Dokončená obhajoba

This commit is contained in:
Tomáš Batelka 2025-06-11 01:17:26 +02:00
parent 5fee80969c
commit f59b8e018b
37 changed files with 496 additions and 231 deletions

24
.vscode/settings.json vendored
View file

@ -10,10 +10,14 @@
"MD024": false "MD024": false
}, },
"cSpell.words": [ "cSpell.words": [
"ADXL",
"affordances", "affordances",
"BHCS",
"bowden", "bowden",
"Butadien", "Butadien",
"Creality", "Creality",
"DCDC",
"driverů",
"drivery", "drivery",
"drybox", "drybox",
"dvěmi", "dvěmi",
@ -21,12 +25,20 @@
"extruderu", "extruderu",
"extruderů", "extruderů",
"Extrudery", "Extrudery",
"Faston",
"filamentu", "filamentu",
"filamentů", "filamentů",
"ghostingu",
"gyroid", "gyroid",
"heatbreakem",
"heatbreaku",
"heatbreaky",
"heatsink", "heatsink",
"hotend", "hotend",
"hotendu", "hotendu",
"hotendů",
"hotendům",
"hotendy",
"Izometrický", "Izometrický",
"Klipper", "Klipper",
"Klipperu", "Klipperu",
@ -38,21 +50,31 @@
"mikrokontrolér", "mikrokontrolér",
"mikrokontrolerem", "mikrokontrolerem",
"mikrokontroléru", "mikrokontroléru",
"MOSFET",
"MOSFETech",
"PETG", "PETG",
"pluginů", "pluginů",
"PMMA",
"polyetherimid", "polyetherimid",
"polyimidová", "polyimidová",
"PTFE", "PTFE",
"Pythonu", "Pythonu",
"reflektivní",
"Rektilineární", "Rektilineární",
"rektilineárních",
"retainerem",
"SCARA", "SCARA",
"shaperu",
"SHCS",
"sliceru", "sliceru",
"Stereolithography", "Stereolithography",
"Stereolitography",
"stringování", "stringování",
"Styren", "Styren",
"texturované", "texturované",
"Voron", "Voron",
"vytláčení" "vytláčení",
"zakrytována"
], ],
"latex-workshop.latex.tools": [ "latex-workshop.latex.tools": [
{ {

View file

@ -1 +0,0 @@
,vofy,poseidon,04.06.2025 09:32,file:///home/vofy/.config/libreoffice/4;

Binary file not shown.

218
splash-image.svg Normal file

File diff suppressed because one or more lines are too long

After

Width:  |  Height:  |  Size: 1.1 MiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 358 KiB

After

Width:  |  Height:  |  Size: 88 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 474 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 465 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 34 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 43 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 63 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 232 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 35 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 114 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 121 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 44 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 58 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 38 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 141 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 37 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 66 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 163 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 194 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 264 KiB

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 314 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 928 KiB

View file

@ -144,13 +144,13 @@
note = {[cit. 2025-1-5]} note = {[cit. 2025-1-5]}
} }
@misc{guicol_polar_printer_concept, @misc{tomsguide_polar-3d,
author = {{guicol}}, author = {Richard Baguley},
title = {Received a ton of constructive criticism on my crude polar-3D Printer design. Redesigned it with improvements.}, title = {Polar 3D — 3D Printer Review},
annote = {[online]}, annote = {[online]},
year = {2023}, year = {2015},
note = {[cit. 2025-1-4]}, note = {[cit. 2025-1-5]},
url = {https://www.reddit.com/r/3Dprinting/comments/16dsugh/received_a_ton_of_constructive_criticism_on_my/} url = {https://www.tomsguide.com/us/polar-3d-printer,review-3206.html}
} }
@misc{all3dp_direct_vs_bowden, @misc{all3dp_direct_vs_bowden,

View file

@ -104,7 +104,7 @@
\academicyear{2024/25} \academicyear{2024/25}
%%% Datum obhajoby (uplatní se pouze v prezentaci k obhajobě) %%% Datum obhajoby (uplatní se pouze v prezentaci k obhajobě)
\date{14.\,1.\,2025} \date{17.\,6.\,2025}
%%% Místo obhajoby %%% Místo obhajoby
% Na titulních stránkách bude automaticky vysázeno VELKÝMI písmeny (pokud tyto stránky sází šablona) % Na titulních stránkách bude automaticky vysázeno VELKÝMI písmeny (pokud tyto stránky sází šablona)

