Celem tej pracy jest zaprojektowanie i skonstruowanie trójwymiarowej drukarki do wytłaczania ze stopu opartej na zbiorniku, wykonanej z komponentów o otwartym kodzie źródłowym i tanich do zastosowań w przemyśle biomedycznym i spożywczym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Projekt open-source, taniej drukarki 3D do wytłaczania biotuszu i żywności
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Druk trójwymiarowy (3D) jest coraz bardziej popularną techniką produkcji, która pozwala na wytwarzanie bardzo skomplikowanych obiektów bez kosztów przezbrojenia. Ta rosnąca popularność jest częściowo spowodowana spadającymi barierami wejścia, takimi jak koszty konfiguracji systemu i łatwość obsługi. Poniższy protokół przedstawia projekt i budowę drukarki 3D do wytłaczania ze stopu w produkcji addytywnej (ADDME) do wytwarzania niestandardowych części i komponentów. ADDME został zaprojektowany z wykorzystaniem połączenia komponentów drukowanych w 3D, wycinanych laserowo i pochodzących z Internetu. Protokół jest podzielony na łatwe do zrozumienia sekcje, ze szczegółowymi schematami i listami części pod nagłówkami ramy, osi y i łoża, osi x, wytłaczania, elektroniki i oprogramowania. Wydajność ADDME jest oceniana poprzez testy wytłaczania i drukowanie 3D złożonych obiektów przy użyciu lepkiej śmietany, czekolady i Pluronic F-127 (model dla biotuszów). Wyniki wskazują, że ADDME jest zdolną platformą do wytwarzania materiałów i konstrukcji do użytku w wielu gałęziach przemysłu. Połączenie szczegółowych diagramów i treści wideo ułatwia dostęp do niedrogiego, łatwego w obsłudze sprzętu osobom zainteresowanym drukiem 3D złożonych obiektów z szerokiej gamy materiałów.
Wprowadzenie
Produkcja addytywna to potężna technologia produkcji, która ma potencjał, aby przynieść znaczącą wartość krajobrazowi przemysłowemu1,2. Atrakcyjne cechy produkcji addytywnej wiążą się z brakiem kosztów oprzyrządowania, wysokim poziomem personalizacji, złożonymi geometriami i zmniejszonymi barierami wejścia. Brak kosztów przezbrojenia pozwala na szybką produkcję prototypów, co jest pożądane przy próbie skrócenia "czasu wprowadzania produktów na rynek", co jest krytycznym celem przemysłu w krajach rozwiniętych, próbującego zachować konkurencyjność wobec konkurentów o niskich płacach1. Wysoki poziom możliwości dostosowania pozwala na wytwarzanie szerokiej gamy produktów o złożonej geometrii. Gdy te czynniki zostaną połączone z niskimi kosztami konfiguracji, materiałów i specjalizacji operatora, istnieje wyraźna wartość technologii wytwarzania przyrostowego3.
Produkcja addytywna, zwana również drukiem 3D, polega na wytwarzaniu warstwa po warstwie obiektu w systemie sterowanym numerycznie (CNC)3. W przeciwieństwie do tradycyjnych procesów CNC, takich jak frezowanie, w których materiał jest usuwany z arkusza lub bloku materiału, system druku 3D dodaje materiał do pożądanej struktury warstwa po warstwie.
Drukowanie 3D może być ułatwione za pomocą różnych metod, w tym technologii laserowych, błyskowych, ekstruzji lub natryskiwania4. Zastosowana konkretna technologia określa formę surowca (tj. proszek lub stopiony), a także właściwości reologiczne i termiczne wymagane do przetwarzania5. Rynek druku 3D opartego na wytłaczaniu jest zdominowany przez systemy oparte na filamentach, co wynika z tego, że filamenty są łatwe w obsłudze, przetwarzaniu i ciągłym dostarczaniu dużych ilości materiału do głowicy wytłaczającej. Proces ten jest jednak ograniczony rodzajem materiału, który można formować we włókna (głównie tworzywa termoplastyczne). Większość materiałów nie istnieje w postaci filamentów, a brak nowoczesnych tanich platform na rynku stanowi zauważalną lukę.
Ten protokół pokazuje konstrukcję systemu ekstruzji opartego na zbiorniku, który pozwala na przechowywanie materiałów w strzykawce i przetłaczanie ich przez igłę. System ten idealnie nadaje się do produkcji szerokiej gamy materiałów, w tym foods6, polymers7 i biomaterials8,9. Co więcej, techniki wytłaczania oparte na zbiorniku są zazwyczaj mniej niebezpieczne, tańsze i łatwiejsze w obsłudze niż inne metody drukowania 3D.
