Drukarka 3D Renkforce RF100 modyfikacje

Cześć,

Wstęp
-------

Chciałem podzielić się z Wami swoimi uwagami na temat taniej drukarki 3D Renkforce RF100. Drukarkę tę kupiłem jako swoje pierwsze narzędzie do rozpoczęcia zabawy w druk 3D. Ten konkretny model kupiłem z kilku powodów:
- niska cena (nowa co prawda kosztuje w conrad.de 299 Euro, ale drugiej ręki, niejednokrotnie nieużywana jest do znalezienia na portalach aukcyjnych za ~ 600 zł),
- stalowa rama,
- kompaktowe rozmiary,
- kształt obudowy, który umożliwia zabudowę,
- konstrukcja osi Z, która nie będzie wymagała częstej kalibracji stołu (ostatecznie okazało się to prawdą)
- rozwiązania konstrukcyjne mechaniki przekonywały mnie dużo bardziej niż te z ANET A6/A8.

Na zdjęciach wydała mi się solidna i całkiem estetyczna i taka jest też w praktyce.

Pierwsze wydruki
-------------------

Podstawową wadą drukarki jest brak nawiewu na ekstruder. Efekt jest taki, że już osadzony na wydruku materiał długo stygnie i niemożliwe jest drukowanie np. duktów czy nawisów oraz że dysza deponując nowy materiał, jeździ po starym, rozmiękcza i tapla się w nim psując to, co już wydrukowała. Tworzenie dokładnych kształtów nie jest możliwe. Ponadto, co gorsze i niespodziewane dla mnie, drukarka okazała się mieć problem z geometrią. Zamiast okręgów drukowała elipsy. Diagnoza zajęła mi kilka dni. Opiszę to poniżej. Podsumowując - maszynka nie nadawała się do drukowania, ale nie zrażałem się, bo wiedziałem, że ma potencjał.

Kalibracja
-----------

Tutaj problemy są dwa:
1) zniekształcenie - zamiast okręgów, drukowała coś na kształt elipsy, albo oka, pod kątem 45 stopni względem osi XY.
2) niemożność kalibracji stołu.


Konstrukcję osi Y przedstawia poniższe zdjęcie.


1) Silnik napędzający OŚ Y (najdalej w tle, na wysokości stolika) przekazuje ruch przez pasek na oś wspólną. Na jej prawej i lewej stronie umieszczone są rolki napędzające kolejne paski, które są przytwierdzone do boków karetki. Rolki obracają się współbieżnie napędzając paski, które z kolei przesuwają karetkę ciągnąc ją z obu stron. U mnie jedna z rolek na wałku zdawczym była lekko obrócona względem drugiej przez co karetka była przekoszona. Jedna strona karetki poruszała się płynnie natychmiast reagując na ruch rolki i posuw paska, a druga miała małą histerezę. Jedna strona poruszała się natychmiast w takt obrotów silnika, a druga z opóźnieniem wywołującym półmilimetrowe przesunięcie. Naprawa polegała na poluzowaniu jednej z rolek, dokręceniu jej i sprawdzeniu czy obie strony karetki reagują natychmiast na pokręcenie palcem osi silnika - i wykonanie kilku iteracji. To spowodowało wyeliminowanie błędu grubego czyli elips. Dodatkowo przekoszenie osi względem siebie powoduje oczywiście błędy geometrii - kąty są jednak dla mnie niemierzalne i w praktyce skorygowałem je drukując kostkę kalibracyjną i mierząc suwmiarką wymiary w każdej osi.