View file

@ -103,8 +103,8 @@
\end{minipage} \end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.49\textwidth} \begin{minipage}[t]{0.49\textwidth}
\begin{figure} \begin{figure}
\includegraphics[height=0.6\textheight]{images/1_teoreticka_cast/scara.png} \includegraphics[height=0.6\textheight]{images/2_prakticka_cast/Master_Assembly_Isometric_Front.png}
\caption{3D tiskárna x-scara} \caption{3D tiskárna FEKT-SCARA}
\label{fig:x-scara} \label{fig:x-scara}
\end{figure} \end{figure}
\end{minipage} \end{minipage}
@ -116,44 +116,75 @@
% nadpis snímku % nadpis snímku
\frametitle{Cíle práce} \frametitle{Cíle práce}
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Seznámit se s kinematikou SCARA {\color{green}\faIcon{check}} \item Teoretická část
\item Provést srovnání kinematik FFF 3D tiskáren {\color{green}\faIcon{check}} \begin{itemize}
\item Navrhnout konstrukční řešení SCARA 3D tiskárny {\color{orange}\faIcon{hourglass-half}} \item Seznámit se s kinematikou SCARA {\color{green}\faIcon{check}}
\begin{itemize} \item Provést srovnání kinematik FFF 3D tiskáren {\color{green}\faIcon{check}}
\item Základna {\color{green}\faIcon{check}} \end{itemize}
\item Skříň se elektronikou {\color{green}\faIcon{check}} \item Praktická část
\item Rameno \begin{itemize}
\item Toolhead \item Navrhnout konstrukční řešení SCARA 3D tiskárny {\color{green}\faIcon{check}}
\end{itemize} \item Vybrat komponenty pro stavbu 3D tiskárny {\color{green}\faIcon{check}}
\item Vybrat komponenty pro stavbu 3D tiskárny {\color{orange}\faIcon{hourglass-half}} \item Implementovat kinematiku do firmwaru Klipper {\color{green}\faIcon{check}}
\item Implementovat kinematiku do firmwaru Klipper {\color{orange}\faIcon{hourglass-half}} \item Sestavit 3D tiskárnu, zkalibrovat a otestovat ji {\color{green}\faIcon{check}}
\item Sestavit 3D tiskárnu, zkalibrovat a otestovat ji \end{itemize}
\end{itemize} \end{itemize}
\end{frame} \end{frame}
%%%%%%%%%%%%%
\begin{frame}
\frametitle{Konstrukce}
\begin{minipage}[t]{0.7\textwidth}
\begin{figure}
\begin{itemize}
\item 45 navržených modelů
\item Celkem 66 tisknutých dílů (z toho 9 převzatých)
\begin{itemize}
\item Rameno: 11 dílů
\item Základna: 35 dílů
\item Displej: 6 dílů
\item Extruder: 8 dílů (7 převzatých)
\item Držák tiskové struny: 1 díl
\item Tisková hlava: 5 dílů (2 převzaté)
\end{itemize}
\item 12 hliníkových profilů V-slot
\begin{itemize}
\item 2~×~2040 (\(\leftrightarrow\) 400~mm)
\item 2~×~2020 (\(\leftrightarrow\) 130~mm)
\item 8~×~2020 (\(\leftrightarrow\) 60~mm)
\end{itemize}
\end{itemize}
\end{figure}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.29\textwidth}
\begin{figure}
\includegraphics[height=0.4\textheight]{images/obhajoba/blind-joint.png}
\caption{Blind joint}
\label{fig:blind-joint}
\end{figure}
\end{minipage}
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%
\begin{frame} \begin{frame}
\frametitle{FreeCAD} \frametitle{Modely dílů}
\begin{minipage}[t]{0.49\textwidth} \begin{minipage}[t]{0.49\textwidth}
\begin{itemize} \begin{figure}
\item Open-source parametrický CAD \includegraphics[height=0.6\textheight]{images/obhajoba/floating-hole-cad.png}
\item Umožňuje skriptování a tvorbu maker v Pythonu \caption{Plovoucí otvor}
\item Použité pracovní plochy (workbenches) \label{fig:floating-hole-cad}
\begin{itemize} \end{figure}
\item Assembly
\item Part
\item Part Design
\item Sketcher
\end{itemize}
\end{itemize}
\end{minipage} \end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.49\textwidth} \begin{minipage}[t]{0.49\textwidth}
\begin{figure} \begin{figure}
\includegraphics[height=0.6\textheight]{images/obhajoba/freecad-1_1.png} \includegraphics[height=0.6\textheight]{images/obhajoba/floating-hole-slicer.png}
\caption{Prostředí programu FreeCAD} \caption{Plovoucí otvor ve sliceru}
\label{fig:freecad} \label{fig:floating-hole-slicer}
\end{figure} \end{figure}
\end{minipage} \end{minipage}
@ -162,83 +193,117 @@