Rośnie liczba zespołów prowadzonych przez uniwersytety, które projektują i udostępniają publicznie systemy druku 3D o otwartym kodzie źródłowym. Począwszy od Fab@Home drukarki opartej na wytłaczaniu w 2007 roku10,11, naukowcy mieli na celu stworzenie prostej i taniej platformy, która napędzałaby szybką ekspansję technologii i zastosowań druku 3D. Później w 2011 roku projekt RepRap miał na celu stworzenie platformy druku 3D opartej na filamentach, zaprojektowanej z części wykonanych za pomocą druku 3D, w celu stworzenia samoreplikującej się maszyny12. Koszt drukarek 3D spadał na przestrzeni lat, od 2300 USD za Fab@Home (2006), 573 USD za RepRap v1 (2005) i 400 USD za v2 (2011).
W poprzedniej pracy pokazaliśmy, jak można połączyć niestandardowy system druku 3D z niestandardowym systemem wytłaczania opartym na zbiorniku, aby tworzyć złożone obiekty 3D z czekolady13. Dalsze badania projektowe wykazały, że można osiągnąć znaczne oszczędności kosztów w porównaniu z tym prototypowym projektem.
Celem tego protokołu jest dostarczenie instrukcji do budowy taniej drukarki 3D do wytłaczania stopu opartego na zbiorniku. Przedstawione są tu szczegółowe schematy, rysunki, pliki i listy komponentów, które umożliwiają pomyślną budowę i eksploatację drukarki 3D. Wszystkie komponenty są hostowane na platformie open-source (Creative Commons noncommercial) https://www.thingiverse.com/Addme/collections, która pozwala użytkownikom zmieniać lub dodawać dodatkowe funkcje zgodnie z potrzebami. Lepka śmietana, czekolada i Pluronic F-127 (model dla biotuszy) są używane do oceny wydajności ADDME i demonstracji zastosowania drukarki 3D ADDME w przemyśle biomedycznym i spożywczym.
Do tego protokołu wymagana jest wycinarka laserowa zdolna do cięcia akrylu oraz stacjonarna drukarka 3D zdolna do drukowania filamentów PLA lub ABS. Do podgrzewania materiału można użyć obrobionego maszynowo płaszcza grzewczego i wkładu grzejnego lub grzałki silikonowej, w zależności od tego, do jakiego sprzętu operator ma dostęp. Wszystkie pliki CAD można znaleźć pod adresem https://www.thingiverse.com/Addme/designs. W przypadku oprogramowania układowego i oprogramowania do sterowania drukarką 3D dostępne są odpowiednio http://marlinfw.org/meta/download/ i https://www.repetier.com/ są zasobami. Aby uzyskać szczegółowe instrukcje dotyczące tablicy kontrolnej, zobacz https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
UWAGA: Istnieje ryzyko poparzeń spowodowanych przez gorące lutownice i wkładki grzejne. Wkładka grzejna nie powinna być podłączona do zasilania, gdy nie jest zamocowana wewnątrz płaszcza grzejnego. Istnieje również ryzyko przytrzaśnięcia lub skaleczeń przez ruchome osie drukarki 3D.
1. Przegląd i przygotowanie
UWAGA: Rycina 1A przedstawia komputerową wizualizację drukarki, a Rycina 1B jest zdjęciem gotowej drukarki.
- Należy pozyskać wszystkie części wymienione w Tabeli materiałów.
- Wszystkie elementy akrylowe do wycięcia laserem znajdują się pod adresem https://www.thingiverse.com/Addme/designs. Należy upewnić się, że zastosowano akryl o grubości 6 mm, w przeciwnym razie rama nie zostanie prawidłowo dopasowana. Wycinarki laserowe wykorzystują laser o wysokiej energii do cięcia materiału; zaleca się skorzystanie z usług profesjonalnego warsztatu.
- Wszystkie części drukowane w technologii 3D znajdują się pod adresem https://www.thingiverse.com/Addme/designs. Ważne jest stosowanie parametrów drukowania określonych dla każdej części. Należy pamiętać, że drukarki 3D posiadają gorące powierzchnie i ruchome elementy, dlatego zaleca się pomoc specjalisty.
