mirror of
https://github.com/vofy/fekt-scara.git
synced 2025-06-27 22:49:21 +02:00
Backup
This commit is contained in:
parent
d88737f328
commit
8c2b55e01a
16 changed files with 134 additions and 35 deletions
3
.vscode/settings.json
vendored
3
.vscode/settings.json
vendored
|
|
@ -180,5 +180,6 @@
|
|||
],
|
||||
"env": {}
|
||||
}
|
||||
]
|
||||
],
|
||||
"idf.pythonInstallPath": "/usr/bin/python"
|
||||
}
|
||||
1
prilohy/.~lock.Vyhlaska_BPC-MET_ 2025.doc#
Normal file
1
prilohy/.~lock.Vyhlaska_BPC-MET_ 2025.doc#
Normal file
|
|
@ -0,0 +1 @@
|
|||
,vofy,poseidon,04.06.2025 09:32,file:///home/vofy/.config/libreoffice/4;
|
||||
BIN
prilohy/Průběh státní závěrečné zkoušky_Bc.docx
Normal file
BIN
prilohy/Průběh státní závěrečné zkoušky_Bc.docx
Normal file
Binary file not shown.
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/Display_Assembly_Isometric_Front.png
Normal file
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/Display_Assembly_Isometric_Front.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 323 KiB |
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/Display_Assembly_Isometric_Rear.png
Normal file
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/Display_Assembly_Isometric_Rear.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 452 KiB |
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/input-shaping-graph-generation.png
Normal file
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/input-shaping-graph-generation.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 126 KiB |
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/shaper_calibrate_x.png
Normal file
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/shaper_calibrate_x.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 166 KiB |
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/shaper_calibrate_y.png
Normal file
BIN
tex/images/2_prakticka_cast/shaper_calibrate_y.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 164 KiB |
Binary file not shown.
|
|
@ -65,6 +65,7 @@
|
|||
\usepackage{lineno}
|
||||
\usepackage[outputdir=out]{minted}
|
||||
\usepackage[toc,page]{appendix}
|
||||
\usepackage{longtable}
|
||||
|
||||
\lstset{ % nastavení
|
||||
% Definice jazyka použitého ve výpisech
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -1547,7 +1547,7 @@ FUNCTION {presort}
|
|||
'sort.key$ :=
|
||||
}
|
||||
ITERATE {presort}
|
||||
SORT
|
||||
%SORT
|
||||
STRINGS { longest.label }
|
||||
INTEGERS { number.label longest.label.width }
|
||||
FUNCTION {initialize.longest.label}
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -2,8 +2,8 @@
|
|||
\phantomsection
|
||||
\addcontentsline{toc}{chapter}{Úvod}
|
||||
|
||||
Technologie aditivní výroby (3D tisku) se v~posledních letech stává stále populárnější. Příchodem této technologie vznikla možnost vyrábět výrobky s~komplexnější geometrií než tomu bylo u~metod subtraktivních a~levnějším než u~technologií tvářecích. Tato technologie umožňuje ověřit návrh produktu ještě před tím než jsou vyrobené nástroje pro velkosériovou výrobu. Naopak pro malé série je tato technologie velmi vhodná, protože nevyžaduje výrobu nástrojů a~výrazně zkracuje dobu od návrhu po uvedení na trh.
|
||||
Technologie aditivní výroby (3D tisku) se v~posledních letech stává stále populárnější. Příchodem této technologie vznikla možnost vyrábět výrobky s~komplexnější geometrií, než tomu bylo u~metod subtraktivních a~levnějším, než u~technologií tvářecích. Tato technologie umožňuje ověřit návrh produktu ještě dříve, než jsou vyrobené nástroje pro velkosériovou výrobu. Naopak pro malé série je tato technologie velmi vhodná, protože nevyžaduje výrobu nástrojů a~výrazně zkracuje dobu od návrhu po uvedení na trh.
|
||||
|
||||
Technologií aditivní výroby je nespočet. Jsou to to například SLA (Stereolitography), která pomocí UV záření osvětluje a~tím vytvrzuje pryskyřici, SLS (Selective Laser Sintering), která pomocí laseru spéká polymerní prášek nebo nejpopulárnější z~nich FFF (Fused Filament Fabrication), která tiskne pomocí vytlačování roztaveného termoplastu z~trysky. Tato technologie výroby je nejvíce rozšířená díky nízkým pořizovacím nákladům a~jednoduché obsluze. Technologie FFF není pouze doménou průmyslu, ale i~domácích uživatelů, kteří si mohou tisknout vlastní výrobky.
|
||||
Technologií aditivní výroby je nespočet. Jsou to například SLA (Stereolitography), která pomocí UV záření osvětluje a~tím vytvrzuje pryskyřici, SLS (Selective Laser Sintering), která pomocí laseru spéká polymerní prášek nebo nejpopulárnější z~nich FFF (Fused Filament Fabrication), která tiskne pomocí vytlačování roztaveného termoplastu z~trysky. Tato technologie výroby je nejvíce rozšířená díky nízkým pořizovacím nákladům a~jednoduché obsluze. Technologie FFF není pouze doménou průmyslu, ale i~domácích uživatelů, kteří si mohou tisknout vlastní výrobky.
|
||||
|
||||
V oblasti 3D tisku se však běžně používají různé typy rektilineární kinematiky a 3D tiskárny s kinematikou SCARA jsou spíše raritou. Autor v rámci této práce vysvětlí základní principy 3D tisku, provede porovnání různých kinematik. Navrhne kompletní řešení konstrukce a implementuje kinematiku SCARA do jednoho z nejpoužívaňějších firmwarů 3D tiskáren -- klipperu. Zařízení nakonfiguruje a uvede do provozu.
|
||||
V oblasti 3D tisku se běžně používají různé typy rektilineárních kinematik a 3D tiskárny s kinematikou SCARA jsou spíše raritou. Autor v rámci této práce vysvětlí základní principy 3D tisku, provede porovnání různých kinematik. Navrhne kompletní řešení konstrukce a implementuje kinematiku SCARA do jednoho z nejpoužívaňějších firmwarů 3D tiskáren -- klipperu. Zařízení nakonfiguruje a uvede do provozu.