2) Problem kalibracji stołu wynikał prawdopodobnie z udaru mechanicznego w transporcie (czego ślady widziałem na ramie). Kalibracja 3 punktowa, kiedy stolik podparty jest w trzech punktach po prostu nie może nie wyjść. Taka była zaimplementowana w pierwotnej wersji firmware. Jednakże kiedy firmware zmieniłem, to kalibracja zmieniła się w 4 punktową... i okazało się że nie mogę skalibrować stołu. 3 punkty oczywiście OK, ale 4 np. pół milimetra nad stołem. Stwierdziłem, że szyny od karetki są skoszone względem siebie - nie leżą na jednej płaszczyźnie. Tylko wówczas mógł pojawić się taki błąd geometrii, który powoduje że płaszczyzna XY to bardziej siodło. Najpierw próbowałem na siłę lekko naciągnąć ramę - jednak okazała się całkiem solidna i moje próby były bezskuteczne. Geometrię skorygowałem dopiero po zakupieniu i zamocowaniu przeźroczystych osłon - jedną z osłon bocznych skręciłem przy jednoczesnym odpowiednim naciąganiu ramy. W zasadzie ten problem nie istniał przy drukowaniu małych przedmiotów, ale czym większe, tym bardziej się uwidaczniał, szczególnie przy drukowaniu bez cokołu (czyli na ogół). Przy druku z cokołem ("raft") to on ma złą geometrię i nie chce przywierać do stołu, ale wydruk właściwy jest już w miarę OK. Dodam, że usunięcie tego problemu było dla mnie taką wisienką na torcie - po pierwsze nie był aż tak kłopotliwy, a po drugie w Waszej drukarce pewnie nie wystąpi, dopóki ktoś jej solidnie nie uderzy w bok. Podejrzewam, że obydwa powyższe problemy mogły mieć w moim egzemplarzu drukarki to samo źródło.

Modyfikacje
-------------

1) Nawiew

To jest Must have dla drukarki drukującej PLA. Najpierw zasięgnąłem informacji na stronie dystrybutora conrad.de... i rzecz dla mnie niezwykła, na ich witrynie są przedstawione użyteczne sposoby modyfikacji drukarki. Jest np. link do strony thingverse.com, gdzie można znaleźć dukt powietrzny z fajnym wygodnym mocowaniem dedykowany dla wiatraczka 4x4x1 cm. Jest to dobry punkt wyjścia, jeśli nie macie jak kupić wentylatora odśrodkowego, jednakże moim zdaniem nie ma co się bawić w półśrodki - lepiej od razu kupić właściwy wentylator. Chodzi o to, że zwyczajny wiatraczek słabo sobie radzi, jeśli coś blokuje mu przepływ powietrza. Nie działa on tak, że jak np. zasłonimy mu połowę wylotu, to jakby "próbuje" bardziej i przepompuje tyle samo powietrza, tylko z większą prędkością. Niestety przepompuje go wtedy z grubsza o połowę mniej. Czyli, mały wylot dyszy, ukierunkowujący strumień powietrza na wydruk znacząco blokuje jego przepływ. Odśrodkowe wentylatory zachowują się inaczej - znacznie lepiej radzą sobie z przyblokowaniem ich wylotu, np. przez dysze czy dukty powietrzne. Moja drukarka zawsze pracuje z nawiewem, dlatego zrezygnowałem z osobnego chłodzenia ekstrudera: ten sam wentylator zaciąga powietrze przez radiator ekstrudera i nawiewa na wydruk. W mojej drukarce z racji braku nawiewu grzałka ekstrudera jest nieizolowana termicznie. Jednak ponieważ nawiew okazał się efektywny, to walczy on niejako z grzałką powodując większy pobór mocy i wręcz niemożność osiągnięcia wyższych temperatur drukowania. Polecam zaizolować go termicznie: taśmą teflonową, albo dedykowaną matą, która wytrzyma te 250 stopni. Tutaj trzeba uwagi - nie wolno dobierać materiału izolacyjnego na chybił trafił, bo naprawdę można wywołać pożar.

Wentylator, dyszę i izolację termiczną ekstrudera przedstawiają poniższe zdjęcia.


