Я пытаюсь освоить 3D печать — у меня появился принтер FLSUN-QQ, я установил себе 3D редакторы: Fusion 360, Blender, пробую Компас 3D. Что-то получается, что-то не получается. Эта Marble Machine на видео — один из моих первых успешных проектов. Проект, хоть визуально и не большой, но его реализация потребовала от меня значительных усилий. Пришлось и 3D редакторы осваивать и механику придумывать и вести настройку-отладку этого устройства.

Далее расскажу из каких частей состоит эта машина.
Самая главная часть — это, несомненно, подъемная спираль. С ней было больше всего проблем. Я разработал множество разных видов спиралей и многие версии были отвергнуты или по эстетическим соображениям или по техническим причинам. Да даже из-за того, что обещанное время печати было слишком большое приходилось отказываться от разных идей… Хотелось получить что-то воздушное, красивое и чтобы можно было напечатать на моем принтере в разумное время.

Окончательная модель спирали выглядит вот так:



Спираль установленная на машине:



Со спиралью было несколько проблем. Первая — это нужно было решить какой должен быть профиль у спирали. Рассматривались несколько вариантов. Самые простые из них схематично в разрезе можно представить вот так:



Тут такое дело — в первом варианте если бордюрчик у полочки будет сильно выступать, то ПО для принтера, а я пользуюсь Ultimaker Cura, сделает мне поддержки, которые нужно будет удалять вручную, а потом если плохо вычистить, то они будут еще и мешать шарику катиться. Если брать второй вариант с утолщающейся полочкой, чтобы шарик как бы скатывался к плоскости спирали, то поддержек точно не будет, но и неизвестно насколько хорошо будет удерживаться шарик. Я даже печатал фрагмент такой спирали, чтобы посмотреть, как оно будет в реальной жизни. Но все таки победил третий вариант, промежуточный, с бордюрчиком/поребриком в виде уголка. Если его сделать не сильно большим, то принтер умудряется такое и без поддержек напечатать.

Другая проблема с печатью спирали была чисто производственная. Мне никак не удавалось напечатать ее целиком. Не уверен в чем причина — возможно, что у такой фигуры слишком большая поверхность остывания. Пока экструдер пройдет по всей траектории часть модели наверное уже значительно остывала. Но это только мои догадки. Причем, что странно, у самого стола, который подогревается — печать идет нормально, а вот выше поднимается печать и появляются расслоения пластика. При этом, печать маленьких тестовых моделей происходила без проблем. Не очень приятно, когда начал печатать и вроде бы все идет хорошо уже час. Оставляешь печатать на целый день (еще 13 часов печати) пока ушел на работу. Приходишь домой, печать окончена, но получился брак — модель расслоилась на верхних слоях. Я даже уже подумывал печатать спираль по секторам, а потом склеивать. Однако потом мне удалось подобрать режимы печати, температуру и скорость, когда печать прошла полностью от начала до конца с приемлемым результатом. Немного пооставались волоски-тянучки, нужно было бы их все очистить, но тут немного поленился.

Еще был вопрос, как приводить спираль во вращение. Как видите, по краю спирали идет шестеренка. Я ее честно говоря не рассчитывал особо. Думал главное зубчики на краю спирали сделать, а потом как нибудь придать вращение от игрушечного коллекторного двигателя с другой шестеренкой. Эта идея у меня не заработала по нескольким причинам. Во-первых, шестеренки все-таки нужно предварительно рассчитывать. Во-вторых, идея была почти реализована примерно вот так:



Но тут выяснилось, что не просто регулировать обороты коллекторного двигателя, потом, вал игрушечного двигателя довольно сильно люфтит, да и шумит он в работе неприятно. В общем от этой идеи отказался. Взял шаговый моторчик 28BYj-48 с драйвером двигателя:



Управление шагами сделал на Verilog в ПЛИС платы Марсоход:



Если кому интересно, как запрограммировать управление шаговым двигателем на Verilog, то это тема отдельной статьи. Теперь и скорость можно легко программировать и работает почти бесшумно. Только теперь жаль, что при печати спирали значительное время печати ушло именно на печать шестеренки. Думаю без нее часа 2 печати бы сэкономил.

Итак, шаговый двигатель 28BYj-48 устанавливается в специальную стойку. Модель стойки, которую я разработал выглядит вот так:



В машине, стойка с двигателем выглядит следующим образом:



Поскольку стойка находится где-то сзади и ее особо не видно, то при печати выставлял толщину слоя побольше, 0.25 мм, там особо точность и красота не нужна, но хоть чуть чуть время печати сэкономить. Хотя, какая уж там экономия времени, если вспомнить, что первый вариант стойки, который предполагалось использовать в варианте с коллекторным двигателем, был вот такой:


Проблема с этой стойкой — большой люфт вала спирали. Ну и опять же, как я уже написал, вариант с коллекторным двигателем и шестеренкой не заработал, так что пришлось и новую стойку под шаговый двигатель делать.

Так уж получается, что почти каждую деталь я печатал минимум по два раза. Первый вариант, даже если почти рабочий приходилось часто забраковывать. Вот, например, деталь «змея»:



Уж казалось бы, что тут может быть не так, но оказалось, что когда шарик спускается по прямой, то разгоняется прилично и вылетает из-за центробежной силы. Пришлось первый поворот увеличивать высоту бортика. Ну и заодно при повторной печати уменьшил высоту слоя печати. Пусть печатает дольше да более качественно. Вот «змея» установлена в машине:



Еще для проекта потребовались плюшки для крепления шпилек М4:



Эти плюшки крепятся к доске двусторонним скотчем — довольно крепко получилось. Смешно, что и четверные плюшки я печатал два раза. Сперва напечатал черным пластиком и с небольшим заполнением. Модель так крепко прилипла к столу 3D принтера, что пока отрывал ее, погнул немного. И все — она не стоит на столе ровно. Но и хорошо, что перепечатывал, комбинировать белый и черный цвет мне кажется была хорошая идея.

Желоба:



Одиночный разворот:



Ну еще ряд второстепенных деталей. В общем пришлось много печатать и перепечатывать. Тем не менее, я рад, что выполнил этот проект. Возможно, через некоторое время мне удастся расширить эту Marble Machine, добавить новых подъемников и спусков, ведь на доске справа еще есть место для следующей машины.

Я подумывал разместить исходники моих моделей, но потом решил, что в этом нет никакого смысла, ведь каждая Marble Machine — это прежде всего фантазия его создателя. Вряд ли кто-то захочет повторять все именно так как оно тут есть. Можно сделать и лучше или просто по другому.