством USB->UART переходника. Программа на компьютере делала снимки, обрабатывала их, заносила координаты полученных точек в файл и отсылала команды плате управления.

Результат был интересный. Да, мы находили расстояние. Да, мы могли «нацелиться» на любую точку в полусфере над сканером. И радости нашей не было предела. Но когда мы провели оценку времени сканирования этой полусферы, то оно оказалось равным 48 часам. И дело не в камере. И даже не в Java. А в том, что установка была настолько хлипкой, что колебалась после каждого поворота в течение пяти секунд. Приходилось делать измерение, поворачиваться и ждать пять секунд, пока она не перестанет качаться. А вдобавок библиотека для камеры перед каждым снимком включала ее, а затем выключала. На это уходило 1-2 секунды. Но летняя школа заканчивалась, и переделывать было некогда: это была уже ночь перед сдачей проекта. Вернее утро. На следующий день мы представляли наш проект на конкурсе перед научным жюри и неожиданно выиграли. Наверное, именно из-за этой победы мы решили продолжить нашу работу над этим проектом.

Версия два

На самом деле лето закончилось, а учебный год начался. Желание работать пропало. Установку планировали закончить к следующему конкурсу, до которого был целый месяц. Месяц. А потом внезапно три дня. Но за месяц мы решили изменить установку. Собрать ее крепкой, установить на лазерную указку линзу, которая будет создавать лазерную линию. Это позволило бы сканировать сразу 720 точек (в сканере стояла HD камера). Вот только три дня внесли свои коррективы:

Собран второй сканер из визирных пластиковых линеек, клея, малярного скотча и держится только благодаря синей изоленте. Вместо линзы стоит пробирка. На эту пробирку светит зеленый лазер. Отразившийся луч создает на экране более-менее равномерную лазерную полоску. Дальномер закреплен лишь на одном моторе, который вращает его в горизонтальной плоскости. Плату управления заменили на STM32VLDiscovery. Просто STM32 я знаю лучше, да еще и Atmega сгорела, а программатор был давно утерян. Выглядит не очень, зато работает! Колебания уменьшились, а скорость соответственно увеличилась. Но не сильно. Тут был обнаружен очень интересный подвох — китайская лазерная указка включалась не сразу, а плавно увеличивала свою мощность в течение секунды. Таким образом, секунда на колебания, секунда на прогрев лазера, секунда на снимок, а их два. Вот и получаем 4 секунды. Но за одно измерение мы находим расстояние до 720 точек! Выглядел процесс сканирования приблизительно так:

А результат так:

Картинка выглядит не очень интересно, но кружка была в программе объемной. Можно было посмотреть ее с разных сторон.

А что собственно конкурс? А вот ничего! Мы закончили сканировать все подряд в 4 часа ночи, а в 9 утра на стенде обнаружили, что лазер сгорел. Как оказалось, пока мы несли его из гостиницы к стенду, в него попал дождь, и при включении он сгорел. А выглядит она в нерабочем состоянии так, что поверить в слова «оно работало 5 часов назад» сложно. Мы расстроились. Желание продолжать улетучилось с дымком из лазера. Но все же была собрана…

Третья версия

И собрана она была опять же к конкурсу. Причем к нему мы готовились долго и основательно. Больше недели. И вот результат:

Первое что бросается в глаза — это то, что теперь мы сканируем не область вокруг сканера, а объект, который вращается на платформе. А так же мы достали нужную линзу, собрали все нормально, переписали программу, а еще заменили отладочную плату на самодельную. И еще теперь мы делаем только один снимок на измерение. Лазер достаточно мощный, а линза достаточно хороша для того, чтобы однозначно находить лазер на фотографии. Благодаря этому мы не дожидаемся прогрева лазера — он всегда включен. А еще камеру теперь включаем только один раз. То есть время тратится по большей части на поворот платформы и обработку изображения. В программе добавили меню выбора точности. Время сканирования — от двух до десяти минут. В зависимости от выбранной точности. При максимальной точности получается, что платформа за шаг поворачивается на 0,5 градуса, а расстояние определяется с точностью 0,33 мм. Платформа приводится в движение шаговым мотором через редуктор. Собственно платформа — большой диск, а резиновый валик на валу мотора — маленький. Мотором и лазером управлял микроконтроллер STM32F050F4 через полевые транзисторы. В самом начале статьи как раз скан игрушки, полученный с помощью этого сканера. Так как сканер выдает облако точек в формате .obj, то после триангуляции мы можем напечатать отсканированный объект на 3D принтере, что и видно на той же фотографии. На экране мы можем видеть модель после триангуляции. Никакой ручной работы над моделью не проводилось.

На конкурсе мы победили. А он давал проход на международный конкурс Intel ISEF. А потому мы начали работать над следующим сканером.

Четвертая версия

На данный момент это последняя версия сканера, которую мы собрали. Для сравнения на платформе стоит вторая версия. К разработке четвертого сканера мы постарались подойти со всей основательностью, с какой только могли. Установка была начерчена в САПРе, детали вырезаны лазером, все покрашено, ничего лишнего снаружи не торчит. Изменения: теперь платформа действительно является шестерней. Она вырезана из оргстекла и по краям у нее 652 зубчика. Это решает проблему, которая сильно портила сканы в предыдущем сканере: резиновый валик немного проскальзывал, из-за чего платформа часто поворачивалась не на 360 градусов. Сканы были либо с «вырезанным кусочком», либо с перекрытием. Здесь же мы всегда точно знали насколько повернута платформа. Мощность лазера сделали регулируемой программно. Благодаря этому можно было на ходу менять мощность лазера, избегая засветки ненужных частей при малой освещенности помещения. Для управления всей электронникой решили не разводить новую плату, а просто применить отладочную F401RE-Nucleo. На ней установлен ST-LinkV2.1, который работает отладчиком и USB->UART адаптером.