%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%
\begin{frame} \begin{frame}
\frametitle{FEKT-SCARA} \frametitle{Tiskárna}
\begin{columns}[onlytextwidth,b] \begin{columns}[onlytextwidth,b]
\begin{column}{0.3\textwidth} \begin{column}{0.4\textwidth}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[width=\textwidth]{images/obhajoba/Base_Isometric.png} \includegraphics[width=\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Master_Assembly_Isometric_Front.png}
\caption{\centering{Isometrický pohled}} \caption{\centering{Izometrický pohled z přední strany}}
\label{fig:frame-isometric} \label{fig:frame-isometric}
\end{figure} \end{figure}
\end{column} \end{column}
\begin{column}{0.3\textwidth} \begin{column}{0.4\textwidth}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[width=\textwidth]{images/obhajoba/Base_Isometric_Back.png} \includegraphics[width=\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Master_Assembly_Isometric_Rear.png}
\caption{\centering{Isometrický pohled zezadu}} \caption{\centering{Izometrický pohled ze zadní strany}}
\label{fig:frame-isometric-back} \label{fig:frame-isometric-back}
\end{figure} \end{figure}
\end{column} \end{column}
\begin{column}{0.35\textwidth}
\begin{figure}[H]
\includegraphics[width=\textwidth]{images/obhajoba/Base_Display.png}
\caption{\centering{Podrobný pohled displej}}
\label{fig:frame-display}
\end{figure}
\end{column}
\end{columns} \end{columns}
\end{frame} \end{frame}
%%%%%%%%%%%%%
\begin{frame}
\frametitle{Rameno}
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[height=0.6\textheight]{images/obhajoba/Arm_Assembly_Isometric_Front.png}
\caption{Izometrické zobrazení ramene}
\label{fig:arm}
\end{figure}
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%
\begin{frame} \begin{frame}
\frametitle{Elektronika} \frametitle{Elektronika}
\centering \centering
\begin{minipage}[t]{0.49\textwidth} \begin{minipage}[t]{0.74\textwidth}
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Řídící deska: \textbf{BTT SKR 1.4} \item Řídící deska: \textbf{BTT SKR 1.4} + \textbf{BTT DCDC MODE}
\item Mikropočítač: \textbf{Raspberry Pi 3b} \item Driver: 4\(\times\)\textbf{BTT TMC2209}
\item Zdroj: \textbf{Mean Well UHP-200-24} \item Mikropočítač: \textbf{Raspberry Pi 2b}
\item Ventilátory: \textbf{24V 40x40mm} \item Zdroj: \textbf{MeanWell SP-320-12}
% cSpell:ignore Wago \item Ventilátory: 2\(\times\)\textbf{SUNON MF60151V1-1000U-A99}
\item Řadové svorky: \textbf{Wago} \item Napájecí konektor: \textbf{JR-101-1F}
\begin{itemize} \item Kolébkový spínač: \textbf{RS2013C3BK}
\item \textbf{2201-1203} (červená) \item RJ45 keystone: \textbf{Datacom 4003}
\item \textbf{2201-1205} (černá) \item Prodlužovací kabel USB
\item \textbf{2201-1207} (zelenožlutá)
\item \textbf{2001-402} (můstek)
\end{itemize}
\item Kabeláž: \item Kabeláž:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item \textbf{UL1332 0,25\(\text{mm}^2\)} (FEP) \item \textbf{UL1332 0,34~\(\text{mm}^2\)} a \textbf{0,75~\(\text{mm}^2\)} (FEP)
\item \textbf{CYA 1,5\(\text{mm}^2\)} (H07V-K) \item \textbf{CYA 0,75\(\text{mm}^2\) H05V-K} (PVC)
\end{itemize} \end{itemize}
\end{itemize} \end{itemize}
\end{minipage} \end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.49\textwidth} \begin{minipage}[t]{0.25\textwidth}
\begin{figure} \begin{figure}
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{images/obhajoba/Base_Electronics.png} \centering
\caption{Pohled na skříň s elektronikou} \includegraphics[width=0.85\textwidth]{images/obhajoba/Base_Electronics_Without_Cover.png}
\caption{\centering{Pohled na skříň s elektronikou}}
\label{fig:frame-electronic} \label{fig:frame-electronic}
\end{figure} \end{figure}
\end{minipage} \end{minipage}
\end{frame} \end{frame}
%%%%%%%%%%%%%
\begin{frame}
\frametitle{Tisková hlava}
\centering
\begin{minipage}[t]{0.7\textwidth}
\begin{itemize}
\item Hotend: \textbf{E3D V6}
\item Topné těleso: \textbf{12V 50W}
