Backup

.vscode/settings.json

@@ -29,6 +29,7 @@
         "Klippy",
         "logotypu",
         "MCPCB",
+        "mikorokontrolérem",
         "Mikrokontroler",
         "mikrokontrolerem",
         "PETG",

tex/literatura.bib

@@ -217,4 +217,13 @@
   issn           = {2076-3417},
   abstract       = {The persistent challenge of adhesion in Fused Filament Fabrication (FFF) technology is deeply rooted in the mechanical and chemical properties of utilized materials, necessitating the exploration of potential resolutions. This involves adjustments targeting the interplay of printing parameters, the mechanical fortification of print beds, and the integration of more adhesive materials, resonating across user levels, from enthusiasts to complex industrial configurations. An in-depth investigation is outlined in this paper, detailing the plan for a systematically designed device. Engineered for FFF device installation, the device facilitates the detachment of printed models, while precisely recording the detachment process, capturing the maximum force, and its progression over time. The primary objective is fabricating a comprehensive measurement apparatus, created for adhesion assessment. The device is adaptable across diverse FFF machines and print bed typologies, conforming to pre-defined conditions, with key features including compactness, facile manipulability, and capacity for recurrent measurements. This pursuit involves evaluating adhesion levels in prints made from diverse materials on varying print bed compositions, aiming to establish a comprehensive database. This repository facilitates judicious material and bed type selection, emphasizing maximal compatibility. Emphasis is placed on operating within a thermally stable context, a pivotal prerequisite for consistent and reproducible results.},
   doi            = {10.3390/app14020945}
+}
+
+@misc{morencyam_rook,
+  autor = {{morencyam}},
+  title = {Mini StealthBurner E3D v6 Bowden - Rook},
+  year = {2023},
+  annotate = {[online]},
+  url = {https://www.printables.com/model/515195-mini-stealthburner-e3d-v6-bowden-rook},
+  note = {[cit. 2025-6-2]}
 }

tex/prace.tex

@@ -59,6 +59,7 @@
 \usepackage{comment}
 \usepackage{siunitx}
 \usepackage{svg}
+\usepackage{subfigure}
 \usepackage{float}
 \usepackage[justification=centering]{caption}
 \usepackage{lineno}

tex/text/3_prakticka_cast.tex

@@ -1,6 +1,6 @@
 \chapter{Praktická část}
 
-\section{3D model}
+\section{Části 3D tiskárny}
 Pro modelování dílů jsem se rozhodl použít CAD software FreeCAD. Pro tento CAD jsem se rozhodl proto, že je open source a~tedy dostupný pro každého, kdo jej chce používat. Software FreeCAD byl nedávno vydán ve verzi 1.0, což ve světě open-source mj. znamená připravenost pro použití v~praxi.
 
 FreeCAD je univerzální parametrický modelovací systém vydaný pod licencí LGPL, tudíž jej lze libovolně šířit a~modifikovat. FreeCAD je také multiplatformní, tudíž jej lze používat v~operačních systémech Windows, Linux i~MacOS. FreeCAD je napsán v~jazyce C++ a~pro manipulaci s~geometrií využívá knihovny OpenCASCADE. FreeCAD lze jej rozšiřovat pomocí zásuvných modulů (pluginů). FreeCAD též umožňuje psaní vlastních skriptů v~jazyce Python a~nahrávání vlastních maker.~\cite{FreeCAD_wiki}
@@ -17,10 +17,10 @@ Základna je složena ze hliníkových profilů 20x20mm a~20x40mm. Na základnu
 Pro spojení hliníkových profilů jsem zvolil metodu "Blind Joint", která umožňuje pevné spojení dvou hliníkových profilů. Tuto techniku jsem zvolil i~z důvodů snadnější montáže akrylové desky a~možnosti zapuštění elektroniky do rámu tiskárny.
 
 \begin{figure}[H]
-    \centering
-    \includegraphics[width=0.75\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Isometric.png}
-    \caption[Náhled konstrukce základny]{Náhled konstrukce základny (v zadní části základny je umístěna skříň s~elektronikou)~\cite{freecad}}
-    \label{fig:base}
+\centering
+\includegraphics[width=0.9\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Isometric.png}
+\caption[Náhled konstrukce základny]{Náhled konstrukce základny (v zadní části základny je umístěna skříň s~elektronikou)~\cite{freecad}}
+\label{fig:base}
 \end{figure}
 
 \subsection{Skříň s~elektronikou}
@@ -28,26 +28,82 @@ Pro spojení hliníkových profilů jsem zvolil metodu "Blind Joint", která umo
 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 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.
 