- Należy wykonać element płaszcza grzejnego, który znajduje się pod adresem https://www.thingiverse.com/Addme/designs. W przypadku braku dostępu do możliwości produkcyjnych można zakupić grzałkę silikonową (Tabela materiałów) wraz z odpowiednim uchwytem drukowanym w 3D, dostępnym pod adresem https://www.thingiverse.com/Addme/designs.
Rycina 1: Drukarka 3D wykorzystująca wytwarzanie addytywne metodą ekstruzji stopu (ADDME). (A) Render komputerowy drukarki. (B) Fotografia gotowej drukarki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
2. Montaż ramy
UWAGA: Części przedstawione na Rysunku 2 są niezbędne do ukończenia montażu ramy. Rama drukarki 3D do ekstruzji stopów jest utrzymywana przez kombinację 6 mm akrylu ciętego laserowo oraz śrub i nakrętek M3 (Rysunek 3). Podstawa drukarki jest dodatkowo wzmocniona za pomocą kombinacji pręta gwintowanego M10 i nakrętki.
- Przygotować elementy akrylowe 1–9 i złożyć je zgodnie z konfiguracją przedstawioną na Rysunku 3A. Sprawdzić oznaczenia na rysunku, aby upewnić się, że każdy element znajduje się na właściwym miejscu. Przymocować je za pomocą śrub i nakrętek M3 w konfiguracji pokazanej na Rysunku 3C, używając klucza imbusowego M3.
- Przełożyć gwintowany pręt M10 przez specjalnie wykonane otwory w elementach akrylowych 6, 8 i 10. Zabezpieczyć je podkładkami i nakrętkami M10, jak pokazano na Rysunku 3B,D. Dokręcić kluczem nastawnym.
Rysunek 2: Komponenty niezbędne do montażu ramy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rysunek 3: Montaż ramy. (A) Zmontowana rama. (B) Widok rozstrzelony z opisanymi elementami akrylowymi i wspierającymi prętami gwintowanymi M10. (C) Widok rozstrzelony pokazujący sposób połączenia poszczególnych elementów akrylowych za pomocą śrub i nakrętek M3 w celu stabilizacji ramy. (D) Widok rozstrzelony pokazujący, w jaki sposób pręt gwintowany łączy elementy akrylowe 6, 8 i 9 za pomocą nakrętek i podkładek M10. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
3. Podzespół osi Y i stołu drukarki
UWAGA: Części zaznaczone w Rysunek 4 są wymagane do ukończenia podzespołu osi Y oraz stołu drukarki. Wszystkie śruby przedstawiono w Rycina 4, a narzędzia wymieniono w Tabela materiałów.
- Używając elementów przedstawionych na Rysunku 4, zmontuj głowicę podzespołu stołu drukującego zgodnie z Rysunkiem 5C.
- Nasuń dwa łożyska liniowe (19) na każdy wał 8 mm (21) zgodnie z Rysunkiem 5C. Nasuń krańcówkę (3DP 4) na jeden z wałów 8 mm (21) i zamocuj mechaniczną krańcówkę (14) za pomocą śrub M2 i klucza imbusowego zgodnie z Rysunkiem 5E.
- Przymocuj wszystkie cztery łożyska liniowe (19) do podstawy montażowej (część akrylowa 12) za pomocą śrub M4 i klucza imbusowego (Rysunek 5C). Przymocuj zacisk paska (3DP 3) do podstawy montażowej (część akrylowa 12) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 5C). Zamocuj stół drukujący (część akrylowa 11) na podstawie montażowej (12) (Rysunek 5C) za pomocą zestawu śruby M3, nakrętki i sprężyny zgodnie z Rysunkiem 5F.
- Zamocuj pozostałe elementy z Rysunku 4 do ramy zgodnie z Rysunkiem 5D,G.
- Przymocuj dwa uchwyty wałów (3DP 2) odpowiednio do panelu tylnego (część akrylowa 6) oraz panelu przedniego (część akrylowa 10) za pomocą śrub M2 i klucza imbusowego zgodnie z Rysunkiem 5D,G.
- Przymocuj uchwyt silnika krokowego (12) do panelu tylnego (część akrylowa 6) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 5D). Zamocuj silnik krokowy (11) w uchwycie silnika krokowego (12) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 5D). Przymocuj rolkę napводną paska (3DP 1) do panelu przedniego (część akrylowa 10) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 5G).
- Umieść podzespół stołu drukującego w ramie, dopasowując końce każdego wału 8 mm (21) do uchwytów wałów (3DP 2) zgodnie z Rysunkiem 5A,D,G.