\item Termistor: \textbf{NTC100K B3950}
\item Sonda: \textbf{Mellow OrmerodSensor}
\item Ventilátory:
\begin{itemize}
\item Radiální: \textbf{2~\(\times\)~12V 4010}
\item Axiální: \textbf{1~\(\times\)~12V 3010}
\end{itemize}
\item Bowden trubička: \textbf{PTFE, ID~2 mm, OD 4~mm}
\item Teplovodivá pasta: \textbf{Nitrid Boritý}
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.29\textwidth}
\begin{figure}
\includegraphics[width=\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Toolhead_Assembly_Isometric_Rear.png}
\caption{Izometrický pohled ze zadní strany}
\label{fig:toolhead-rear}
\end{figure}
\end{minipage}
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%
\begin{frame} \begin{frame}
\frametitle{Schéma zapojení} \frametitle{Schéma zapojení}
\begin{figure} \begin{figure}
\centering \centering
\includegraphics[height=0.8\textheight]{images/obhajoba/schema_zapojeni.png} \includegraphics[height=0.6\textheight]{images/2_prakticka_cast/schema/schema_zapojeni.png}
\caption{Pohled shora} \caption{Schéma zapojení}
\label{fig:frame-top} \label{fig:schema}
\end{figure} \end{figure}
\end{frame} \end{frame}
@ -246,64 +311,13 @@
%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%
\begin{frame} \begin{frame}
\frametitle{Implementace kinematiky do Klipperu} \frametitle{Ukázka tisku}
\begin{figure}
\begin{itemize} \centering
\item Implementace kinematiky spočívá v implementaci metod v Klippy \href{https://youtu.be/NuCHOU3Et_I}{\includegraphics[height=0.6\textheight]{images/obhajoba/video-preview.png}}
\item Klippy je implementován v jazyce Python \caption{Video na platformě YouTube}
\end{itemize} \label{fig:video}
\end{figure}
\begin{columns}[onlytextwidth]
\begin{column}{0.42\textwidth}
\begin{alertblock}{Přímá kinematika}
\scalebox{0.85}{
$\Phi_S = \Phi_{S_M}$
}
\scalebox{0.85}{
$\Phi_E = \Phi_{E_M} - \frac{ \Phi_{S_M} } { ECR }$
}
\scalebox{0.85}{
$x = \sin(\phi_S) \cdot L_1 + \sin(\phi_S + \phi_E) \cdot L_2$
}
\scalebox{0.85}{
$y = \cos(\phi_S) \cdot L_1 + \cos(\phi_S + \phi_E) \cdot L_2$
}
\scalebox{0.85}{
$x_{raw} = - x + x_{offset}$
}
\scalebox{0.85}{
$y_{raw} = y + y_{offset}$
}
\end{alertblock}
\end{column}
\begin{column}{0.53\textwidth}
\begin{block}{Inverzní kinematika}
\scalebox{0.85}{
$x = - x_{raw} + x_{offset}$
}
\scalebox{0.85}{
$y = y_{raw} - y_{offset}$
}
\scalebox{0.85}{
$\phi_S = arctan2 \left( x, y \right) - arccos \left( \frac { x^2 + y^2 + L_1^2 - L_2^2 } { 2 \cdot L_1 \cdot \sqrt{x^2 + y^2} } \right)$
}
\scalebox{0.85}{
$\phi_E = \frac { \phi_S } { ECR } + arccos \left( \frac { x^2 + y^2 + L_1^2 + L_2^2 } { 2 \cdot L_1 \cdot L_2 } \right)$
}
\end{block}
\end{column}
\end{columns}
\vspace{10px}
$ECR = \frac{n_S}{n_E}$ -- Elbow Crosstalk Ratio (poměr zubů řemenic)
\end{frame} \end{frame}
@ -314,23 +328,15 @@
V rámci semestrální práce jsem: V rámci semestrální práce jsem:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item zpracoval teorii, \item zpracoval teorii,
\item navrhl díly pro sestavení: \item navrhl některé díly 3D tiskárny,
\begin{itemize}
\item základny,
\item skříně s elektronikou,
\end{itemize}
\item a vybral vhodné elektronické komponenty. \item a vybral vhodné elektronické komponenty.
\end{itemize} \end{itemize}
V rámci zpracovávání bakalářské práce budu pracovat na těchto bodech: V rámci zpracovávání bakalářské práce jsem:
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Pokračovat v návrhu 3D tiskárny, zejména: \item dokončil návrh všech dílů
\begin{itemize} \item sestavil finální seznam materiálu a nakoupil jej,
\item ramene, \item implementoval kinematiku SCARA do firmwaru Klipper,
\item tiskové hlavy, \item sestavil tiskárnu, nakonfiguroval tiskárnu a otestoval ji.
\end{itemize}
\item sestavení finálního seznamu materiálu a nákup,
\item implementace kinematiky SCARA do firmwaru Klipper,
\item sestavení a konfigurace tiskárny, testování.
\end{itemize} \end{itemize}
\end{frame} \end{frame}

