Рождение идеи

В наше новое время цифровой революции можно слышать, что автоматизация работы приводит к появлению новых творческих профессий. Роботы и умные станки помогают реализовать многие интересные творческие и технологические идеи. 3D-печать тесно вошла в нашу жизнь, всё проще становится осваивать технологическое оборудование. Но для различных производственных операций требуется целый парк станков, даже если это маленькая мастерская, одним тут не обойтись. Так родилась идея многофункционального DIY-комбайна, который может заменить собой несколько станков.



Попытаюсь описать концепцию, «станка-комбайна», который можно поставить на каждый рабочий стол. Прямая аналогия — это многофункциональные кухонные комбайны. Все элементы базируются на одном «материнском устройстве» (боксе), к которому возможно добавить и сконфигурировать различные модули. Основная идея — это максимальная простота монтажа и подбора модулей. Специальные навыки не нужны, всё интуитивно понятно и доступно.

Здесь схематично описаны варианты конфигурации:

Развитие идеи и сбор материалов

Разработка началась в конце 2013 года, тогда у меня уже имелся небольшой опыт постройки координатных систем и начать было решено с «материнского устройства» фрезерного станка.

Для подбора компонентов, следует учитывать несколько требований:
— простота подключения;
— компактность;
— эргономичность;
— простота сборки для последующего серийного повторения;

Первая сложность была связана с возможностью простого подключения, так как все открытые и известные мне системы управления координатными станками базировались на LPT интерфейсе. Это резко ограничивало круг используемых компьютеров. Выход был найден, я решил применить открытый программный проект GRBL на основе Arduino. В качестве драйверов я использовал микросхемы A4988 фирмы Allegro.



Электроника выбиралась и спешно собиралась, тогда я был уверен, что жутко опаздываю и нужно всё делать быстро (как же сильно я ошибался). Получились две платы на всем известных компонентах. Сейчас драйвера работают в режиме дробления шага — 1/4, отлично тянут советские шаговые двигатели, ДШИ200-1-1.



3D-принтеры активно развивались и внешний вид был слизан оттуда, что и определило компоновку осей и габаритные характеристики станка.



Корпус стал несущим, ось X неподвижна, а рабочий стол (ось Y) перемещается под ней. Ось Z совмещена в единый блок вместе с кареткой оси X. Линейные подшипники впрессовывались прямо в корпус, что сильно сэкономило средства на комплектующих, но при этом не дало проигрыша в жёсткости.



Оси перемещаются на цилиндрических направляющих диаметром 12 мм, с помощью трапецеидального винта.



Когда с электроникой, формфактором и компоновкой осей разобрались, необходимо было определиться с материалом из которого можно сделать станок. Был нужен плитный материал, который достаточно просто обработать, дёшево купить и легко из него потом собрать станок.

Выбор пал на оргстекло, толщиной 10 мм для основной конструкции и 5 мм для накладок. Это прочный и достаточно упругий материал, его легко фрезеровать или резать лазером, а затем склеивать и окрашивать.

Проектирование

Собрав все мысли в кучу, я приступил к отрисовке модели и подготовке компонентов к производству. Я уже упоминал, что был в полной уверенности, что не успеваю, и вот вот пора уже всё вместе отдавать в производство. Но общение с местными мастерскими, которые предлагали лазерную резку или фрезеровку, ввело меня в уныние. Оказалось, что оргстекло толщиной 10 мм, это дефицит и купить небольшой кусок нельзя, за изготовление деталей никто не брался, или выставляли астрономические суммы, так как заказ был очень маленький. Такая пауза дала мне возможность переработать весь проект более тщательно.

В результате, получился модульный конструктив, адаптированный под быструю сборку и подгонку. Все узлы разрабатывались таким образом, чтобы стать максимально «коробчатыми». Это упрощает контроль за геометрией станка и повышает прочность модулей.







Кстати о накладках, которые вырезаны из 5-ти миллиметрового оргстекла, они выполняют не только декоративную функцию, но и фиксируют направляющие внутри корпуса, что также экономило средства на комплектующих.

Постройка

Итак, после подготовки проекта, завершения моделирования, спешной покупки (опаздывал же) комплектующих и подготовки файлов для производства прошло… полтора года. Я уже благополучно начал забывать проект, когда мой хороший друг узнал о нём и предложил фрезеровку абсолютно бесплатно, даже за материал денег не взяли. Получилось около 1,5 кв. метров оргстекла толщиной 10 мм и 5 мм., всего 27 деталей.

Клеить решил дихлорэтаном, так как лучше дихлорэтана для оргстекла может быть ТОЛЬКО «дихлорметан» — более текучий и менее токсичный хлорпроизводный, чем дихлорэтан. «Клей» обычно делается из того-же материала, который собираются склеивать(из стружки) — 3-5% по массе и наносить «клей» как можно более тонким слоем.



На фотографии тестовая сборка. Если оргстекло заматировать, внешний вид становится более «цельный», но всё же станок был окрашен белой матовой краской.





Вся проводка спрятана внутри корпуса. Электроника размещается под дном станочка (на фотографии пока нет БП), все разъёмы на задней панели.





На данный момент прототип полностью готов, первая стружка уже пошла.

Габариты устройства: 365х430х420. Рабочее поле: 200х200х80.







В качестве шпинделя решил использовать недорогой китайский гравер мощностью в 125 Вт, чего вполне хватает для обработки фанеры, пластика, гравировки печатных плат.

Заключение и дальнейшие планы

Сейчас можно сказать, что закончен только первый этап данного проекта — создан рабочий прототип «материнского устройства». Далее предстоит большая работа по сборке сменных модулей: поворотной оси, установки управляющей электроники и лазера для гравировки, покупка и тестирование печатающей головки для 3D печати.

Важный элемент — это разработка ПО. Если я хочу позиционировать DIY-комбайн как устройство «для каждого», то придётся создавать софт дружественный к простому пользователю. Нельзя назвать простой связку из CAD + CAM + G-code sender, каждый из этих программных продуктов требует глубокого изучения и довольно таки специализированных навыков и знаний.
В будущем хочется развиваться, собрать команду, так как одному трудно охватить весь спектр работы. Готовится проект следующей итерации станка, более компактного, более дорогого, заточенного под обработку ювелирных мастермоделей и цветных металлов.

Идей в голове много, но ресурсов катастрофически не хватает.