UWAGA: Może być konieczne poluzowanie podkładek M12 na panelu przednim (część akrylowa 10), aby zrobić miejsce na włożenie podzespołu stołu drukującego do ramy. - Na koniec, aby ukończyć montaż osi y i podzespołu stołu drukującego, przykręć rolkę do rolki naprowadznej paska (3DP 1) za pomocą śruby M3, a następnie zamocuj zębatą rolkę napędową do silnika krokowego, dokręcając śrubę dociskową M2 w rolce napędowej za pomocą klucza imbusowego M2. Przełóż pasek (17) wokół rolki (17) i zębatej rolki napędowej (17), a następnie wprowadź go do zacisku paska (3DP 3), aby uzyskać odpowiednie napięcie paska. Zakończ montaż, dokręcając zacisk paska (3DP 3) kluczem imbusowym M3.
Rycina 4: Komponenty niezbędne do złożenia podzespołu osi Y i stołu drukującego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 5: Drukarka 3D wykorzystująca wytwarzanie addytywne metodą ekstruzji stopu (ADDME). (A) Render graficzny ramy, osi y i stołu. (B) Render graficzny osi y i stołu. (C) Widok rozstrzelony podzespołu stołu. (D) Widok z opisami pokazujący sposób połączenia osi y z tylnym panelem. (E) Powiększony widok mechanicznego krańcówki. (F) Widok rozstrzelony systemu poziomowania sprężynowego płyty drukarskiej. (G) Widok z opisami pokazujący sposób połączenia osi y z przednim panelem. (H) Render graficzny osi y i stołu w widoku z boku. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
4. Podzespół osi X
UWAGA: Elementy przedstawione na Rysunku 6 są niezbędne do ukończenia podzespołu osi X. Wszystkie śruby widoczne są na Rysunku 6, a narzędzia wymieniono w Tabeli materiałów.
- Używając części przedstawionych na Rysunku 6, zmontuj lewą stronę podzespołu osi X zgodnie z Rysunkiem 7C.
- Umieść mosiężną nakrętkę (18) wewnątrz uchwytu nakrętki (3DP 5) i przymocuj do lewej podpory osi X (3DP 8), używając śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7C).
- Przymocuj łożysko oprawowe (19) do lewej podpory osi X (3DP 8) za pomocą śrub M4 i klucza imbusowego (Rysunek 7C). Przymocuj rolkę prowadzącą osi X 1 (3DP 9) do lewej podpory osi X (3DP 8), używając śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7C).
- Wyrównaj otwory centralne rolki (17), rolki prowadzącej osi X 1 (3DP 9) oraz rolki prowadzącej osi X 2 (3DP 10). Przymocuj je za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7C). Używając części pokazanych na Rysunku 6, zmontuj prawą stronę podzespołu osi X zgodnie z Rysunkiem 7D.
- Umieść mosiężną nakrętkę (18) wewnątrz uchwytu nakrętki (3DP 5) i przymocuj do prawej podpory osi X (3DP 6), używając śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7D).
- Przymocuj łożysko oprawowe (19) do prawej podpory osi X (3DP 6) za pomocą śrub M4 i klucza imbusowego (Rysunek 7D). Przymocuj prawy element osi X (3DP 7) do prawej podpory osi X (3DP 6), używając śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7D). Przymocuj silnik krokowy (11) do prawego elementu osi X (3DP 7) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7D).
- Wkręć każdą z prętów gwintowanych (18) w odpowiednie mosiężne nakrętki (18) zgodnie z Rysunkiem 7B. Wsuń dwa wały 8 mm (20) pionowo w każde z łożysk oprawowych (19) oraz dwa wały 8 mm (20) poziomo zgodnie z Rysunkiem 7B,C,D.
- Przymocuj pozostałe części z Rysunku 6 do ramy zgodnie z Rysunkiem 7E,F.
- Przymocuj dwa uchwyty wałów (3DP 2) zarówno do panelu górnego (część akrylowa 2), jak i do góry obudowy elektroniki (część akrylowa 5), używając śrub M2 i klucza imbusowego (Rysunek 7E,F). Przymocuj łożyska oprawowe (15) do panelu górnego (część akrylowa 2) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7E). Przymocuj silniki krokowe (11) do góry obudowy elektroniki (część akrylowa 5) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7F).
UWAGA: Sprzęgło (16) jest komponentem zaprojektowanym do łączenia dwóch różnych rozmiarów wałów. - Zabezpiecz sprzęgło (16) na wałach silników krokowych (11), dokręcając dolną śrubę dociskową za pomocą klucza imbusowego M2 (Rysunek 7F).