|
||||
|
|
@ -189,6 +189,8 @@ Toto uspořádání jak jedinné nevyužívá kartézských souřadnic, ale sou
|
|||
|
||||
Kinematika SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) je v~oblasti 3D tisku používaná jen zřídka. Uspořádání typu SCARA používá kartézský souřadnicový systém. Svým tvarem i~pohybem připomíná píšící paži. K~pohybu v~rovině XY využívá kinematika SCARA rameno rozdělené na dva segmenty, které jsou vzájemně spojeny kloubem (zvaný elbow -- loket). Rameno je pak připojeno dalším kloubem (zvaným shoulder -- rameno) k~dílu, který je upevněn k~základně tiskárny a~zajišťuje pohyb v~ose~Z. Na tomto dílu jsou upevněny dva motory zajišťující pohyb ramene v~rovině XY. K~pohybu v~ose Z~pak stačí jeden krokoý motor. Předností této kinematiky je relativně vysoká rychlost tisku a~její vhodnost pro použití v~průmyslu. Mezi její nevýhody patří relativně nízká kvalita tisku a~absence podpory kinematiky v~některých firmwarech. Příkladem tohoto uspořádání jsou tiskárny RepRap HELIOS a~x-scara.~\cite{all3dp_3d_printer_types}
|
||||
|
||||
O kinematice SCARA pojednává i praktická část této práce.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[height=0.25\textheight]{images/1_teoreticka_cast/scara-gs.png}
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -8,7 +8,7 @@ FreeCAD je univerzální parametrický modelovací systém vydaný pod licencí
|
|||
|
||||
Můj návrh tiskárny vychází z~projektu x-scara~\cite{x-scara}. Ve svém návrhu byly použity shodné rozměry hliníkových profilů, trapézových a~vodících tyčí. Vzhledem k~tomuto faktu se můj návrh projektu x-scara velmi podobá, ačkoliv můj návrh nevyužívá žádný díl z~tohoto projektu.
|
||||
|
||||
Model je rozdělen do sedmi. První je základna, druhou je rameno, třetí je tisková hlava, čtvrtou extruder (VORON M4), pátou displej a~šestou držák cívky filamentu.
|
||||
Model je rozdělen do sedmi částí. První je \textbf{základna}, druhou je \textbf{rameno}, třetí je \textbf{tisková hlava}, čtvrtou \textbf{extruder} (VORON M4), pátou \textbf{displej} a~šestou \textbf{držák cívky filamentu}. Sestava obsahující všechny tyto zmiňované části je zobrazena na obrázcích níže\ref{fig:overview}
|
||||
|
||||
Soubory ve formátu FCStd (zdrojové soubory modelů) jsou organizovány podle části, do které spadají. Pro generování souborů ve formátu STEP vhodného pro slicer slouží python skript, který využívá FreeCAD API. Tento skript postupně otevře, přepočítá a~exportuje všechny díly. Skript exportuje pouze ty objekty, které jsou obsažené v~kontejneru Std Part. Jako název souboru se volí název dílu, který obsahuje i~počet výtisků konkrétního dílu. K~výrobě tištěných dílů pak postačí adresář step a~soubory, které obsahuje.
|
||||
|
||||
|
|
@ -21,7 +21,7 @@ Soubory ve formátu FCStd (zdrojové soubory modelů) jsou organizovány podle
|
|||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\subsection{Základna}
|
||||
Základna je složena ze hliníkových profilů 20x20mm a~20x40mm. Na základnu je upevněno rameno, které se díky lineárně valivým ložiskům pohybuje po třech vodících tyčích o~průměru 8mm. V~horní části základny je upevněn krokový motor, který pomocí trapézové tyče o~průměru 8mm pohybuje ramenem v~ose Z. Druhá strana trapézové tyče je uložena v~ložisku ve spodní části základny.
|
||||
Základna je složena ze hliníkových profilů 20x20mm a~20x40mm. Na základnu je upevněno rameno, které se díky lineárně valivým ložiskům pohybuje po třech vodících tyčích o~průměru 8mm. V~horní části základny je upevněn krokový motor, který pomocí trapézové tyče o~průměru 8mm pohybuje ramenem v~ose Z. Druhá strana trapézové tyče je uložena v~ložisku ve spodní části základny. Základna je zobrazena na obrázcích níže \ref{fig:base}.
|
||||
|
||||
Pro spojení hliníkových profilů byla vybrána metodu "Blind Joint", která umožňuje pevné spojení dvou hliníkových profilů. Tato technika byla zvolena i~z důvodů snadnější montáže akrylové desky a~možnosti zapuštění elektroniky do rámu tiskárny.
|
||||
|
||||
|
|
@ -33,7 +33,7 @@ Pro spojení hliníkových profilů byla vybrána metodu "Blind Joint", která u
|
|||
\label{fig:base}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
V zadní části základny je umístěna skříň s~elektronickými komponentami tiskárny. Ta je od prostoru tiskárny oddělena akrylovou deskou, která je upevněna přítlakem DIN lišt. Pro upevnění elektronických komponent slouží tři DIN lišty \footnote{DIN lišta je standardizovaný ocelový profil, který slouží k upevnění modulárních přístrojů v~elektrických rozvaděčích} upevněné z~vnitřní části bočních hliníkových profilů. Elektronika je od okolí oddělena plastovými díly, které společně tvoří skříň, chránící před nechtěným dotykem. Uvnitř skříně najdeme upevněný zdroj, řídící desku, jednodeskový počítač Raspberry Pi a~sadu řadových svorek.