2) Obrócenie silnika napędzającego oś Y

Wyczytałem w Internecie, że ten model drukarki ma wadę w postaci niszczących się z czasem łożysk na końcach wałka zdawczego (o którym wspominałem wcześniej). Chodzi o to, że pasek przekazujący napęd z silnika na oś Y, jeżeli ma być napięty, to musi lekko ciągnąć i wyginać ten wałek w swoją stronę. Łożyska pracują wówczas nieoptymalnie - muszą przenosić siłę po kątem nieco innym niż 90 stopni względem osi obrotu, który byłby dla łożysk kulkowych optymalny. Wymyśliłem, że mogę ten silnik obrócić o 180 stopni, zmienić kierunek jego obrotu, przesunąć rolkę napędzaną przez niego na wałku i w ten sposób wałek będzie naciągany bliżej łożyska. Przy tej samej sile naciągającej pasek, wygięcie będzie mniejsze, bo punkt podparcia (łożysko na końcu wałka) jest bliżej. Wykonałem nową kształtkę do zamocowania silnika z kątownika aluminiowego, poluzowałem rolką napędzaną i przesunąłem w pobliże końca wałka. Bez problemu można tę kształtkę wydrukować - PLA zniesie siły jakie tam działają. Z kolei zmienić kierunek obrotu silnika można na dwa sposoby: elegancko i brutalnie. Pierwsza metoda polega na modyfikacji kodu, przekompilowaniu go i wgraniu do drukarki. Druga, prostsza to np. wyjęcie wtyczki z silnika, podpiłowanie jej tak, by można ją było włożyć po obróceniu o 180 stopni i zamontowaniu z powrotem w gnieździe silnika. Silnik obraca się wówczas w drugą stronę. Zastosowałem drugą metodę, bo wówczas nie wiedziałem jak przekompilować kod. Pierwotnie pasek przekazujący moment z silnika do wałka znajdował się po lewej stronie silnika, teraz jest po prawej. Silnik znajduje się teraz blisko podstawy stolika, ale z nim nie koliduje.


3) Powiększenie obszaru roboczego

To było największe wyzwanie: jak osiągnąć cel najmniejszym kosztem. Drukarka ma pole robocze 10x10x10 cm. Już szybki rzut oka na poruszającą się głowicę i stolik wystarczył, żeby stwierdzić że bez żadnych modyfikacji mechanicznych można osiągnąć co najmniej po dodatkowym centymetrze w każdym wymiarze. 10 cm^3 obszaru roboczego bardzo ogranicza działania, szczególnie, że po wstępnym wypluciu kilkunastu cm filamentu ("skirt") albo wybraniu opcji "brim" dla lepszej adhezji, obszar roboczy jeszcze mi się zmniejsza. Ostatecznie uzyskałem 11 cm w osi X, 13 cm w osi Y i 11 cm w osi Z. Modyfikacja mechaniczna polega na przesunięciu blatu stolika za pomocą dodatkowych elementów, co przedstawia zdjęcia poniżej:


Metalowe elementy, których użyłem do przesunięcia blatu, pochodzą z lupy z podświetleniem z LIDLA, która i tak mi się do niczego nie przydała ze względu na fatalną soczewkę. Uważnie ustawiając kąty tych dodatkowych elementów, można skasować luz na mocowaniu blatu stolika. Jak ktoś ma tę drukarkę, to wie o czym mówię.