Точность получилась потрясающая: Угловое разрешение 0.14 градуса. По расстоянию 0,125 мм. Область сканирования представляет собой цилиндр высотой 20 см и диаметром 30 см. Цена всех деталей и резки лазером на момент его создания (май 2014) составляла менее 4000 рублей.

В процессе использования мы всего один раз ставили максимальную точность. Сканирование длилось 15-20 минут. Получили почти 2 миллиона точек. Ноутбук отказался рассчитывать модель из облака точек. Эксперимент больше не повторяли.

Заключение

В ближайшее время мы планируем возобновить работу над проектом, а потому будем дорабатывать и программу, и установку. Надеюсь, в ближайшее время напишем про пошаговую сборку, выложим чертежи, программы и все остальное. В эту статью это уже не поместится.

Спасибо всем, кто дочитал до конца!

UPD:
Коллега нашел видео о работе сканера, которое мы снимали на ISEF:

Да, большая часть видео не интересная, но в конце моделька на ноутбуке.

А еще вот примеры отсканированных объектов. Но все они относятся к третьей версии сканера.
Dropbox
В файле model.obj хорошо видно, что получается при проскальзывании этого резинового валика на моторе — у собаки три глаза. Сканирование остановили, из-за чего получился вырез. Все файлы — это облака точек. Открывать можно при помощи MeshLab. Модели не обрабатывались руками. Полностью сырые данные. Сверху видно «белые пятна» — участки без точек. Их не видит камера. Так же белые пятна можно заметить и в других местах. Они появляются либо на слишком темных участках, либо при перекрытии поверхностей. Например в файле stn_10.obj рога козла перекрывают друг друга, из-за чего внутренняя поверхность рогов не отсканировалась.

Недавно я публиковал пост о конструкторе Хватоход. Сейчас идет подготовка к обучению людей разного возраста конструированию и электронике, в нашем коворкинг-центре. Для этого так же необходимо подобрать оборудование.

Согласно поставленной руководством задаче, оборудование для конструирования должно отвечать следующим требованиям:

— стоимость не более 30 тысяч рублей
— открытая архитектура (программная и аппаратная)
— простота в обслуживании и доступность деталей
— безопасность эксплуатации
— возможность изготовления на нем сложных изделий
— быстрая окупаемость

Ранее у меня был опыт работы в сфере 3D-печати более 1,5 лет. Поэтому выбор был сделан в пользу 3D-принтера.

Для занятий конструированием и электроникой был выбран набор для самостоятельной сборки DIY(Do It Yorself), 3D-принтер MC5 от МастерКит, созданный на базе одного из российских производителей 3D-принтеров:

Набор для сборки, создан для того чтобы его ~~продать~~ собрать и обучать. Он будет использоваться для создания деталей самого себя (RepRap концепция), вспомогательного оборудования и обучения электроники.

Количество выпитого кофе можете подсчитать в таймлапсе процесса сборки, который занял всего 12 часов:

Весь процесс достаточно тривиален, если вес отвертки в руке вас не пугает. Имеется вполне понятная, русскоязычная инструкция. Перед началом процесса сборки, детали из фанеры лучше пометить карандашом для удобства восприятия:

Линейные подшипники рекомендую сразу надеть на оси, чтобы избежать несоосности, потери шариков и нервов:

При сборке узла печатающей головки в присоединении экструдера J-Head к корпусу, встретился спорный момент. В инструкции необходимо подложить шайбу М8, перепробовал разные варианты, но головка J-Head таки болталась:

Печатающая головка J-Head:

Временное решение было найдено при помощи кольца от лазерной указки, которую подложил вместо указанной шайбы:

Так же, мне не удалось обнаружить указанных отверстий в деталях для фиксации гайки на шпильке вертикальной оси Z и для проводов от печатающей головки:

Но процесс не остановить. При помощи ~~лазера~~ дрели и сверл на 3 мм и 8 мм, легко проделаны отсутствующие 3 отверстия:

Далее остается подтянуть ремни на ~~животах~~ осях XY и можно подключать электронику.
Все провода и контакты имеют обозначения. Открываем схему и втыкаем куда показано:

Обратите внимание на драйвер двигателя экструдера. У меня все 4 драйвера были А4988 (MP4988), поэтому они должны быть ориентированы подстроечным резистором в одном направлении, как показано на схеме. Резисторы крутить не надо.

Вид собранного 3D принтера:

Провода прятать и крепить сразу — не советую. Потерпите немного.

Плата управления использует открытую аппаратную и программную архитектуру: Mastertronics (именно она была в комплекте) это гибрид Arduino MEGA 2560 и шилда для 3D-принтеров Ramps 1.4:

Поэтому смело качаем ~~open source~~ бесплатный софт: Repetier-host (для связи ПК с платой управления 3D-принтером) и Arduino IDE (Для допиливания кода прошивки микроконтроллера). О тонкостях настройки этого программного обеспечения будет рассказано во второй части:

После настройки софта можно будет печатать:

Читайте также: