Техническое обслуживание малоразмерного экструзионного FDM-принтера.

Определим количество шагов на 1 оборот двигателя в режиме микрошага:
PPS = 360 °/θ ∙ Nμstep = 360/1,8 ∙ 16 = 3200 шагов. (69)
где θ – шаг поворота ротора двигателя, °.
Дискретность перемещения по осям X и Y.
discrx = discry= pшк∙i/PPS = 1,5∙18/3200 = 8,4 ∙ 10−3 мм/шаг =
= 8,4 мкм/шаг (70)
Дискретность перемещения оси Z.
discrz = pв/PPS = 2,5/3200 = 0,78 ∙ 10−3 мм/шаг ≈ 0,8 мкм шаг. (71)

Расчёт экструзии филамента

Определим минимальное количество пластика на выходе сопла экструдера при повороте двигателя на 1 шаг:
Диаметр филамента – 1,75 мм;
Диаметр сопла экструдера – 0,3 мм;
Объем филамента длиной 1мм на входе в сопло экструдера равен:
Vфм = lфм ∙ Sфм = π∙ lфм ∙ dфм2/4 = π∙ 1 ∙ 1,75 2/4 ≈ 2,41 мм2, (72)
где lфм – удельная длина филамента, мм;
Sфм – площадь поверхности поперечного сечения филамента, мм2;
dфм – диаметр филамента, мм.
Пластики для 3D-печати имеют коэффициент линейного термического расширения. Поэтому на выходе сопла экструдера длина выдавленного прутка при равном входном объёме филамента для каждого типа пластиков будет отличаться:
(73)
где X – коэффициент линейного термического расширения, 1/°С (для ABS – 0,8·10-4, для PLA – 0,24·10-4);
T – температура плавления пластика, °С (ABS – 220 °, PLA – 180 °);
Sсп – площадь выходного отверстия сопла, мм2;
rсп – радиус выходного отверстия сопла, мм.
(74)
(75)
Количество пластика на выходе сопла экструдера, при повороте двигателя на 1 шаг будет равно:
ldiscrABS=lABS/PPS=34,63/3200=10,82∙10-3 мм/шаг=10,82 мкм/шаг. (76)
ldiscrPLA=lPLA/PPS=34,17/3200=10,68∙10-3 мм/шаг=10,68 мкм/шаг. (77)

Техническое обслуживание FDM-принтера

3D-принтер подлежит обслуживанию в сроки, установленные руководством пользователя. Как правило, в качестве таких сроков назначается не реже одного раза в три месяца. При интенсивном использовании (например, круглосуточная печать) рекомендуется проводить обслуживание чаще. Типовая процедура по обслуживанию состоит из:
Проверка болтовых соединений
Очистка вентиляторов и электроники
Проверка натяжения ремней
Смазка и очистка направляющих и ходовых шпилек
Очистка стеклянного стола
Очистка сопла
Выравнивание базы
Для выполнения обслуживания 3D-принтера применяется следующий инструмент и расходные материалы:
Рожковые колючи (обычно идут в комплекте с принтером);
Ключи-шестигранники (обычно идут в комплекте с принтером);
Шпатель
Кисть и щётка, только пластиковые;
Проволочная щётка
Смазка (обычно идёт в комплекте с принтером или любая машинная)
Иглы для прочистки сопла (обычно идут в комплекте с принтером). Вместо них с меньшим удобством можно использовать и обычные иглы малого диаметра
Бумажные полотенца
Выполнение технического обслуживания принтеров.
Проверка болтовых соединений
Необходимо отключить принтер от сети. Это позволит перемещать экструдер по осям без риска повредить двигатели, а также исключить потенциальные опасности при очистке электроники. Вибрации, возникающие при печати, ослабляют болтовые соединения. Для сохранения высокого качества печати гайки периодически требуется подтягивать. В первую очередь требуется обратить внимание крепления моторов и осей, а также шкивов на валах.
Очистка вентиляторов и электроники
Лопасти вентиляторов – место, где постоянно скапливается пыль. Это приводит к ухудшению охлаждающих способностей вентилятора, что, в свою очередь ведёт к перегреву электроники и нагревательных элементов 3D-принтера. Это может повлечь выход из строя 3D-принтера. Если в 3D-принтере применяются радиаторы, то необходимо снимать их и вычищать пыль. Важно при сборке обращать внимание, в какую сторону направлены воздушные потоки.
Электроника. Нет никакой необходимости отключать все провода, но очистку следует выполнять крайне осторожно и аккуратно, чтобы случайно не повредить какой-нибудь элемент платы. Выполните очистку системы подачи пластика (ABS, PLA, PVA, NEYLON и т.д.) в экструдер 3D-принтера. Шестерёнки и подвижные элементы стачивают с пластика стружку, которая забивается в механизме. В случае осложнения доступности к механизму, можно воспользоваться баллоном с жатым воздухом для очистки пыли.
Проверка натяжения ремней
Использование 3D-принтера в течение долгого времени может привести к тому, что натяжение ремней существенно ослабнет. Если это случилось, необходимо подтянуть болты натяжителя.
Смазка и очистка направляющих и ходовых винтов
Как направляющие, так и ходовые винты по оси Z должны быть всегда чисты и хорошо смазаны. Это позволяет почти гарантированно избавиться от ненужных вибраций и раздражающих скрипов. Начните с направляющих X и Y. Сначала очистите валы бумажным полотенцем. Удалив всю грязь, возьмите чистое полотенце и, капнув на него смазкой, протрите направляющие. После того как гладкие направляющие очищены и смазаны, пройдитесь по ходовым винтам щёткой. Затем смажьте все гайки передающего стержня оси Z. Не забудьте и про подшипники.
Очистка подогреваемой платформы
Очистка платформы выполняется в зависимости от её типа, рассмотрим два типа поверхности:
Стеклянный стол. Если вы использовали для достижения лучшей адгезии лак, клей и другие средства, то стоит снять стол, промыть под струёй горячей воды и воспользоваться спиртовой салфеткой.
Стол с пластиковым покрытием. Для удаления налипшего материала, снимите стол и воспользуйтесь шпателем. Так же стоит упомянуть, что ABS пластик растворяется ацетонном, PLA растворяется фенолом, HIPS растворяется в лимонене, PVA в горячей воде.
Очистка экструдера
Важно! Соблюдайте правила безопасности не касайтесь нагреваемых частей экструдера во избежание травм!
Периодически требуется вычищать остатки пластика в камере сопла. Для этого нагрейте сопло до температуры, превышающей на 10-20 °С заданную для текущей нити. Перейдите в меню подачи нити, выберите наивысший шаг для подачи нити в экструдер. Подайте нить примерно на 3-5 см, пластик должен идти ровной струёй. В случае если пластик идёт ни равномерно, требуется воспользоваться иглой для прочистки сопла. Так же возможно требуется заменить сопло на новое. Нагревательный элемент. Налипший пластик, может повлиять на выход из строя нагревательного элемента, а также мешать корректному нагреву и охлаждению. При необходимости выполните очистку нагревательного элемента металлической щёткой от налипшего на него пластика в нагретом состоянии.    
РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Создание 3D-модели шагового двигателя
Выполним модель прототипа шагового двигателя в программе Компас-3D.

Рисунок 5 – Модель шагового двигателя в сборе (вид с интерфейсом Компас-3D)

Рисунок 6 – Модель ротора шагового двигателя (вид с интерфейсом Компас-3D)

Рисунок 7 – Модель статора шагового двигателя (вид с интерфейсом Компас-3D)

Рисунок 8 – Модель задней крышки шагового двигателя (вид с интерфейсом Компас-3D)
Слайсинг модели и подготовка к печати

Слайсинг (слайсить) – процесс перевода 3D-модели в управляющий код. Модель режется (слайсится) по слоям. Каждый слой состоит из периметра и/или заливки. Модель может иметь разный процент заполнения заливкой, также заливки может и не быть (пустотелая модель).
Слайсер – программа для перевода 3D-модели в управляющий код для 3D-принтера (например, Kisslacer, Slic3r, Skineforge и др.). Она необходима, т.к. принтер не сможет использовать непосредственно 3D-модель, разработанную в CAD-системе.

