Balansiranje podloge za 3D štampač

Ovaj post se rodio iz mog projekta modifikacije 3D štampača da štampa brže.
Naime, ja volim da se igram sa alatom i pravim stvari koje mislim da su kul, i tu se našao moj jadni, napaćeni 3D štampač koji je samo radio svoj posao, ALI PRESPORO.
Pa već otkako sam ga dobio, ja ga malo-malo modifikujem i došlo je do toga da je to nekad bio Ender 3 V2, a sad ga više nije adekvatno tako zvati zato što više nema ni E od Ender 3 V2.

Trenutna modifikacija koja je u toku je reorijentisanje cele Y ose štampača radi stabilnosti i bržeg štampanja.

Objasnjenje

Ovaj štampač je ono što zovu Bed Slinger i to znači da se svaka osa pomera sama za sebe sa posebnim motorima, što ujedno znači da svaki motor gura težinu svoje ose, što u ovom slučaju nije adekvatno zato što je Y osa skoro 4x teža od X ose, što ulazi u regiju od 1 kg. Za referencu, ovo je jedna kila brašna.

Pa, moji ciljevi za ovaj projekat su sledeći:

• Olakšavanje same Y ose radi bržeg štampanja.
• Poboljšanje stabilnosti same Y ose radi veće preciznosti štampanja.
• I takođe, da bude što jeftinije i da se ponovo iskoristi što više delova štampača.

Ovo poslednje nije samo zato što sam škrtica, već mi je i viši cilj da objavim svoj rad kako bi drugi mogli modifikovati svoj štampač i ostvariti iste benefite.

Poenta?

OK, da ne dužim – ionako poenta nije ceo projekat, već samo jedan njegov deo, a to je trenutni dizajn koji koristim i zašto je zanimljivo kako je on toliko loš.

Ovako trenutno izgleda ali bitniji deo je ovaj

Ovde se jasno vidi da je ovo dizajnirano tako da postoji jedna dugačka vođica i da je ona zadužena za sam prenos tereta. Za one koji ne znaju, vođica izgleda ovako:

I ovakav dizajn je dupliran sa suprotne strane, što ga balansira.

Dizajni Prusa štampača
Pre nego što pređem na problem i rešenje, koji su jako očigledni kada se sve razloži na papiru, hajde da vidimo kako Prusa štampači rešavaju ovo.

Ovako izgleda frame Y ose, i ako se pogleda, vidi se da postoje tri vođice neravnomerno raspoređene na šipkama (koje su, inače, 8 mm debljine), što je bar meni bilo jako nelogično – ili stavi dve, ili četiri, čemu to da stave tri?

I dok sam razmišljao svojim genijalnim mozgom (koristeći DeepSeek AI Overthinking Model)... also funny slika od toga.

Jako mi je smešno kako možeš da čitaš kako AI razmišlja – nekako mi popunjava prazninu u mom srcu. Kako volim da skrećem s teme...

Zašto tri vođice?
Provalio sam da tri vođice zapravo imaju prednost u tome što su lakše za korišćenje i stabilnije od dve vođice.

Zašto su dve vođice loše?
Zamislimo ovaj problem: imamo jednu vođicu na šipci. Ona ne bi mogla samo lagano da se kreće po toj šipci, već bi mogla i da se rotira oko svoje ose, što znači da bi imala dva stepena slobode.

Sad zamislite ovo, dva takva sistema povezana sa nekom pločicom na vrhu

Ovako izgleda moj trenutni sistem, i vidi se da rotacija jedne vođice izaziva linearno pomeranje podloge, što povlači rotaciju druge vođice. To je, razumljivo, neadekvatno, ali tu ću reći da jeste neadekvatno tek kada se pretera.

Naime, to pomeranje nama ne predstavlja problem, zato što se podloga ne kreće po toj osi, već motori preko kaišnih prenosnika pomeraju podlogu po osi koja je rotirana za 90 stepeni u odnosu na tu. To jednostavno znači da sila nije fokusirana u tom smeru, a čak i ako bi došlo do pomeranja, ono bi bilo jako malo zbog male sile.

Kako to izbeći?

E sad, dodaćemo još jednu dimenziju, i to ovako izgleda:

Budimo svesni – mi nikada nećemo moći da uklonimo tu rotaciju. Mislim, bukvalno je nemoguće da se sistem pomera, a da se ne rotira u isto vreme, ali možemo minimizirati silu ovako:

Ovakav sistem bi silu bukvalno smanjio na pola, što bi značilo da je duplo bolji, odnosno da će rotacija biti manja. Pa, ne baš, zato što će ta raspodela sile uvek biti neravna, što stvara problem rotacije na koji ćemo kasnije da se vratimo.

Takođe, ne znam da li sam to samo ja, zato što sam mehatroničar, ali ovo izgleda jako slično povezivanju elektromotora u trougao, a svi znamo da se OET 2 zadaci rešavaju tako što se trougao pretvori u zvezdu.

Ovakva kombinacija povećava šansu ravnomerne raspodele tereta, genijalno! I zato skoro svaki print bed, odnosno podloga za Y osu, ima sličan oblik, npr. Ender 3.

Ova podloga je od aluminijuma i veoma je jak argument da su ta zaobljenja napravljena samo da bi se uštedelo materijal, tako da je jako moguće da ja overthinkujem i izmišljam toplu vodu u 3 ujutru, i da sam jedini čovek na internetu koji je ikada analizirao oblik podloge za 3D štampanje, koja je verovatno sasvim slučajno napravljena najbolje moguće, i da svi ostali samo slede taj dizajn kao hijerarhiju celog čovečanstva koja polako i bezglavo sleduje korake koje su im drugi ljudi zadali. Naime, jako kul.

Rotacija

OVO je bukvalno glavni problem koji izaziva sam prenos sile za pomeranje koje smo malo pre analizirali.
Evo šta se dešava:

Ovo žuto je podloga, i kada na nju deluje moment ili neka sila koja teži njenoj rotaciji, onda će se jedna vođica pomeriti gore, a druga dole, a veza između njih će se nategnuti, što teži njihovoj rotaciji, što će težiti da se oni još više pomere gore-dole, što omogućava podlozi da ima značajnu rotaciju. Ili, ako je nekome lakše slikovito da prati...

Ovo je neizbežno, ali može da se reši na sledeće načine:

• Da se omogući jako čvrsta veza (ovo zeleno).
• Da se koriste više vođica (kao što je ranije objašnjeno).

Takođe, nešto što je bitno kod dodavanja više vođica jeste to da one budu na dobrom rastojanju jedna od druge.

Ovo je već dalo rešenje zašto se koriste 3 vođice umesto 2, a to je ta rotacija koja je jako nepoželjna i postala jako neprijatna kada sam potrošio 200g plastike na testiranje.

Oke, ali zašto 3, a ne 4?

• Prvo i osnovno, da bi se uštedelo – kod ovih vođica cena se lako može dodati za kvalitet. Što manje tolerancije, to je i cena veća, i zato je verovatno bolje nabaviti 3 kvalitetna nego 4 loša za istu cenu.
• Drugo, to što su ovi slučajevi perfektni u perfektnom svetu, koji za dobro ili loše ne postoji – u stvarnosti, te šipke nisu perfektno paralelne jedna s drugom, pa da ne bismo izazvali veliki otpor, mi smanjujemo broj ležajeva.

To su neka moja razmišljanja i zaključci na ovoj temi. Takođe, ću verovatno u budućnosti objaviti full blog post za ovaj mod koji radim. Hvala na čitanju.