- Przymocuj dwa uchwyty wałów (3DP 2) zarówno do panelu górnego (część akrylowa 2), jak i do góry obudowy elektroniki (część akrylowa 5), używając śrub M2 i klucza imbusowego (Rysunek 7E,F). Przymocuj łożyska oprawowe (15) do panelu górnego (część akrylowa 2) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7E). Przymocuj silniki krokowe (11) do góry obudowy elektroniki (część akrylowa 5) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 7F).
- Umieść podzespół osi X w ramie, wyrównując pionowe wały 8 mm z uchwytem wału (3DP 2), i dokręć za pomocą śrub M2 i klucza imbusowego (Rysunek 7E,F). Wprowadź pręt gwintowany (18) do drugiego końca sprzęgła (16), dokręcając górną śrubę dociskową kluczem imbusowym M2 (Rysunek 7E,F).
UWAGA: Może być konieczne tymczasowe zdjęcie panelu górnego (część akrylowa 2), aby podzespół osi X mógł zmieścić się w ramie.
Rycina 6: Komponenty niezbędne do złożenia podzespołu osi x. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rycina 7: Podzespół osi X. (a) Wizualizacja ramy i osi X. (b) Wizualizacja osi X. (c) Widok rozstrzelony lewej strony podzespołu. (d) Widok rozstrzelony prawej strony podzespołu. (e) Widok z opisami pokazujący, w jaki sposób oś X łączy się z górnym panelem. (f) Widok z opisami pokazujący, w jaki sposób oś X łączy się z obudową elektroniki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
5. Podzespół ekstruzyjny
UWAGA: Podzespół ekstruzyjny wykorzystuje konstrukcję z dwoma silnikami krokowymi, aby zapewnić wysoki poziom dokładności poprzez zrównoważenie sił po każdej stronie tłoka. Części przedstawione na Rysunku 8 są niezbędne do ukończenia montażu podzespołu ekstruzyjnego.
- Zgromadzić wszystkie części przedstawione na Rysunku 8 i złożyć głowicę ekstruzyjną zgodnie z Rysunkiem 9.
UWAGA: Rysunek 9B przedstawia widok rozstrzelony podzespołu ekstrudera, pokazujący sposób dopasowania poszczególnych elementów. Kolejne kroki wyjaśniają proces montażu. Wszystkie śruby są widoczne na Rysunku 8, a narzędzia są wymienione w Tabeli materiałów.- Przymocować dwa łożyska liniowe (19) do tylnej płyty ekstrudera (3DP 14) za pomocą śrub M4 i klucza imbusowego (Rysunek 9B). Przymocować zacisk paska ekstrudera (3DP 13) do tylnej płyty ekstrudera (3DP 14) pomiędzy łożyskami liniowymi (19) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 9B).
- Przymocować tylną płytę ekstrudera (3DP 14) do uchwytu silnika ekstrudera (3DP 15) za pomocą imbusowych śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 9B). Przymocować dwa silniki krokowe (11) do uchwytu silnika ekstrudera (3DP 15) za pomocą imbusowych śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 9B).
UWAGA: Sprzęgło (16) jest komponentem zaprojektowanym do łączenia wałów o dwóch różnych średnicach. - Zamocować sprzęgła (16) na wałach silników krokowych (11), dokręcając dolną śrubę dociskową kluczem imbusowym M2 (Rysunek 9B). Zamocować śrubę gwintowaną (18) w sprzęgłach (16), dokręcając górną śrubę dociskową (Rysunek 9B).
- Wsunąć płaszcz grzejny lub grzałkę silikonową do uchwytu silnika ekstrudera (3DP 15) zgodnie z Rysunkiem 9B. Zamocować mosiężne nakrętki (18) wewnątrz blokady tłoka 1 (3DP 11) za pomocą śrub M3 i klucza imbusowego.
- Zamontować głowicę ekstruzyjną na osi x zgodnie z Rysunkiem 9A.
- Wsunąć wały 8 mm znajdujące się na osi x do łożysk liniowych (19) w głowicy ekstrudera zgodnie z Rysunkiem 9A.
- Przeciągnąć pasek napędowy (17) przez rolkę naprowadzającą (17) oraz zębatą rolkę naprowadzającą (17) znajdujące się po lewej i prawej stronie zespołów osi x, a następnie zamocować pasek napędowy (17) w zacisku paska ekstrudera (3DP 13) za pomocą imbusowych śrub M3 i klucza imbusowego (Rysunek 9C).