Binary file not shown.

Binary file not shown.

View file

@ -179,7 +179,7 @@
\makedeclaration \makedeclaration
%%% Vysázení poděkování %%% Vysázení poděkování
% \makeacknowledgement \makeacknowledgement
%%% Vysázení obsahu %%% Vysázení obsahu
\tableofcontents \tableofcontents

View file

@ -6,4 +6,4 @@ Technologie aditivní výroby (3D tisku) se v~posledních letech stává stále
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. 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 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. 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 nejpoužívanějších firmwarů 3D tiskáren -- klipperu. Zařízení nakonfiguruje a uvede do provozu.

View file

@ -10,24 +10,15 @@ Velkou výhodou pak je \textbf{konstantní cena při výrobě dílů s~komplexn
Při výrobě komplexních geometrií pomocí aditivní výroby \textbf{není často potřeba rozdělovat díl nebo výrobek na více části}, které je následně potřeba spojit. To v~praxi znamená nižší náklady na výrobu, menší riziko chyb při montáži a~také nižší hmotnost výrobku. Při výrobě takových dílů vzrůstá potřeba tiskových podpor, které mohou komplikovat čištění a~kompletaci výrobku. Při odstraňování podpor může způsobit geometrické nepřesnosti.~\cite{GAO201565} Při výrobě komplexních geometrií pomocí aditivní výroby \textbf{není často potřeba rozdělovat díl nebo výrobek na více části}, které je následně potřeba spojit. To v~praxi znamená nižší náklady na výrobu, menší riziko chyb při montáži a~také nižší hmotnost výrobku. Při výrobě takových dílů vzrůstá potřeba tiskových podpor, které mohou komplikovat čištění a~kompletaci výrobku. Při odstraňování podpor může způsobit geometrické nepřesnosti.~\cite{GAO201565}
Limitací 3D tisku může být právě geometrická přesnost a~omezená kvalita povrchu, která je navíc ovlivněna metodou výroby (tj. FFF --~Filament Fabrication, SLA --~Stereolithography, SLS --~Selective Laser Sintering, ...). 3D tiskárny využívají zejména k~výrobě dílů o~rozměrech v~řádu několika milimetrů až desítek centimetrů a~jejich tolerance se pohybuje v~rámci několika desetin až setin milimetru.~\cite{GAO201565} Limitací 3D tisku může být právě geometrická přesnost a~omezená kvalita povrchu, která je navíc ovlivněna metodou výroby (tj. FFF --~Filament Fabrication, SLA --~Stereolithography, SLS --~Selective Laser Sintering, ...). Viz obrázek \ref{fig:technology}. 3D tiskárny využívají zejména k~výrobě dílů o~rozměrech v~řádu několika milimetrů až desítek centimetrů a~jejich tolerance se pohybuje v~rámci několika desetin až setin milimetru.~\cite{GAO201565}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\begin{minipage}[b]{0.3\textwidth} \subfigure[FFF]{\label{fig:technology-fff}\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/1_teoreticka_cast/fff.png}}
\includegraphics[width=\textwidth]{images/1_teoreticka_cast/fff.png} \subfigure[SLA]{\label{fig:technology-sla}\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/1_teoreticka_cast/sla.png}}
\caption[Technologie FFF]{Technologie FFF~\cite{formlabs_watertight_3d_printing}} \subfigure[SLS]{\label{fig:technology-sls}\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/1_teoreticka_cast/sls.png}}
\end{minipage} \caption[Porovnání technologií FFF, SLA a SLS]{Porovnání technologií FFF, SLA a SLS~\cite{formlabs_watertight_3d_printing}}
\hfill \label{fig:technology}
\begin{minipage}[b]{0.3\textwidth}
\includegraphics[width=\textwidth]{images/1_teoreticka_cast/sla.png}
\caption[Technologie SLA]{Technologie SLA~\cite{formlabs_watertight_3d_printing}}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[b]{0.3\textwidth}
\includegraphics[width=\textwidth]{images/1_teoreticka_cast/sls.png}
\caption[Technologie SLS]{Technologie SLS~\cite{formlabs_watertight_3d_printing}}
\end{minipage}
\end{figure} \end{figure}
@ -37,7 +28,7 @@ FFF (Fused Filament Fabrication) je zejména z~důvodu nízké pořizovací ceny
\chapter{Části 3D tiskárny} \chapter{Části 3D tiskárny}
\section{Tisková hlava} \section{Tisková hlava}
Tisková hlava slouží k~zahřátí a~následnému vytlačení tiskového materiálu. Pohybem tiskové hlavy nebo podložky dochází k~vytvoření tenké vrstvy materiálu na tiskovou podložku. Složením těchto vrstev vzniká tisknutý výrobek. Tisková hlava (viz obrázek \ref{fig:hotend}) slouží k~zahřátí a~následnému vytlačení tiskového materiálu. Pohybem tiskové hlavy nebo podložky dochází k~vytvoření tenké vrstvy materiálu na tiskovou podložku. Složením těchto vrstev vzniká tisknutý výrobek.
Filament je extruderem vtlačován do hotendu skládající se z~PTFE trubičky, která je zavedena do pasivního chladiče, který je chlazen ventilátorem. Tento ventilátor zabraňuje tavení materiálu mimo hotend. Následně je filament protlačován tepelným izolátorem, který odděluje studenou a~teplou zónu. Tepelný izolátor je kovová trubička na jejíž koncích jsou vnější závity, a~tak spojuje chladič a~topný blok. Tepelný izolátor slouží hlavně k~omezení přenosu tepla do předchozích částí hotendu. Posledními částmi jsou topný blok a~tisková tryska. Topný blok má kromě průchozího otvoru pro materiál další dva otvory, jeden pro topnou patronu a~druhý pro termistor, který slouží k~monitorování aktuální teploty tepelného bloku potažmo trysky. Tryska se společně s~krokovým motorem, tloušťkou tiskové struny podílejí na množství vytlačovaného materiálu.~\cite{Prusa_Zaklady_3D_tisku} Filament je extruderem vtlačován do hotendu skládající se z~PTFE trubičky, která je zavedena do pasivního chladiče, který je chlazen ventilátorem. Tento ventilátor zabraňuje tavení materiálu mimo hotend. Následně je filament protlačován tepelným izolátorem, který odděluje studenou a~teplou zónu. Tepelný izolátor je kovová trubička na jejíž koncích jsou vnější závity, a~tak spojuje chladič a~topný blok. Tepelný izolátor slouží hlavně k~omezení přenosu tepla do předchozích částí hotendu. Posledními částmi jsou topný blok a~tisková tryska. Topný blok má kromě průchozího otvoru pro materiál další dva otvory, jeden pro topnou patronu a~druhý pro termistor, který slouží k~monitorování aktuální teploty tepelného bloku potažmo trysky. Tryska se společně s~krokovým motorem, tloušťkou tiskové struny podílejí na množství vytlačovaného materiálu.~\cite{Prusa_Zaklady_3D_tisku}
@ -50,7 +41,7 @@ Filament je extruderem vtlačován do hotendu skládající se z~PTFE trubičky,
\label{fig:hotend} \label{fig:hotend}
\end{figure} \end{figure}
Podstatnou částí tiskové hlavy je ventilátor, který chladí tiskový materiál po jeho vytlačení z~trysky. Tento ventilátor zabraňuje deformaci výtisku a~redukuje stringing. Správné nastavení tohoto ventilátoru je relativně podstatné pro kvalitu výtisku. Při správném nastavení je tiskárna schopna překlenout relativně velké mezery bez použití podpůrných struktur.~\cite{Choudhary_Analysis} Podstatnou částí tiskové hlavy je ventilátor, který chladí tiskový materiál po jeho vytlačení z~trysky. Tento ventilátor zabraňuje deformaci výtisku a~redukuje stringing (viz obrázek \ref{fig:part-cooling}). Správné nastavení tohoto ventilátoru je relativně podstatné pro kvalitu výtisku. Při správném nastavení je tiskárna schopna překlenout relativně velké mezery bez použití podpůrných struktur.~\cite{Choudhary_Analysis}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -98,8 +89,6 @@ Krokový motor je ve své podstatě synchronní motor, který přeměňuje vstup
Běžným úhlem jednoho kroku hybridního krokového motoru používaného v~3D tiskárnách je 1,8 °. Přepočtem tak můžeme zjistit, že takový motor má 200 kroků. Takového úhlu lze docílit díky konstrukci hybridního krokového motoru. Běžným úhlem jednoho kroku hybridního krokového motoru používaného v~3D tiskárnách je 1,8 °. Přepočtem tak můžeme zjistit, že takový motor má 200 kroků. Takového úhlu lze docílit díky konstrukci hybridního krokového motoru.
% TODO: Dopsat více info
\section{Řídící deska} \section{Řídící deska}