|
||||
V zadní části základny je umístěna skříň s~elektronickými komponentami tiskárny. Ta je od prostoru tiskárny oddělena akrylovou deskou, která je upevněna přítlakem DIN lišt. Pro upevnění elektronických komponent slouží tři DIN lišty \footnote{DIN lišta je standardizovaný ocelový profil, který slouží k upevnění modulárních přístrojů v~elektrických rozvaděčích} upevněné z~vnitřní části bočních hliníkových profilů. Elektronika je od okolí oddělena plastovými díly, které společně tvoří skříň, chránící před nechtěným dotykem. Uvnitř skříně najdeme upevněný zdroj, řídící desku, jednodeskový počítač Raspberry Pi a~sadu řadových svorek. Skříň s elektronikou je zobrazena na obrázcích níže \ref{fig:base-electronics}.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -57,7 +57,7 @@ Jak již bylo zmíněno v předchozí kapitole, tak byly využity krokové motor
|
|||
|
||||
\subsubsection{Řídící deska}
|
||||
|
||||
Řídící desku byla vybrána podle požadovaných parametrů a~ceny. Deska, která odpovídala všem požadavkům. Ačkoliv by pravděpodobně stačila řídící deska s 8-bitovým mikorokontrolérem (MCU) byl vybrán mikrokontrolér 32-bitový. 32-bitové MCU má několik nesporných výhod. Oproti 8-bitovým MCU mají řádově vyšší kmitočty a~pracují s většími registry, které umožňují uložení čísla v~pohyblivé řádové řádce, ve formátu binary32. 8-bitové MCU tak musí s desetinnými čísly a~registry pracovat výpočetně náročnějším způsobem. MCU s vyššími kmitočty také umožňuje větší rozlišení tisku (za stejný čas dokáže zpracovat více menších pohybů). U firmware Klipper to ovšem není zapotřebí, protože všechny výpočty se provádí v~klippy, který je spuštěn na mikropočítači a~mikrokontroléru data předává prostřednictvím RPC (Remote Procedure Call) mechanismu. Dalším požadavkem byla podpora "tichých" driverů tmc2209 se StallGard. Vzhledem k těmto požadavkům nejlépe vyhovovala poměrně rozšířená řídící deska BTT SKR 1.4 v~základní variantě.
|
||||
Řídící desku byla vybrána podle požadovaných parametrů a~ceny. Deska, která odpovídala všem požadavkům. Ačkoliv by pravděpodobně stačila řídící deska s 8-bitovým mikorokontrolérem (MCU) byl vybrán mikrokontrolér 32-bitový. 32-bitové MCU má několik nesporných výhod. Oproti 8-bitovým MCU mají řádově vyšší kmitočty a~pracují s většími registry, které umožňují uložení čísla v~pohyblivé řádové řádce, ve formátu binary32. 8-bitové MCU tak musí s desetinnými čísly a~registry pracovat výpočetně náročnějším způsobem. MCU s vyššími kmitočty také umožňuje větší rozlišení tisku (za stejný čas dokáže zpracovat více menších pohybů). U firmware Klipper to ovšem není zapotřebí, protože všechny výpočty se provádí v~klippy, který je spuštěn na mikropočítači a~mikrokontroléru data předává prostřednictvím RPC (Remote Procedure Call) mechanismu. Dalším požadavkem byla podpora "tichých"~driverů TMC2209 se StallGard. Vzhledem k těmto požadavkům nejlépe vyhovovala poměrně rozšířená řídící deska BTT SKR 1.4 v~základní variantě.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Mikropočítač}
|
||||
|
||||
|
|
@ -65,22 +65,22 @@ S firmwarem klipper se nejčastěji používají mikropočítače Raspberry Pi n
|
|||
|
||||
\subsubsection{Zapojení}
|
||||
|
||||
Při připojování jednotlivých komponent k řídící desce je potřeba být trochu kreativní. Důvodem je omezený počet výstupů řízených MOSFETem, které umožňují vypínání těchto výstupů nebo pulzně kódovou modulaci pro řízení otáček ventilátorů. Dvojice ventilátorů pro chlazení vytlačovaného filament a~ventilátory pro chlazení skříně s elektronikou jsou proto zapojené po dvojicích do na stejný výstup řídící desky.
|
||||
Důležitým poznatkem při připojování jednotlivých elektronických komponent 3D tiskárny k řídící desce je to, že není nutné využívat konektory dle označení konektoru. Na druhou stranu je třeba si dávat pozor, zda je daný pin například analogový nebo řízený MOSFETEm. Právě počet výstupů řízených MOSFETem bývá často omezený a proto lze připojit pouze omezený počet komponentů. MOSFETy se používají například pro řízení otáček ventilátoru pulzně kódovou modulací. Některé PINy na desce BTT SKR 1.4 neumožňují ani vypnutí výstupu, protože je napájecí konektor desky přímo propojen s daným pinem. Některé komponenty je tedy proto nutné zapojit do konektorů určené pro jiné použití a nebo připojit komponenty se stejnou funkcí na jeden výstup. Dobrým příkladem řešení tohoto problému, je připojení ventilátorů pro chlazení vytlačovaného filament a~ventilátory pro chlazení skříně s elektronikou po dvojicích na stejný výstup řídící desky.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\textwidth]{images/2_prakticka_cast/schema/schema_zapojeni.png}
|
||||
\caption[Schéma zapojení]{Schéma zapojení (komponenty v~rámečku se nachází mimo skříň s elektronikou nebo jsou přístupné z vně -- bez použití nástroje)}
|
||||
\caption[Schéma zapojení]{Schéma zapojení (komponenty v~rámečku se nachází mimo skříň s elektronikou nebo jsou z vnější strany přístupné -- bez použití nástroje)}
|
||||
\label{fig:schema-zapojeni}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\subsection{Rameno}
|
||||
|
||||
Nejzajímavější částí celé tiskárny je právě rameno, které se právě v~oblasti 3D tisku příliš neobjevuje. Tuto kinematiku používají spíše manipulátory nebo multifunkční stroje.