Jeżeli chodzi o software - to modyfikacja jest bardzo prosta. Trzeba zainstalować środowisko Arduino, ściągnąć kod źródłowy Marlina przygotowany pod tę drukarkę (link jest na stronie conrad.de) i przejrzeć pliki konfiguracyjne. Kod jest bardzo bogato komentowany i wiadomo co do czego służy. Można np. zoptymalizować PIDa od kontroli temperatury ekstrudera, odwrócić kierunek ruchu silnika, zmienić punkty do pozycjonowania stołu itp. Istotną zmianą byłoby przerzucenie silnika od osi X na drugą stronę karetki (i oczywiście odpowiednie przemieszczenie krańcówki - ona blokuje ruch głowicy w lewą stronę). Silnik ten koliduje z ekstruderem ograniczając pole robocze w osi X o jakieś 3 cm. Wersja V2 drukarki RF100 ma ten problem już rozwiązany. Modyfikacja mojej drukarki wymaga demontażu karetki i wiercenia w niej otworu na rolkę. Nie jest to jakieś strasznie kłopotliwe, jednak sporą część drukarki trzeba zdemontować, wiercić w tej, solidnej, jak już wspomniałem, stali i od nowa wszystko kalibrować. Oczekiwane 14 cm w osi X to jednak spore udogodnienie i może kiedyś się na nie zdecyduję.

4) Obudowa i filtr HEPA

Drukarka podczas pracy emituje trochę hałasu, który postanowiłem wytłumić instalując obudowę. Znalazłem takową na portalu aukcyjnym w cenie około 100 zł. Obudowa wykonana jest bardzo precyzyjnie i posiada wszystkie niezbędne komponenty, jak śrubki i zawiasy, jednak, podobnie jak kilka innych rzeczy w tej drukarce, wykonana jest nieco ułomnie. W pierwszej kolejności musiałem zmodyfikować otwór na rurkę filamentu, ponieważ taka jaka była pierwotnie, uniemożliwiała zdjęcie pokrywy i np wymianę filamentu. Modyfikację przedstawia poniższe zdjęcie:



Po drugie: wnętrze obudowy solidnie się nagrzewa, na oko do jakichś 50 stopni, co wpływa na jakość wydruków. Dlatego dodatkowy wentylator wydmuchujący powietrze z wnętrza okazał się niezbędny. Moja dziewczyna nie przepada za drukowaniem na drukarce w jej obecności, szczególnie kiedy przeczytała, że drukarka może być źródłem cząstek stałych. Wzięcie tego problemu na przeczekanie okazało się nieskuteczne, więc zacząłem szukać rozwiązań. Zakupiłem mały filtr HEPA do odkurzacza (10 zł), wydrukowałem mocowanie, do którego filtr wchodzi na wcisk i we wnętrzu zamontowałem wentylator. Całe rozwiązanie to prawdopodobnie efekt placebo, ale przynajmniej mogę spokojnie drukować w PLA w jej obecności.
Aha - po zamontowaniu obudowy drukarka wyraźnie się wyciszyła. Nie jest to 10 krotna różnica, jest powiedzmy 2 razy ciszej, ale moim zdaniem było warto.



5) Aktualizacja firmware.

O konieczności modyfikacji oprogramowania pisałem wyżej, ale warto podmienić software na nowszy nawet bez aspiracji do zmian w polu roboczym. Nowy Marlin znacznie szybciej drukuje fikuśne kształty, np. kółka. Różnica widoczna jest gołym okiem.


Eksperymenty
----------------

1) To czego zdecydowanie brakuje w drukarce to podgrzewany stolik. Fajnie się drukuje w PLA, gumie i PETG, ale to ABS zapewnia odporność termiczną wydruków i możliwość ich obróbki. Zrobiłem następujący eksperyment ze stolikiem:
- zakupiłem za ~ 10 zł termostat na portalu aukcyjnym.
- na laminacie z miedzią o odpowiedniej powierzchni wyciąłem nożem do tapet ścieżkę w postaci "kiełbasy". Rezystancja ścieżki to ~ 2 Ohm. W sam raz!
- zainstalowałem termistor na środku stołu (w zestawie z termostatem)
- zaizolowałem spód termicznie
- załączyłem zasilanie....