Slouží k~propojení zdroje, všech elektricky řízených součástí a~senzorů tiskárny. Slouží k~napájení vyhřívané podložky (v případě použití vyhřívané podložky napájené síťovým napětím 230V 50Hz pouze řídí spínání relé). Dále se k~ni připojují krokové motory a~jejich drivery, nejsou--li integrované na řídící desce. k~desce jsou připojeny i~ventilátory, zejména ty se řízenými otáčkami (ventilátor hotendu a~ventilátor pro chlazení materiálu). Dále k~ni jsou připojeny koncové spínače, termočlánky a~například i~osvětlení tiskárny. Řídící desky též slouží k~připojení displeje a~ovládání uživatelského rozhraní tiskárny. V~případě použití firmware Klipper je k~desce připojen jednodeskový počítač. Nejčastěji se setkáme s~počítačem Raspberry nebo jeho klony. Některé desky umožňují připojení do počítačové sítě rozhraním Ethernet nebo WiFi. Slouží k~propojení zdroje, všech elektricky řízených součástí a~senzorů tiskárny. Slouží k~napájení vyhřívané podložky (v případě použití vyhřívané podložky napájené síťovým napětím 230V 50Hz pouze řídí spínání relé). Dále se k~ni připojují krokové motory a~jejich drivery, nejsou--li integrované na řídící desce. k~desce jsou připojeny i~ventilátory, zejména ty se řízenými otáčkami (ventilátor hotendu a~ventilátor pro chlazení materiálu). Dále k~ni jsou připojeny koncové spínače, termočlánky a~například i~osvětlení tiskárny. Řídící desky též slouží k~připojení displeje a~ovládání uživatelského rozhraní tiskárny. V~případě použití firmware Klipper je k~desce připojen jednodeskový počítač. Nejčastěji se setkáme s~počítačem Raspberry nebo jeho klony. Některé desky umožňují připojení do počítačové sítě rozhraním Ethernet nebo WiFi.
@ -108,7 +97,7 @@ Slouží k~propojení zdroje, všech elektricky řízených součástí a~senzor
\chapter{Kinematika} \chapter{Kinematika}
\section{Rektilineární} \section{Rektilineární}
Tiskárny s~rektilineární kinematikou jsou nejrozšířenějším typem kinematiky FFF tiskáren. V~odborné i~široké veřejnosti jsou spíše známé pod názvem kartézské. To ovšem může být zavádějící, protože firmwary 3D tiskáren používají kartézský systém souřadnic pro většinu kinematik (výjimkou je polární uspořádání). Rektilineární kinematika vyžaduje nejméně tři krokové motory, jeden pro každou z~os. Rektilineární kinematika je v~současné době nejrozšířenější kinematika a~to díky jednoduchosti konstrukce a~jednoduchosti kinematické transformace. Tiskárny s~rektilineární kinematikou jsou nejrozšířenějším typem kinematiky FFF tiskáren. V~odborné i~široké veřejnosti jsou spíše známé pod názvem kartézské. To ovšem může být zavádějící, protože firmwary 3D tiskáren používají kartézský systém souřadnic pro většinu kinematik (výjimkou je polární uspořádání). Rektilineární kinematika vyžaduje nejméně tři krokové motory, jeden pro každou z~os. Rektilineární kinematika je v~současné době nejrozšířenější kinematika a~to díky jednoduchosti konstrukce a~jednoduchosti kinematické transformace. Rektilineární kinematiky jsou zobrazené na obrázku \ref{fig:kinematics}.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -132,7 +121,7 @@ Tato kinematika využívá čtyř motorů. Jeden pro osu X, dva pro osu Z~a~jede
\subsection{CoreXY} \subsection{CoreXY}
Kinematika CoreXY se velice podobá uspořádání gantry. Rozdílem oproti tomuto upořádání je skutečnost, že pohyb v~osách X a~Y se zajišťují oba motory společně. Motory v~ose z~Z tak nemusí pohybovat portálem, ke kterému je upevněný motor pro osu X, který by tak přidával portálu na hmotnosti. Tato kinematika tak díky stacionárním motorům (vůči rovině XY) dosáhnout vyšší rychlosti tisku. Motory se tak sice musí s~celou konstrukcí pohybovat v~ose Z, ale vysoké rychlosti by v~této ose měli zanedbatelný vliv na celkovou dobu tisku. V~osách X a~Y se tedy pohybuje pouze tisková hlava. Díky snížené hmotnosti se tak posouvá rezonanční frekvence k~vyšším kmitočtům a~tudíž lze dosáhnout vyšších hodnot maximálního zrychlení a~tím pádem i~ke kratším dobám tisku. Tato kinematika se v~dnešní době stává více populární a~to díky tiskárnám projektu Voron 2.4 a~Bambu Lab X1.