|
||||
Nejzajímavější částí celé tiskárny je právě rameno, které se právě v~oblasti 3D tisku příliš neobjevuje. Tuto kinematiku používají spíše manipulátory nebo multifunkční stroje. Rameno se skládá ze tří hlavních částí -- základny ramene a dvou propojených segmentů.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Základna ramene}
|
||||
|
||||
Základna ramene se skládá ze dvou téměř shodných dílů, které slouží k upevnění samotného ramene, upevnění k vodícím tyčím a~trapézovému šroubu. K upevnění těchto dvou dílů je použito 8 šroubů SHCS M3x16. K pohybu po postranních vodících tyčích slouží lineárně valivá ložiska LM8UU s nepohyblivým uložením s přesahem (platí i pro další ložiska, řemenice i další díly). K pohybu po středové tyči slouží ložisko LM8LUU. Na obou stranách tohoto ložiska jsou upevněna k dílu spojující rameno a~základnu ramena. Tyto ložiska mají shodné uložení jako ložiska předchozí. Rozdílem je, že jsou ještě zajištěna dvěmi šrouby ke spojovacímu dílu. Tento díl je pak spojen s základnou ramene dílem Arm\_Base\_Hub\_Top/Bottom. Základna ramene slouží i k upevnění dvou krokových motorů NEMA17 (motory A~a~B), které pohybují ramenem v~rovině XY. K hřídeli těchto motorů jsou upevněny dvě ozubené řemenice s 20 zuby.
|
||||
Základna ramene se skládá ze dvou téměř shodných dílů, které slouží k upevnění samotného ramene, upevnění k vodícím tyčím a~trapézovému šroubu. K upevnění těchto dvou dílů je použito 8 šroubů M3x16. K pohybu po postranních vodících tyčích slouží lineárně valivá ložiska LM8UU s nepohyblivým uložením s přesahem (platí i pro další ložiska, řemenice i další díly). K pohybu po středové tyči slouží ložisko LM8LUU. Na obou stranách tohoto ložiska jsou upevněna k dílu spojující rameno a~základnu ramena. Tyto ložiska mají shodné uložení jako ložiska předchozí. Rozdílem je, že jsou ještě zajištěna dvěmi šrouby ke spojovacímu dílu. Tento díl je pak spojen s základnou ramene dílem Arm\_Base\_Hub\_Top/Bottom. Základna ramene slouží i k upevnění dvou krokových motorů NEMA17 (motory A~a~B), které pohybují ramenem v~rovině XY. K hřídeli těchto motorů jsou upevněny dvě ozubené řemenice s 20 zuby.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -91,7 +91,7 @@ Základna ramene se skládá ze dvou téměř shodných dílů, které slouží
|
|||
|
||||
\subsubsection{Segment L1}
|
||||
|
||||
K výše popisované základně je připojen první segment ramene (shoulder/\(L_1\)). Segment ramene se skládá ze dvou protilehlých dílů spojenými čtyřmi šrouby SHCS M3x20. K pohybu tohoto ramene slouží dvě hřídele o průměru 8mm a~délkách 60~mm (v horní části) a~40~mm (ve spodní části). Ve třech otvorech v~těchto dílech jsou upevněna ložiska Do otvoru ve spodním dílu je upevněna řemenice se 60 zuby, které je také upevněna k spodní hřídeli a~slouží tak k pohybu prvního segmentu. Na hřídele je nasazen řemen GT2 6~mm o délce 280 mm. Převodový poměr těchto hřídelí je tedy 3:1. K horní hřídeli jsou upevněny dvě ozubené řemenice. Ty slouží k pohybu druhého segmentu (elbow/\(L_2\)). Řemenice v~horní části má 60 zubů a~tvoří tak společně s řemenicí na motoru převodový poměr 3:1. Druhá řemenice s 20 zuby upevněna ke spodní části hřídele (mezi díly prvního segmentu) a~spolu s první řemenicí tvoří převodový poměr 3:1. Celkový převodový poměr druhého segmentu ramene tak je 9:1.
|
||||
K výše popisované základně je připojen první segment ramene (shoulder/\(L_1\)). Segment ramene se skládá ze dvou protilehlých dílů spojenými čtyřmi šrouby M3x20 SHCS. K pohybu tohoto ramene slouží dvě hřídele o průměru 8mm a~délkách 60~mm (v horní části) a~40~mm (ve spodní části). Ve třech otvorech v~těchto dílech jsou upevněna ložiska Do otvoru ve spodním dílu je upevněna řemenice se 60 zuby, které je také upevněna k spodní hřídeli a~slouží tak k pohybu prvního segmentu. Na hřídele je nasazen řemen GT2 6~mm o délce 280 mm. Převodový poměr těchto hřídelí je tedy 3:1. K horní hřídeli jsou upevněny dvě ozubené řemenice. Ty slouží k pohybu druhého segmentu (elbow/\(L_2\)). Řemenice v~horní části má 60 zubů a~tvoří tak společně s řemenicí na motoru převodový poměr 3:1. Druhá řemenice s 20 zuby upevněna ke spodní části hřídele (mezi díly prvního segmentu) a~spolu s první řemenicí tvoří převodový poměr 3:1. Celkový převodový poměr druhého segmentu ramene tak je 9:1.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -102,7 +102,7 @@ K výše popisované základně je připojen první segment ramene (shoulder/\(L
|
|||
|
||||
\subsubsection{Segment L2}
|
||||
|
||||
K hřídeli na opačné straně je ze spodní strany upevněný druhý segment ramene (elbow/\(L_2\)). Tento segment je také tvořen dvěmi protilehlými díly, které jsou spojeny čtyřmi šrouby SHCS M3x20. Mezi těmito díly je i jeden další, který slouží k upnutí hřídele. Na konec tohoto segmentu je upevněna tisková hlava (toolhead), která je připevněna k segmentu ramene pomocí čtyř šroubů SHCS M3x10. Oba konce tohoto segmentu mají otvor na odvádění teplého vzduchu od heatbreaku.
