Высокоскоростной 3D принтер своими руками. Часть 1 - Начало и рама⁠⁠

Доброго времени суток! Как очевидно из названия, пост посвящен разработке собственного быстрого 3D принтера.

Для начала пару слов, зачем вообще это нужно, если просто купить в известном китайском магазине 3D принтер, который даст хорошее качество печати, возможно хорошую скорость и за адекватный ценник? За без малого 10 лет (пусть и с перерывами до года ввиду службы по призыву, бесчисленных командировок и прочего), я работал с большим количеством различных 3Д принтеров, начиная классическим Менделем и заканчивая актуальными моделями известных китайских брендов. К слову первый принтер, с которого и начался мой путь в 3Д печати выглядел так:

За все это время, лично имел более 10 моделей принтеров различных производителей и кинематик (Picaso 3D Designer, Wanhao Duplicator 6, несколько "дрыгостолов" от Creality, Anycubic , Tevo и Longer), сейчас основные рабочие принтеры Elegoo Neptune 4, фотополимерный Anycubic Photon и запасная дрыга от того же Anycubic лежит в резерве. Каждый из этих принтеров был в чем то хорош, а в чем то не очень. К примеру Duplicator 6 на кинематике Ultimaker имел отличное качество печати, но крайне низкую скорость, аналогичное задание в полтора раза быстрее и в таком же качестве запросто выполнял H-Bot в исполнении Picaso Designer, но при этом уровень шума напоминал эпическое сражение кухонного комбайна с кофемолкой. Несколько различных дрыгостолов были простые, ни одна из них не печатала адекватно из коробки, все брались под доработку, но постоянно требовали к себе внимания, что-то подтянуть, что-то заменить и т.д.
Нынешний Neptune 4 не исключение, тоже содержит в себе много нюансов в работе... Хочется иметь свой принтер, лишенный этих недостатков, но сохранить при этом все преимущества.

Еще в 2014 году впервые возникла идея создать свой принтер, примерно за год была построена реплика Tevo Tarantula (простейшая рама из профилей 2020 и 2040, каретки из 6мм акрила лазерной резки, управлялся сборкой из реплики Arduino Mega2560 и RAMPS 1.4 на Marlin первых версий... Увы, но фото не сохранилось, отработал этот принтер около полугода и был продан, так как нормально работать он не начал, постоянно что-то ломалось, слетала прошивка... Одним словом - надоел. Несколько позднее, уже набравшись опыта в печати на народных машинах от Tevo и Creality вновь решил собрать свой собственный, не как у всех и очень быстрый принтер. Ошибки начал совершать ввиду отсутствия опыта с первых секунд, к примеру выбрав кинематику Scara по принципу "меньше масса подвижного = выше скорости и ускорения", собрал прототип и понял, что это далеко "не мой уровень", по сути принтер состоял из одних проблем, нормально работала только ось Z... Почти готовый выглядел вот так:

И вот, полтора года назад я твердо решил, что мне нужен свой принтер. Не с заоблачными характеристиками, но на уровне не ниже Voron 0.1, проверенная кинематика, не шумный, обязательно на Klipper, без применения токарных, фрезерных и других работ, которые не сделать самому дома.
Так начался этот проект. С учетом прошлых ошибок и без завышенных ожиданий.
Первым делом составил тех. задание:
Кинематика- CoreXY, область печати 180Х180Х180, с минимальным количеством редких или малодоступных деталей, в основе конструкции профиль 2020-2040-2060 и печатные детали, но рама должна быть жесткой, стол не консольного типа, прошивка Klipper.

В этот раз решил создать полную цифровую модель, а лишь потом закупать комплектующие и собирать. Модели создавал в Autodesk Inventor. Сегодня принтер уже практически собран, многие детали были переделаны по нескольку раз для улучшения или оптимизации конструкции. Названия у него пока нет, процесс публиковать буду частями, в этой, уже изрядно длинной расскажу про раму.

Выглядит она так:

В модели профиль упрощен до квадрата, вся рама состоит из профилей 2020 за исключением портала, там присутствуют два элемента из 2060. В основании есть укосины, а соединяются все профили под углом 45 градусов

Все соединяется винтами М4 на пазовые Т-гайки с каждой из 4 сторон. Печатные детали из PLA и PETG вперемешку, цвета и производители разные, так как детали переделывались по многу раз на протяжении полутора лет...

Ось Z реализована на двух парах валов: в основании находятся два расположенных по диагонали 40мм NEMA17 шаговых двигателя, жестко соединенные с двухзаходными трапецевидными валами Т8, а на другой диагонали расположены гладкие 12мм валы, синхронизация двигателей с помощью кольцевого ремня.

Для резки профиля под 45 градусов смоделировал и напечатал стусло, опытным путем установил, что хватает одного такого примерно на 10 резов, затем или слишком увеличивается паз, или ломает стенку.

Одна из первых сборок рамы на живую, есть косяки и нестыковки, на фото так же присутстсвует уже собранная ось Z, но о ней подробно расскажу в следующей части:

На этом на сегодня все. Новые части буду публиковать по мере пересборки принтера и наличия времени. Все материалы, модели и инструкции будут добавлены в открытый доступ позднее и бесплатно.

Благодарю за внимание! Обоснованная критика приветствуется, продолжение следует!