Rysunek 8: Komponenty niezbędne do montażu ekstrudera. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rysunek 9: Podzespół ekstrudera. (A) Render graficzny podzespołu ekstrudera. (B) Widok rozstrzelony przedstawiający komponenty ekstrudera. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
6. Elektronika i okablowanie
- Zamontuj Arduino w akrylowej części 7 (osłona elektroniki, pokazana na Ryc. 10A) za pomocą śrub imbusowych M3, używając klucza imbusowego M3. Wsuń płytkę ramps na górę płytki Arduino, orientując ją tak, jak pokazano na Ryc. 10A,B, tak aby wtyk USB był skierowany w stronę akrylowej części 6 (panel tylny).
- Zamontuj gniazdo zasilacza DC w akrylowej części 6 (panel tylny, jak pokazano na Ryc. 10A) oraz złącze do zasilacza zgodnie z Ryc. 10B. Podłącz sterowniki silników, silniki krokowe, krańcówki, grzałkę i termoparę do odpowiednich pinów (Ryc. 10B).
Rysunek 10: Elektronika. (A) Rendering graficzny miejsca montażu płyty sterującej elektroniki. (B) Schemat połączeń komponentów elektrycznych i silników z płytą do druku 3D [pliki CAD dla Arduino i Ramps dostarczył Jos Hummelink (grabcab.com)]. (c) Zdjęcie gotowego okablowania. Widoczne są przewody prowadzące z płyty Ramps do głowicy ekstruzyjnej oraz silników osi x/y. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
7. Oprogramowanie, sterowanie i kalibracja
UWAGA: Bardziej szczegółowe instrukcje oraz informacje dotyczące rozwiązywania problemów znajdują się pod adresem https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4.
- Pobierz oprogramowanie układowe ze strony http://marlinfw.org/meta/download/.
- Zainstaluj program repetier https://www.repetier.com/.
- Zastąp plik .configuration w oprogramowaniu układowym dostępnym pod adresem https://www.thingiverse.com/Addme/designs.
- Ustaw prędkość transmisji (baud rate) w programie repetier na 115200, przechodząc (w programie repetier) do sekcji Configure | Printer Settings | Connection | Baud Rate: 115200.
- Kliknij ikonę Connect w programie repetier.
- Po połączeniu uzyskuje się pełną kontrolę nad drukarką. Przejdź do sekcji Manual Control, aby poruszyć stołem drukarki i spróbować ustawić temperaturę.
OSTRZEŻENIE: Należy upewnić się, że nie zostanie przekroczona maksymalna temperatura strzykawki lub komponentów obudowy (szczegółowe informacje znajdują się w omówieniu). Mimo że silniki krokowe mają ograniczoną moc, ruch osi stanowi zagrożenie mechaniczne.
UWAGA: Na tym etapie drukarka jest w pełni sprawna. W następnej sekcji (sekcja 8) opisano procedurę przygotowania drukarki do druku 3D.
8. Przygotowanie do druku 3D
- Napełnij strzykawkę 2 mL wybranym materiałem, takim jak gęsty krem, czekolada lub pluronic (Rycina 11A).
- Aby umieścić strzykawkę w głowicy ekstruzyjnej, należy najpierw włożyć strzykawkę w blokadę tłoka 1 (3DP 11, Rycina 11B). Następnie włóż strzykawkę do płaszcza grzewczego, ostrożnie obracając śruby gwintowane (Rycina 11C).
- Opcjonalnie: jeśli stół nie został wypoziomowany, należy to zrobić. Przesuń głowicę drukującą w lewo i w prawo, a następnie w górę i w dół, i sprawdź, czy odległość między stołem a dyszą strzykawki jest stała. Wsuń kartkę papieru między strzykawkę a stół i sprawdź tarcie (Rycina 11E), a następnie w razie potrzeby użyj klucza imbusowego M3 (Rycina 11D), aby wyregulować poziom stołu.
- Opcjonalnie: jeśli wybrany materiał wymaga podgrzania, należy to zrobić teraz. Przejdź do karty Manual Control w programie repetier i ustaw temperaturę na pożądanym poziomie.