|
||||
K hřídeli na opačné straně je ze spodní strany upevněný druhý segment ramene (elbow/\(L_2\)). Tento segment je také tvořen dvěmi protilehlými díly, které jsou spojeny čtyřmi šrouby M3x20 SHCS. Mezi těmito díly je i jeden další, který slouží k upnutí hřídele. Na konec tohoto segmentu je upevněna tisková hlava (toolhead), která je připevněna k segmentu ramene pomocí čtyř šroubů M3x10 SHCS. Oba konce tohoto segmentu mají otvor na odvádění teplého vzduchu od heatbreaku.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -113,7 +113,7 @@ K hřídeli na opačné straně je ze spodní strany upevněný druhý segment r
|
|||
|
||||
\subsection{Tisková hlava}
|
||||
|
||||
Toolhead se skládá z 5 tisknutých dílů. Prvním je díl sloužící k upevnění hotendu k rameni a~tvarem tak odpovídá použitému hotendu -- E3D V6. Ze zadní strany má otvor pro odvádění teplého vzduchu od chladiče hotendu. Tento díl slouží i k upevnění diferenciální infračervené sondy. Druhým dílem -- protikusem -- je díl, který upíná společně s první dílem upíná hotend. Po jeho stranách má prostor pro ventilátory a~vedení kabeláže. Dalším dílem je kryt tiskové hlavy, ke kterému jsou pomocí čtyřech šroubů SHCS M2x10 upevněny dva radiální ventilátory 4010, jejichž účelem je chlazení vytlačovaného materiálu (důležité zejména pro převislé části výrobků). K ventilátorům jsou upevněny vzduchové kanály, které jsou navrženy tak, aby v~nich nedocházelo k turbulencím a~byly tak co nejvíce účinné. Tyto dva díly jsou převzaté z modelu od uživatele \verb|@morencyam_223889| na serveru Printables \cite{morencyam_rook}. Třetí ventilátor je upevněn mezi krytem a~retainerem. Dva z těchto šroubů procházejí celou tiskovou hlavou a~upínají tak samotný hotend.
|
||||
Toolhead se skládá z 5 tisknutých dílů. Prvním je díl sloužící k upevnění hotendu k rameni a~tvarem tak odpovídá použitému hotendu -- E3D V6. Ze zadní strany má otvor pro odvádění teplého vzduchu od chladiče hotendu. Tento díl slouží i k upevnění diferenciální infračervené sondy. Druhým dílem -- protikusem -- je díl, který upíná společně s první dílem upíná hotend. Po jeho stranách má prostor pro ventilátory a~vedení kabeláže. Dalším dílem je kryt tiskové hlavy, ke kterému jsou pomocí čtyřech šroubů M2x10 SHCS upevněny dva radiální ventilátory 4010, jejichž účelem je chlazení vytlačovaného materiálu (důležité zejména pro převislé části výrobků). K ventilátorům jsou upevněny vzduchové kanály, které jsou navrženy tak, aby v~nich nedocházelo k turbulencím a~byly tak co nejvíce účinné. Tyto dva díly jsou převzaté z modelu od uživatele \verb|@morencyam_223889| na serveru Printables \cite{morencyam_rook}. Třetí ventilátor je upevněn mezi krytem a~retainerem. Dva z těchto šroubů procházejí celou tiskovou hlavou a~upínají tak samotný hotend.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -125,7 +125,7 @@ Toolhead se skládá z 5 tisknutých dílů. Prvním je díl sloužící k upevn
|
|||
|
||||
\subsubsection{Sonda}
|
||||
|
||||
Ze zadní strany tiskové hlavy je upevněna sonda sloužící k nastavení referenční polohy v~ose Z a~kalibraci v~ose Z. Soundou použitou na této tiskárně je diferenciální infračervená sonda OrmerodSensor V1.2 IR od společnosti Mellow. Tato sonda byla vybrána z několika podstatných důvodů. Jedním z nich je hmotnost, kterou je potřeba, zejména u SCARA kinematiky, co nejvíce redukovat. Tato sonda váží okolo 3g (výrobce neuvádí přesnou hmotnost). Dalším důvodem byla velikost (23,8~mm x 17,6~mm). Sondu lze upevnit ze zadní strany držáku pod 2. segment ramene a~nedochází tak k překročení pracovní teploty a~neomezuje výrobní prostor. Dalším kritériem byla kompatibilita s různými povrchy. Například oproti indukční sondě nevyžaduje kovovou tiskovou podložku nebo bed. Oproti mechanickým sondám není kompatibilní se zrcadly, lesklými hliníkovými a~PEI podložkami (není reflektivní pro IR záření). Ovšem ani to není limitující, protože zrcadlo lze nahradit sklem, hliníkové podložky často bývají eloxované. Při použití PEI podložky pomůže hrubší povrch nebo obarvení spodní strany matnou černou barvou. Další výhodou je absence mechanických částí, to zvyšuje přesnost a~opakovatelnost měření. Pro svoji funkci vyžaduje připojení napájecího napětí VCC 3,3~V nebo 5~V, GND a~jeden kabel pro signál. Výrobcem udávaná přesnost senzoru je 0.001~mm. Při detekování podložky ve vzdálenosti 2.5~mm je výstupní pin OUT nastaven na vysokou úroveň, tudíž je jeho rozhraní podobné mechanickým spínačům.
|
||||
Ze zadní strany tiskové hlavy je upevněna sonda sloužící k nastavení referenční polohy v~ose Z a~kalibraci v~ose Z. Sondou použitou na této tiskárně je diferenciální infračervená sonda OrmerodSensor V1.2 IR od společnosti Mellow. Tato sonda byla vybrána z několika podstatných důvodů. Jedním z nich je hmotnost, kterou je potřeba, zejména u SCARA kinematiky, co nejvíce redukovat. Tato sonda váží okolo 3g (výrobce neuvádí přesnou hmotnost). Dalším důvodem byla velikost (23,8~mm x 17,6~mm). Sondu lze upevnit ze zadní strany držáku pod 2. segment ramene a~nedochází tak k překročení pracovní teploty a~neomezuje výrobní prostor. Dalším kritériem byla kompatibilita s různými povrchy. Například oproti indukční sondě nevyžaduje kovovou tiskovou podložku nebo bed. Oproti mechanickým sondám není kompatibilní se zrcadly, lesklými hliníkovými a~PEI podložkami (není reflektivní pro IR záření). Ovšem ani to není limitující, protože zrcadlo lze nahradit sklem, hliníkové podložky často bývají eloxované. Při použití PEI podložky pomůže hrubší povrch nebo obarvení spodní strany matnou černou barvou. Další výhodou je absence mechanických částí, to zvyšuje přesnost a~opakovatelnost měření. Pro svoji funkci vyžaduje připojení napájecího napětí VCC 3,3~V nebo 5~V, GND a~jeden kabel pro signál. Výrobcem udávaná přesnost senzoru je 0.001~mm. Při detekování podložky ve vzdálenosti 2.5~mm je výstupní pin OUT nastaven na vysokou úroveň, tudíž je jeho rozhraní podobné mechanickým spínačům.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Termistor}
|
||||
|
||||
|
|
@ -137,7 +137,7 @@ Hotend byl zvolen V6 od společnosti E3D. Jeho předností je nejspíše jeho ce
|
|||
|
||||
\subsection{Extruder}
|
||||
|
||||
Jako extruder byl zvolen VORON M4. Tento extruder je kombinací několika různých projektů VORON komunity, ať už extruderů předchozích generací nebo direct-drive extruderů.