 \begin{figure}[H]
-    \centering
-    \includegraphics[width=0.75\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Rear.png}
-    \caption[Náhled konstrukce skříně s~elektronikou]{Náhled konstrukce skříně s~elektronikou (pohled ze stran)~\cite{freecad}}
-    \label{fig:base-rear}
+\centering
+\subfigure[S krycím panelem]{\label{fig:base-rear-a}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Rear.png}}
+\subfigure[Bez krycího panelu]{\label{fig:base-rear-b}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Rear_without_Cover.png}}
+\caption[Náhled konstrukce skříně s~elektronikou]{Náhled konstrukce skříně s~elektronikou (pohled ze zadu)~\cite{freecad}}
+\label{fig:base-rear}
 \end{figure}
 
 % cSpell:ignore PITFT, SHCS, IEC, C14
-Po obvodu skříně jsou upevněny další části tiskárny. Jednou z~nich je dotykový displej BTT PITFT43, který je ke konstrukci skříně upevněn na pohyblivém pantu. Tento pant je realizován pomocí dílu upevněného ke skříni, zadní části krytu displeje, vložky pro jeho dotažení a~šroubu SHCS M3x60. V~přední části se také nachází kolébkový spínač pro spínání napájení celé tiskárny. Pod spínačem se nachází jeden z~ventilátorů jehož účelem je nasát chladný vzduch do skříně. Na opačné straně v~horní části je též upevněn ventilátor, který naopak odsává teplý vzduch. Na opačné straně displeji je též upevněn keystone s~RJ-45 konektorem pro připojení tiskárny do počítačové sítě. Pod ním se ještě nachází napájecí konektor IEC 60320 C14 s~tavnou pojistkou.
+Po obvodu skříně jsou upevněny další části tiskárny. Jednou z~nich je dotykový displej BTT PITFT43, který je ke konstrukci skříně upevněn na pohyblivém pantu. Tento pant je realizován pomocí dílu upevněného ke skříni, zadní části krytu displeje, vložky pro jeho dotažení a~šroubu SHCS M3x55. Tento pant je upevněn pomocí tří šroubů k panelu. V panelu se nachází otvor pro DSI kabel. V~přední části se také nachází kolébkový přepínač pro spínání napájení celé tiskárny. Vedle něho se nachází slot pro USB konektor pro připojení akcelerometru. Nad spínačem a~USB slotem se nachází jeden z~ventilátorů jehož účelem je nasát chladný vzduch do skříně. Na opačné straně v~horní části je též upevněn ventilátor, který naopak odsává teplý vzduch. Na opačné straně displeji je též upevněn keystone s~RJ-45 konektorem pro připojení tiskárny do počítačové sítě. Vedle něho se ještě nachází napájecí konektor IEC 60320 C14 s~pojistkou.
 
 \begin{figure}[H]
-    \centering
-    \includegraphics[width=0.75\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Sides.png}
-    \caption[Náhled konstrukce skříně s~elektronikou (ze stran)]{Náhled konstrukce skříně s~elektronikou (ze stran)~\cite{freecad}}
-    \label{fig:base-sides}
+\centering
+\subfigure[Z levé strany]{\label{fig:base-sides-a}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Left.png}}
+\subfigure[Z pravé strany]{\label{fig:base-sides-b}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Base_Right.png}}
+\caption[Náhled konstrukce skříně s~elektronikou (ze stran)]{Náhled konstrukce skříně s~elektronikou (ze stran)~\cite{freecad}}
+\label{fig:base-sides}
 \end{figure}
 