Rycina 11: Przygotowanie do druku 3D. (A) Strzykawki o pojemności 2 mL wypełnione (od lewej do prawej) gęstym kremem (150 mL, krem do rąk Nivea), czekoladą (Cadbury, mleczna) oraz Pluronic F-127 (Sigma Aldrich). (B) Tłok wsuwany do blokady tłoka 1 (3DP 11). (C) Przedstawiono strzykawkę wsuwaną do płaszcza grzejnego, podczas gdy wkręty gwintowane zazębiają się z mosiężnymi nakrętkami. (D) Przedstawiono klucz imbusowy w momencie wkładania go do mocującej śruby imbusowej M3, co umożliwia regulację poziomu. (E) Następnie pod strzykawkę wsuwa się wizytówkę, aby sprawdzić odległość między stołem a strzykawką. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Wydajność ADDME podczas druku 3D oceniono przy użyciu gęstego kremu (150 mL, krem do rąk Nivea), czekolady (Cadbury, mleczna) oraz Pluronic F-127 (Sigma Aldrich). Gęsty krem i czekoladę zastosowano w formie pierwotnej, natomiast Pluronic rozpuszczono w wodzie ultrapurej do uzyskania 20% roztworu wagowego i przechowywano w lodówce w temperaturze 5 °C do momentu użycia14,15.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Protokół ten zawiera szczegółowe instrukcje dotyczące budowy taniej drukarki 3D opartej na wytłaczaniu ze stopu. Budowę drukarki 3D można podzielić na podsekcje, w tym ramę, oś y/łoże, oś x, ekstruder, elektronikę i oprogramowanie. Te podrozdziały są prezentowane ze szczegółowymi schematami, rysunkami, plikami i listami części. Całkowita cena drukarki 3D ADDME wynosi 343 AUD (245 USD na dzień 17.01.2019 r.), co czyni ją najtańszą obecnie znaną drukarką 3D do wytłaczania ze stopu w zbiorniku. Miało to na celu uczynienie t...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
To badanie nie otrzymało żadnych konkretnych grantów od agencji finansujących w sektorze publicznym, komercyjnym lub non-profit. Specjalne podziękowania dla Floriana Schmittnera, Sandro Gorki, Gurindera Singha, Vincenta Trana i Dominika Vu za ich wkład we wcześniejszy prototyp projektu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 15 W 12V DC 50x100mm Elastyczny grzejnik silikonowy | Banggood | 1280175 | opcjonalnie; AU$4.46 |
| Drukarka 3D | Lulzbot | https://download.lulzbot.com/ | |
| Drukarka 3D | Ultimaker | Ultimaker 2 + | |
| AC 100-240V do DC 12V 5A 60W Zasilacz | Banggood | 994870 | AU$12.7 |
| Akryl Arkusz Biały ciągły odlew 1200x600mm | Mulford Plastics | AU$36.95 | |
| Klucze imbusowe | metryczne | ||
| Arduino MEGA2560 R3 z kontrolerem RAMPS 1.4 | Geekcreit | 984594 | AU$28.91 |
| Wałek liniowy ze stali węglowej 8mm x 350mm | Banggood | 1119330 | AU$13.44 |
| Wałek liniowy ze stali węglowej 8mm x 500mm | Banggood | 1276011 | AU$19.42 |
| Czekoladowy | Cadbury | ||
| z dostępem do Internetu | Dell | ||
| 5-8mm | Banggood | 1070710 | 6,93 AU$ Krem |
| rąk | Nivea | 80102 | |
| Wkład grzewczy | Creality 3D | 1192704 | AU$4.75 |
| Czujnik temperatury typu K Termopara | Banggood | 1212169 | AU$2.37 |
| Wycinarka laserowa | trotec | Speedy 300 | https://www.troteclaser.com/ |
| M10 Metalowa nakrętka sześciokątna z gwintem 1 mm + podkładka | UXCELL | AU$8.84 | |
| M10 Rura ocynkowana o skoku 1 mm o długości | 400 mmUXCELL | AU$11.62 | |
| M2 - 0.4mm Wkładki mosiężne z gwintem wewnętrznym | Ebay | AU$5.65 | |
| M2 Nakrętki | Suleve | 1239291 | AU$9.17 |
| M2 x 10 mm sześciokątne | z przyciskiem Suleve | 1239291 | 9.17 AU$9.17 |
| sześciokątne z gwintem wewnętrznym M2 x 5 mm | Suleve | 1239291 | 9.17 AU$ |
| M3 - 0.5mm Wkładki mosiężne z gwintem wewnętrznym | Suleve | 1262071 | AU$7.5 |
| M3 Nakrętki | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 Podkładka | Banggood | 1064061 | AU$3.05 |