Zaczęło działać. Stół osiągnął 100 stopni, termostat stabilizował - ogólnie OK. Jednak na razie temat zarzuciłem, bo trzeba by się zastanowić nad mechaniką do stolika umożliwiającą łatwy demontaż stołu i grzałki. Ponadto wzór ścieżek jest nie bez znaczenia, jeżeli chcemy mieć równomierną dystrybucję ciepła. Stolików o wielkości adekwatnej do obszaru drukowania niestety na rynku brak. Dodam, że chociaż na płycie głównej drukarki brakuje MOSFETa sterującego stolikiem, to jest tam na niego miejsce. Przekompilowanie oprogramowania to oczywiście nie problem. Zatem, jeżeli ktoś chce się pobawić w modyfikacje, to może się udać nawet bez dodatkowych inwestycji w termostat - obsługa byłaby z menu drukarki. Trzeba tylko pamiętać o zwiększeniu wydajności prądowej zasilacza.

Uwagi
-------
Drukarka nie posiada łożysk liniowych, za to po prowadnicach poruszają się tulejki. Nie są one ciasno spasowane i mają pewien luz, który trochę uwidacznia się przy szybszych wydrukach i pewnie będzie narastał z czasem. W praktyce jest jednak nieźle i jak do tej pory nie widzę śladów zużycia. W razie czego pewnie da się wydrukować mocowanie na łożyska w miejsce tych tulejek - ale na razie nie ma takiej potrzeby.

Słowo końcowe
-----------------
Druk 3D to dla mnie jak do tej pory świetna przygoda. Wszystkie (prościutkie) przedstawione tutaj rozwiązania mechaniczne, które wymagały druku 3D wyszły ostatecznie z mojej ręki. Projektowałem we FreeCadzie - a że nie jestem w tym biegły, to zeszło mi się pewnie nad tym z 10 razy tyle, ile robiłby ktoś bardziej doświadczony. No ale wiedza rzecz bezcenna.

W tle zdjęć drukarki widać frezarkę Proxxon, którą przerobiłem na CNC z wykorzystaniem GRBL. Odkąd mam drukarkę, to CNC na moje potrzeby nie jest potrzebne. Dobrze zaprojektowane elementy, wydrukowane z odpowiednim wypełnieniem, praktycznie zawsze wytrzymują siły, które występują w moich projektach. Odkąd mam drukarkę, nie muszę rozglądać się za obudowami do urządzeń elektronicznych - zawsze można sobie stworzyć coś na miarę, fajnym kolorze, z uwzględnieniem wszystkich otworów i podpór. Gałki do potencjometrów to też nie problem Dodatkowo ten model drukarki ma napęd blisko ekstrudera, co pozwala na drukowanie z kłopotliwych materiałów np gumy: rozwiązuje to problem zaślepek, przycisków czy nawet uszczelek.

Na koniec przedstawiam RF100 stojącą obok RF100XL, która jest jej większą siostrą. Zabudowa RF100XL powinna być również łatwa z racji podobnej mechaniki. RF100XL kupiłem przez pomyłkę, bo będąc ogólnie przekonanym do Renkforce, sądziłem, że ten model jest wyposażony w grzany stolik...niestety się myliłem. Przeróbka wydaje się jednak bezproblemowa, ponieważ zarówno hardware jak i software jest taki sam, jak w jej droższej wersji, która grzany stolik posiada.

Porównanie rozmiarów:


Podsumowując: jeżeli macie chęć niewielkim kosztem wejść w świat druku 3D, to możecie rozważyć tę drukarkę. Jest dość kompaktowa, rozwojowa i po modyfikacjach daje niezłą jakość wydruku. Zdjęcia macro wydruków wrzucę jutro.

W załączeniu można znaleźć dukt do nawiewu, mocowanie filtra i modyfikowaną gałkę do impulsatora oraz źródła zmodyfikowanego przeze mnie softu.

Zapraszam do polemiki i uwag.

PS. Dołączam zdjęcia wydruków:


Zdjęcia nie są zbyt ładne, ale same wydruki nie różnią się moim zdaniem od takich wydruków z innych drukarek, które są oceniane jako dobre.

Pozdrawiam,
Fimek