|
||||
Jako extruder byl zvolen VORON M4. Tento extruder je kombinací několika různých projektů VORON komunity, ať už extruderů předchozích generací nebo direct-drive extruderů. Výraznou komponentou tohoto extruderu je řemenice s 80 zuby, která je tištěna na 3D tiskárně. Společně s řemenicí na hřídeli motoru tvoří převodový poměr 4:1, který způsobuje větší točivý moment a tedy dokáže lépe překonat tření filamentu v PTFE trubičce a vytlačovat filament z trysky.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -149,11 +149,13 @@ Jako extruder byl zvolen VORON M4. Tento extruder je kombinací několika různ
|
|||
|
||||
\subsection{Display}
|
||||
|
||||
Kromě webového rozhraní fluidd lze 3D tiskárnu ovládat i pomocí dotykového displeje, kterým byla 3D tiskárna při návrhu vybavena. Displej je připojen k Raspberry Pi pomocí rozhraní, které přenáší nejen obraz, ale i
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\subfigure[Z přední strany]{\label{fig:toolhead-isometric-front}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Toolhead_Assembly_Isometric_Front.png}}
|
||||
\subfigure[Ze zadní strany]{\label{fig:toolheat-isometric-rear}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Toolhead_Assembly_Isometric_Rear.png}}
|
||||
\caption[Izometrický pohled na tiskovou hlavu]{Izometrický pohled na tiskovou hlavu~\cite{freecad}}
|
||||
\subfigure[Z přední strany]{\label{fig:toolhead-isometric-front}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Display_Assembly_Isometric_Front.png}}
|
||||
\subfigure[Ze zadní strany]{\label{fig:toolheat-isometric-rear}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Display_Assembly_Isometric_Rear.png}}
|
||||
\caption[Izometrický pohled na dotykový displej]{Izometrický pohled na dotykový displej~\cite{freecad}}
|
||||
\label{fig:toolhead}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
|
|
@ -191,17 +193,29 @@ Na tisk dílů byly použity 3 cívky filamentu. Dvě základní -- šedé -- ba
|
|||
|
||||
\subsubsection{Konstrukce tiskárny}
|
||||
|
||||
Prvním krokem ještě před zahájením stavby bylo odmaštění lineárně valivých ložisek od přepravního oleje v lázni s isopropanolem. Po odmaštění byla tato ložiska namazána mazivem. K tomuto účelu bylo použito plastické mazivo Mobilux EP2 o vizkoskozitě třídy 2 dle NLGI.
|
||||
Prvním krokem ještě před zahájením stavby bylo odmaštění lineárně valivých ložisek od přepravního oleje v lázni s isopropyl alkoholem. Po odmaštění byla tato ložiska namazána mazivem. K tomuto účelu bylo použito plastické mazivo Mobilux EP2 o vizkoskozitě třídy 2 dle NLGI.
|
||||
|
||||
Jako první je vhodné začít konstrukcí základny. K tomu jsou potřeba hliníkové profily 2x40x400~mm a 2x~20x20x. Do obou z profilů 20x40x400~mm je potřeba vyvrtat 2 otvory o průměru 4~mm, tak aby bylo se veše
|
||||
Jako první je vhodné začít konstrukcí základny. K tomu jsou potřeba hliníkové profily 2x40x400~mm a 2x~20x20x130~mm. Do obou z profilů 20x40x400~mm je potřeba vyvrtat 4 otvory o průměru 4~mm, tak aby bylo bylo možné dosáhnout šestihranným klíčem k hlavě šroubu a dotáhnout jej. Tiskárna totiž použává techniku zvanou "Blind Joint", kdy se do otvoru v připojovaném profilu navrtá závit, do kterého se částečně namontuje šroub, hlava šroubu se zasune do slotu druhého profilu a vyvrtaným otvorem se šroub utáhne. Tímto způsobem vznikne velice pevný spoj. U této techniky je potřeba dbát na pravoúhlý řez profilu, jinak by nemuselo jít rám složit nebo by se základna ramene nemohla pohybovat v ose Z plynule. Před smontováním těchto čtyřech profilů je potřeba přimontovat každou ze tří DIN lišt dvěmi upínacími díly. Následně možné postavit přední část základny
|
||||
|
||||
\subsubsection{Kalibrace tiskárny}
|
||||
\subsection{Kalibrace tiskárny}
|
||||
|
||||
První kalibraci, která byla po sestavení tiskárny provedena byla kalibrace extruderu. Tato kalibrace se provádí vytlačením určité délky filamentu extruderem a následným porovnáním se skutečně vytlačenou délkou.