Печать и постобработка
Печать моделей проведём согласно процедурам, описанным в руководстве пользователя на 3D-принтер. Перед началом процесса печати требуется выполнить калибровку стола и прогрев сопла для обеспечения качества печати.
Трёхмерные объекты непосредственно после распечатки часто имеют поверхность нетоварного вида. Как правило, при печати наружные поверхности готовых моделей оказываются ребристыми. Чтобы этого избежать, требуется качественная финишная обработка.
Выберем обработку моделей погружением в ацетон.
При работе с ацетоном требуется строго соблюдать технику безопасности обращения с легко воспламеняемыми и горючими жидкостями, а также вредными жидкостями. Работы следует проводить только при наличии работающей принудительной вытяжной вентиляции. Хранение на участке ацетона более сменной нормы не допускается. Хранение должно осуществляться в герметично закрывающемся небьющимся сосуде.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной курсовой работы было проведено исследование процесса и методов технического обслуживания FDM-принтера.
В ходе данной курсовой работы успешно решены следующие задачи:
описана технология FDM;
проанализирована структурная схема 3D-принтера;
проанализирована элементную базу;
выполнен расчёт технологических узлов 3D-принтера (определены рабочие моменты);
выбран шаговый двигатель17HS8401, типоразмер NEMA 17;
выбрать драйверы двигателя Pololu A4988;
выбран импульсный источник питания AS-350-12;
рассчитать дискретность позиционирования;
рассчитана экструзия филамента;
описан порядок технического обслуживания 3D-принтера;
разработана 3D-модель в программном пакете Компас-3D;
описан процесс изготовления модели;
назначена финишная обработка модели – принята обработка модели погружением в ацетон.
Тематика технического обслуживания FDM-принтера признана значимой.
Данное направление развития техники представляется перспективным.
Результаты, полученные в ходе выполнения данной курсовой работы, могут быть использованы в практической работе.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Забелин, Л. Ю. Компьютерная графика и 3D-моделирование: учебное пособие для СПО / Л. Ю. Забелин, О. Л. Штейнбах, О. В. Диль. — Саратов: Профобразование, 2021. — 258 c. — ISBN 978-5-4488-1188-3. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование: [сайт]. — URL: https://www.iprbookshop.ru/106619 (дата обращения: 07.11.2021).
2. 3D-моделирование в инженерной графике: учебное пособие / С. В. Юшко, Л. А. Смирнова, Р. Н. Хусаинов, В. В. Сагадеев. — Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2017. — 272 c. — ISBN 978-5-7882-2166-3. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROF образование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/79241 (дата обращения: 07.11.2021).
3. Петлина, Е. М. Компьютерное моделирование: учебное пособие для СПО / Е. М. Петлина. — Саратов: Профобразование, 2019. — 131 c. — ISBN 978-5-4488-0250-8. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROF образование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/83270 (дата обращения: 10.11.2021).
4. Кравченко, Е. Г. Аддитивные технологии в машиностроении: учебное пособие для СПО / Е. Г. Кравченко, А. С. Верещагина, В. Ю. Верещагин. — Саратов: Профобразование, 2021. — 139 c. — ISBN 978-5-4488-1193-7. — Текст: электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование: [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/105721 (дата обращения: 14.04.2021).
5. Основные принципы технологии FDM // Электронный ресурс: [сайт]. — URL: https://3dtool.ru/stati/fdm-tekhnologiya-kak-eto-rabotaet/
6. Слайсеры для 3D-принтера на русском и английском языке // Электронный ресурс: [сайт]. — URL: https://top3dshop.ru/blog/best-slicers-for-3d-printer-rus-eng.html#02








34