+\subsubsection{Zdroj}
+
+
+
+\subsubsection{Řídící deska}
+
+Řídící desku jsem vybíral podle požadovaných parametrů a ceny. Deska, která odpovídala všem požadavkům. Ačkoliv by pravděpodobně stačila řídící deska s 8-bitovým mikorokontrolérem (MCU) vybral jsem 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 desetinými 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 mikoropočítači a mikrokontroleru data předává prostřednictvím RPC (Remote Procedure Call) mechanismu. Dalším požadavkem byla podpora "tichých" driverů tmc2209 se stallguard. Vzhledem k těmto požadavkům nejlépe vyhovovala poměrně rozšířená řídící deska BTT SKR 1.4 v základní variantě.
+
+\subsubsection{Mikropočítač}
+
+S firmwarem klipper se nejčastěji používají mikropočítače Raspberry Pi nebo jeho klony. Některé desky dokonce umožňují přímé připojení Raspberry Pi Compute Module. Pro tuto tiskárnu jsem použil mikropočítač Raspberry Pi 2b V1.1, který jsem měl doma.
+
+\subsubsection{Zapojení}
+
+Při připojování jednotlivých komponent je potřeba být trošku 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.
+
+\begin{figure}[H]
+\centering
+\includegraphics[width=\textwidth]{images/2_prakticka_cast/schema/schema_zapojeni.png}
+\caption[Schéma zapojení]{Schéma zapojení}
+\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.
+
+\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 ma shodné uložení jako ložiska předchozí s tím rozdílem, že jsou ještě zajištěna dvěma 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) sloužící k pohybu ramena v rovině XY. K hřídeli těchto motorů jsou upevněny dvě ozubené řemenice s 20 zuby.
+
+\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 6mm 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.
+
+\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.
+
+\subsection{Toolhead}
+
+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 heatbreaku. 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.
+
+\subsubsection{Sonda}
+
+Ze zadní strany tisková 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. Tuto sondu jsem vybral z několika podstatných důvodů. Jedním z nich je homotnost, 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 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 jednoho 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}
+
+Jako termistor jsem zvolil NTC 100K B3950 v pouzdře 3x15~mm. Tento termistor je vhodný po měření teplot od -50~$^{\circ}$C až 280~$^{\circ}$C, tudíž je vhodný pro tuto aplikaci. Zároveň je tento termistor velice levný (například oproti termočlánku PT100 nebo PT1000).
+
+\subsubsection{Hotend}
+
+Hotend jsem zvolil E3D V6. Jeho předností je nejspíše jeho cena a dostupnost trysek, protože V6 hotend je dnes jedním z nejrozšířenějších hotendů na trhu. V základní konfiguraci se řadí mezi tzv. all-metal hotendy. Jejich výhodou je vyšší teplota tisku než hotendy bez heatbreaku nebo heatbreakem s PTFE vložkou, které umožňují tisk materiálů s teplotou tání do 230$^{\circ}$C. Nevýhodou zase může být častější ucpávání trysky vlivem jevu zvaným "heat creep", kdy dochází k ohřívání částí hotendu výše nad topným blokem. To způsobuje  Dnes se vyrábí heatbreaky bi-metalové a keramické, které do jisté míry redukují oba z těchto nedostatků. Dalším jistým nedostatkem je oproti jiným hotendům náchylnost poškození například nárazem do tiskové podložky. Některé hotendy mají upevněný topný blok k chladiči, které mimo vyšší mechanické odolnosti umožňují i jednodušší výměnu trysky a pevné upevnění k tiskové hlavě.
 
 \section{Tisk}
 
-Nastavení sliceru vychází z~nastavení doporučeného projektu Voron. Jedná se tedy následující nastavení:
+Nastavení tisku ve sliceru vychází z~nastavení doporučeného projektu Voron. Jedná se tedy následující nastavení:
 
 \begin{itemize}
     \item Výška vrstvy: \textbf{0,2mm}
@@ -58,7 +114,7 @@ Nastavení sliceru vychází z~nastavení doporučeného projektu Voron. Jedná
     \item Plných vrstev: \textbf{5 vrchních}, \textbf{5 spodních}
 \end{itemize}
 
-Doporučenými materiály pro tisk jsou: \textbf{ASA}, ABS nebo PETG.
+Doporučenými materiály pro tisk jsou: \textbf{ASA}, ABS nebo PETG. Použité nastavení pro tisk je vyznačeno tučně.
 
 \section{Implementace kinematiky SCARA do Klipperu}
 % cSpell:disable-next-line
@@ -130,7 +186,7 @@ Dalším krokem je výpočet vzdálenosti od počátku.
 
 \begin{equation}
     % cSpell:disable-next-line
-    hypot = \sqrt{x^2 + y^2}
+    hypot = \sqrt{x^2 + y^2} [\si{\mm}]
 \end{equation}
 
 Dále se vypočítají úhly ramen \(\phi_E\) (elbow) a~\(\phi_S\) (shoulder).

tex/text/4_zaver.tex

@@ -4,4 +4,4 @@
 
 V rámci semestrální práce jsem se 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, tiskové hlavy a~vyhřívané podložky. Dále implementuji kinematiku SCARA do firmware Klipper a~nakonec tiskárnu sestavím, zkalibruji a~otestuji.
+V bakalářské práci se budu věnovat návrhu ramene a tiskové hlavy. Dále implementuji kinematiku SCARA do firmware Klipper a~nakonec tiskárnu sestavím a zkalibruji.

tex/text/5_zkratky.tex

@@ -17,5 +17,7 @@
 	\acro{SLA}{Stereolithography -- Stereolitografie}
 	\acro{SLS}{Selective Laser Sintering -- Selektivní spékání laserem}
 	\acro{TCP}{Tool Center Point -- Poloha koncového bodu}
+	\acro{MCU}{Microcontroller Unit -- Mikrokontrolér}
+	\acro{RPC}{Remote Procedure Call -- Vzdálené volání procedur}
 
 \end{acronym}