|
||||
|
||||
\begin{verbatim}
|
||||
M83 ; Nastavení relativní vzdálenosti
|
||||
G1 E100 F60 ; Vytlačení 100~mm při rychlosti 1~mm/s (60~mm/min)
|
||||
\end{verbatim}
|
||||
|
||||
Poté se nová hodnota vypočítá následujícím způsobem:
|
||||
\begin{equation}
|
||||
rotation\_distance = rotation\_distance * \frac{actual\_extruded_length}{target\_extruded\_length} \si{\mm}
|
||||
\end{equation}
|
||||
|
||||
\subsection{Implementace kinematiky SCARA do Klipperu}
|
||||
% cSpell:disable-next-line
|
||||
Klipper je část firmwaru Klipper, která běží na počítači uvnitř 3D tiskárny, ke kterému je připojena řídící deska. Kód je napsán převážně v~jazyce Python, přičemž některé funkce jsou implementovány v~jazyce C. Volání těchto funkcí je realizováno použitím rozhraní CFFI (C Foreign Function Interface). Klippy slouží k~interpreataci výrobních instrukcí -- GCode, které jsou přeloženy na volání iterních metod. Tyto volání jsou odesílány po sběrnici USB do řídící desky, která například generuje pulzy pro krokové motory nebo spíná topná tělesa.~\cite{klipper_code_overview}
|
||||
|
||||
\subsection{Přímá a~inverzní kinematika}
|
||||
\subsubsection{Přímá a~inverzní kinematika}
|
||||
Kinematické transformace se používají k~převodu natočení kloubů na souřadnice koncového bodu (přímá transformace) a~naopak (inverzní transformace). Pro výpočet transformace je třeba znát délky ramen \(L_1\) a~\(L_2\), offsety ramen \(x_{offset}\) a~\(y_{offset}\) a~Elbow Crosstalk Ratio (ECR).
|
||||
|
||||
Elbow Crosstalk Ratio (převodový poměr řemenice v~ose ramene vůči řemenici v~ose kloubu) získáme dosazením počtu zubů řemenice ramene \(n_S\) a~počtu zubů řemenice v~kloubu \(n_E\).
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -2,19 +2,13 @@
|
|||
\phantomsection
|
||||
\addcontentsline{toc}{chapter}{Závěr}
|
||||
|
||||
V rámci semestrální práce se autor v~teoretické části věnoval principům a~výhodám aditivních výrobních procesů, konstrukci 3D tiskáren a~jejich komponentám. V~praktické části jsem se zabýval návrhem základny a~skříně s~elektronikou. Také jsem vytvořil skript, který generuje automaticky generuje tiskové soubory ve formátu 3MF (3D Manufacturing Format) vhodné pro slicer. Dále jsem se věnoval nastavení sliceru a~implementaci kinematiky SCARA do firmware Klipper.
|
||||
|
||||
V bakalářské práci se budu věnovat návrhu ramene a~tiskové hlavy. Dále implementuji kinematiku SCARA do firmware Klipper a~nakonec tiskárnu sestavím a~zkalibruji.
|
||||
|
||||
V bakalářské práci jsem realizoval návrh ramene, tiskové hlavy, displeje, držáku na cívku s filamentem.
|
||||
|
||||
V rámci teoretické části této bakalářské práce se autor zabýval 3D tiskem, přednostmi 3D tisku a vysvětlil základní principy technologie FFF. Důležitým tématem teoretické části bylo srovnání různých kinematik používaných v oblasti 3D tisku. Autor porovnal jejich výhody a nevýhody.
|
||||
|
||||
Tato práce se však věnuje návrhu a konstrukci 3D tiskárny s uspořádáním SCARA. Autor popsal použité komponenty a odůvodnil jejich výběr.
|
||||
|
||||
Autor navrhl všechny díly, ze kterých je tiskárna zkonstruována. Výjimku tvoří pouze extruder a vzduchové kanály pro chlazení dílu. Při návrhu autor vycházel z mechanismu použitého u tiskárny x-scara \cite{x-scara}.
|
||||
|
||||
Za cíl si kladl její vylepšení a to tak, že navrhne skříň s elektronikou v zadní části tiskárny a nebude přístupná dotyku a zároveň umožní montáž jednotlivých komponent přímo k tiskárně. To umožní společně s madlem její snadný transport v případě potřeby. Dalším hlediskem je i design tiskárny. Auto při návrhu dílů dbal na to, aby byl design tiskárny co nejvíce elegantní. Protože se jedná o experimentální kinematiku autor zvolil průhledný kryt skříně s elektronikou tak, aby byly vidět všechny komponenty a zároveň jejich vzájemné zapojení.
|
||||
Za cíl si kladl její vylepšení. Tato vylepšení spočívala v tom, že navrhne skříň s elektronikou v zadní části tiskárny, která bude zakrytovaná a nebude tak přístupná dotyku. Zároveň umožní montáž jednotlivých komponent přímo k tiskárně. To umožní společně s madlem její snadný transport v případě potřeby. Dalším hlediskem je i design tiskárny. Autor při návrhu dílů dbal na to, aby byl design tiskárny co nejvíce elegantní. Protože se jedná o experimentální kinematiku autor zvolil průhledný kryt skříně s elektronikou tak, aby byly vidět všechny komponenty a zároveň jejich vzájemné zapojení.
|
||||
|
||||
Po konstrukci tiskárny autor nainstaloval operační systém Debian na jednodeskový počítač Raspberry Pi 2b, nainstaloval firmware Klipper a další softwarové komponenty potřebné k řízení a ovládání tiskárny.