| M3 x 10mm sześciokątne z przyciskiem | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 x 20mm sześciokątne z przyciskiem | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 x 6mm sześciokątne z przyciskiem | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 x 8mm sześciokątne z przyciskiem | Suleve | 1109208 | 7,85 AU$ |
| sześciokątne M4 x 8mm | Suleve | 1273210 | 4,32 AU$4,32 |
| Igła Luer Lock 18 - 27 Gauge | Terumo | TGA ARTG ID: | AU$3.57 |
| Silnik krokowy NEMA 17 | Casun | 42SHD0001-24B | AU$54 |
| Wspornik montażowy silnika krokowego NEMA | Banggood | ptNema17br90 | AU$4.79 |
| Łożysko kołnierzowe bloku poduszki 8 mm | Banggood | KFL08 | AU$5.04 |
| PLA Filament | Creality 3D | 1290153 | AU$24.95 |
| Pluronic F127 | Sigma Aldrich | P2443-250G | |
| SC8UU 8mm Łożysko kulkowe o ruchu liniowym | Toolcool | 935967 | AU$21.6 |
| SG-5GL Mikrowyłącznik krańcowy | Omron | 1225333 | AU$4.5 |
| Stacja lutownicza | Lut, druty, koszulka termokurczliwa itp. | ||
| Wiosna | Banggood | 995375 | AU$2.53 |
| Strzykawka 3ml Luer Lock Polipropylen | Brauhn | 9202618N | AU$3.14 |
| Koło pasowe rozrządu GT2 20 zębów i zestaw pasków Banggood | 10811303 | AU$11.48 | |
| Trapezowa śruba pociągowa i nakrętka 8mm x 400mm | Banggood | 1095315 | AU$29.02 |
| Klucz |
Bibliografia
- Brettel, M., Friederichsen, N., Keller, M., Rosenberg, M. How Virtualization, Decentralization and Network Building Change the Manufacturing Landscape: An Industry 4.0 Perspective. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Information and Communication Engineering. 8 (1), (2014).
- Gilchrist, A. Introducing Industry 4.0. Industry 4.0. , 195-215 (2016).
- Petrick, I. J., Simpson, T. W. 3D Printing Disrupts Manufacturing: How Economies of One Create New Rules of Competition. Research-Technology Management. 56 (6), 12-16 (2013).
- Wong, K., Hernandez, A. A Review of Additive Manufacturing. ISRN Mechanical Engineering. 10, (2012).
- Lanaro, M., Desselle, M. R., Woodruff, M. A. 3D Printing Chocolate: Properties of Formulations for Extrusion, Sintering, Binding and Ink Jetting. Fundamentals of 3D Food printing and Applications. , (2018).
- Godoi, F. C., Prakash, S., Bhandari, B. R. 3d printing technologies applied for food design: Status and prospects. Journal of Food Engineering. 179, 44-54 (2016).
- Stansbury, J. W., Idacavage, M. J. 3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities. Dental Materials. 32 (1), 54-64 (2016).
- Zhu, W., Ma, X., Gou, M., Mei, D., Zhang, K., Chen, S. 3D printing of functional biomaterials for tissue engineering. Current Opinion in Biotechnology. 40, 103-112 (2016).
- Lanaro, M., Booth, L., Powell, S. K., Woodruff, M. A. Electrofluidodynamic technologies for biomaterials and medical devices: melt electrospinning. Electrofluidodynamic Technologies (EFDTs) for Biomaterials and Medical Devices. , 37-69 (2018).
- Malone, E., Lipson, H. Fab@Home: the personal desktop fabricator kit Article information. Rapid Prototyping Journal. 13 (4), 245-255 (2007).
- Vilbrandt, T., Malone, E., Lipson, H., Pasko, A. Universal Desktop Fabrication. Heterogeneous Objects Modelling and Applications. , 259-284 (2008).
- Jones, R., et al. RepRap-the replicating rapid prototyper. Robotica. 29, 177-191 (2011).
- Lanaro, M., et al. 3D printing complex chocolate objects: Platform design, optimization and evaluation. Journal of Food Engineering. , (2017).
- Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks. Advanced Materials. 23 (24), H178-H183 (2011).
- Paxton, N., Smolan, W., Böck, T., Melchels, F., Groll, J., Jungst, T. Proposal to assess printability of bioinks for extrusion-based bioprinting and evaluation of rheological properties governing bioprintability. Biofabrication. 9 (4), 044107(2017).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