|
||||
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -1,6 +1,92 @@
|
|||
\chapter{Skripty}
|
||||
|
||||
\section{Skript pro generování 3MF souborů pro slicování}
|
||||
\label{appendix:generate_step_files}
|
||||
\chapter{Soupisy}
|
||||
|
||||
\inputminted[linenos=true,fontsize=\small]{python}{../prilohy/generate_step_files.py}
|
||||
\section{Soupis materiálu}
|
||||
|
||||
\setlength\LTleft{0pt}
|
||||
\setlength\LTright{0pt}
|
||||
\begin{longtable}{lc}
|
||||
\textbf{Položka} & \textbf{Množství} \\
|
||||
Hliníkový profil eloxovaný 20x40 400mm & 2 ks \\
|
||||
Hliníkový profil eloxovaný 20x20 130mm & 2 ks \\
|
||||
Hliníkový profil eloxovaný 20x20 60mm & 8 ks \\
|
||||
Vodící tyč 8mm 400mm & 3 ks \\
|
||||
Trapézová tyč Tr8/2 350 mm & 2 ks \\
|
||||
T-Nut Tr8/2 & 2 ks \\
|
||||
T-Nut 2020 M5 & 50 ks \\
|
||||
Závitová vložka M3x5x4 & 150 ks \\
|
||||
Závitová vložka M2x3x2 & 4 ks \\
|
||||
Závitová vložka M5x7x8 & 4 ks \\
|
||||
Šroub M5x10 BHCS (ISO 7380) & 4 ks \\
|
||||
Šroub M5x10 SHCS (ISO 4762)/BHCS (ISO 7380) & 60 ks \\
|
||||
Šroub M3x10 SHCS (ISO 4762) & 85 ks \\
|
||||
Šroub M3x12 SHCS (ISO 4762) & 36 ks \\
|
||||
Šroub M3x16 SHCS (ISO 4762) & 20 ks \\
|
||||
Šroub M3x20 SHCS (ISO 4762) & 14 ks \\
|
||||
Šroub M3x30 SHCS (ISO 4762) & 14 ks \\
|
||||
Šroub M3x55 SHCS (ISO 4762) & 3 ks \\
|
||||
Šroub M2x10 SHCS (ISO 4762) & 4 ks \\
|
||||
Flexible Shaft Coupling 8x5 mm & 1 ks \\
|
||||
8 mm rod 40 mm length (or hollow axis) & 1 ks \\
|
||||
8 mm rod 60 mm length (or hollow axis) & 1 ks \\
|
||||
8 mm rod 80 mm length (or hollow axis) & 1 ks \\
|
||||
Lineárně valivé ložisko LM8UU & 4 ks \\
|
||||
Lineárně valivé ložisko LM8LUU & 1 ks \\
|
||||
Radiální kuličkové ložisko 623 (OD10/ID3/T4) & 6 ks \\
|
||||
Radiální kuličkové ložisko 6002 (OD32/ID15/T9) & 2 ks \\
|
||||
Radiální kuličkové ložisko 608 (OD22/ID8/T7) & 6 ks \\
|
||||
2GT 280 mm uzavřený řemen (6mm) & 3 ks \\
|
||||
2GT ID 5 mm kladka 20 zubů & 2 ks \\
|
||||
2GT ID 8 mm kladka 20 zubů & 1 ks \\
|
||||
2GT ID 3 mm napínací kladka 20 zubů & 2 ks \\
|
||||
2GT ID 3 mm napínací kladka bez zubů & 2 ks \\
|
||||
2GT ID 8 mm kladka 60 zubů & 3 ks \\
|
||||
Termistor NTC 100k B3950 & 1 ks \\
|
||||
Řídící deska BTT SKR 1.4 & 1 ks \\
|
||||
Driver BTT TMC2209 & 4 ks \\
|
||||
Displej BTT PiTFT43 & 1 ks \\
|
||||
Motor krokový NEMA17 (extruder) & 1 ks \\
|
||||
Motor krokový NEMA17 (osy) & 3 ks \\
|
||||
Zdroj 12V 25A & 1 ks \\
|
||||
Ventilátor 3010 & 1 ks \\
|
||||
Ventilátor 4010 & 2 ks \\
|
||||
Topné těleso 12V 50W & 1 ks \\
|
||||
Hotend E3D V6 & 1 ks \\
|
||||
Skleněná trubičková pojistka 2,5 A & 2 ks \\
|
||||
Kabel CYA 0,75 mm2 světle modrý & 1 m \\
|
||||
Kabel CYA 0,75 mm2 černý & 1 m \\
|
||||
Kabel CYA 0,75 mm2 zelenožlutý & 1 m \\
|
||||
Kabel UL1332 0.34 mm2 červený & 10 m \\
|
||||
Kabel UL1332 0.34 mm2 černý & 10 m \\
|
||||
Kabel UL1332 0.34 mm2 zelený & 10 m \\
|
||||
Kabel UL1332 0.34 mm2 modrý & 10 m \\
|
||||
Kabel UL1332 0.75 mm2 červený & 10 m \\
|
||||
Kabel UL1332 0.75 mm2 černý & 10 m \\
|
||||
Kabel UTP Cat5E & 1 m \\
|
||||
Konektor s pojistkou (IEC 60320 C13) & 1 ks \\
|
||||
Kolébkový vypínač & 1 ks \\
|
||||
Keystone RJ45 Cat5E & 1 ks \\
|
||||
Konektor RJ45 Cat5E & 1 ks \\
|
||||
Konektor XH2.5 (2pin) & 7 ks \\
|
||||
Konektor XH2.5 (3pin) & 1 ks \\
|
||||
Konektor XH2.5 (4pin) & 4 ks \\
|
||||
Konektor XH2.5 (6pin) & 4 ks \\
|
||||
Konektor DuPont 2.54mm (1pin) & 1 ks \\
|
||||
Konektor DuPont 2.54mm (3pin) & 1 ks \\
|
||||
Faston RF-F 608P & 4 ks \\
|
||||
Faston RF-F 408P & 3 ks \\
|
||||
Dutinky 0,5 mm2 & 8 ks \\
|
||||
Vidlice kabelová 0,75 mm2 & 5 ks \\
|
||||
Ventilátor 60x60x15 mm & 2 ks \\
|
||||
Mosazné distanční sloupky M3 (4mm) & 10 ks \\
|
||||
Mosazné distanční sloupky M3 (25mm) & 4 ks \\
|
||||
DIN lišta TS 35X7.5 1M/ST/ZN & 1 m \\
|
||||
MicroSD karta (RPi + MCU) & 2 ks \\
|
||||
Nylonová struna & 2 m \\
|
||||
PTFE trubička (OD 4mm ID 2mm) & 1 m \\
|
||||
ASA 850g šedá & 2 ks \\
|
||||
ASA 850g modrá & 1 ks
|
||||
\end{longtable}
|
||||
|
||||
\section{Soupis dílů}
|
||||
|
|
|
|||
Loading…
Reference in a new issue