~\cite{dangerklipper_resonance_compensation} Kinematika CoreXY se velice podobá uspořádání gantry. Rozdílem oproti tomuto upořádání je skutečnost, že pohyb v~osách X a~Y se zajišťují oba motory společně (viz obrázek \ref{fig:corexy}). Motory v~ose z~Z tak nemusí pohybovat portálem, ke kterému je upevněný motor pro osu X, který by tak přidával portálu na hmotnosti. Tato kinematika tak díky stacionárním motorům (vůči rovině XY) dosáhnout vyšší rychlosti tisku. Motory se tak sice musí s~celou konstrukcí pohybovat v~ose Z, ale vysoké rychlosti by v~této ose měli zanedbatelný vliv na celkovou dobu tisku. V~osách X a~Y se tedy pohybuje pouze tisková hlava. Díky snížené hmotnosti se tak posouvá rezonanční frekvence k~vyšším kmitočtům a~tudíž lze dosáhnout vyšších hodnot maximálního zrychlení a~tím pádem i~ke kratším dobám tisku. Tato kinematika se v~dnešní době stává více populární a~to díky tiskárnám projektu Voron 2.4 a~Bambu Lab X1.~\cite{dangerklipper_resonance_compensation}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -143,7 +132,7 @@ Kinematika CoreXY se velice podobá uspořádání gantry. Rozdílem oproti tomu
\subsection{CoreXZ} \subsection{CoreXZ}
Tato kinematika řeší některé nevýchody tiskáren s~gantry kinematikou. K~pohybu na ose X není potřeba motor, tudíž dochází k~redukci hmotnosti. Tuto kinematiku si lze představit jako hybrid dvou populárnějších kinematik -- Delta a~Bed Slinger. Z~uspořádání Bed Slinger přebírá pohybující se tiskovou podložku a~z delty nezávisle pohybující se ramena zajišťující pohyb v~rovině XZ. Velkou výhodou je, že všechny motory jsou stacionární a~tedy nepřidávají na hmotnosti jiné z~os.~\cite{corexz_theory} Tato kinematika řeší některé nevýchody tiskáren s~gantry kinematikou. K~pohybu na ose X není potřeba motor, tudíž dochází k~redukci hmotnosti. Tuto kinematiku si lze představit jako hybrid dvou populárnějších kinematik -- Delta a~Bed Slinger. Z~uspořádání Bed Slinger přebírá pohybující se tiskovou podložku a~z delty nezávisle pohybující se ramena zajišťující pohyb v~rovině XZ. Velkou výhodou je, že všechny motory jsou stacionární a~tedy nepřidávají na hmotnosti jiné z~os. Model takové tiskárny je na obrázku \ref{fig:corexz}. ~\cite{corexz_theory}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -154,7 +143,7 @@ Tato kinematika řeší některé nevýchody tiskáren s~gantry kinematikou. K~p
\subsection{Belt} \subsection{Belt}
Tiskárny s~upořádáním Belt se liší od ostatních 3D tiskáren s kartézským systémem souřadnic tím, že místo klasické tiskové podložky mají pohyblivý pás. Jejich největší výhodou je nepřerušovaný tisk a~lze tak tisknout dlouhé předměty, které by nešlo vytisknout na jiných, stejně podbně, tiskárnách. 3D tiskárnu s touto kinematikou vyrábí například společnost Creality s modelový označením CR-30.~\cite{all3dp_3d_printer_types} Tiskárny s~upořádáním Belt se liší od ostatních 3D tiskáren s kartézským systémem souřadnic tím, že místo klasické tiskové podložky mají pohyblivý pás (jak je vidět na \ref{fig:belt}). Jejich největší výhodou je nepřerušovaný tisk a~lze tak tisknout dlouhé předměty, které by nešlo vytisknout na jiných, stejně podbně, tiskárnách. 3D tiskárnu s touto kinematikou vyrábí například společnost Creality s modelový označením CR-30.~\cite{all3dp_3d_printer_types}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -165,7 +154,7 @@ Tiskárny s~upořádáním Belt se liší od ostatních 3D tiskáren s kartézsk
\section{Delta} \section{Delta}
3D tiskrány s~delta kinematikou též používají kartézský systém souřadnic, ale svojí konstrukcí se od ostatních rektilineárních tiskáren velice liší. V~posledních letech se stávají cenově dostupnější a~tedy i~rozšířenější. Uspořádání delta má stacionární tiskovou podložku a~v pohybu ve všech třech osách slouží 3 ramena (v některých přápadech i~víc) upevněna k~vozíku pohybující se v~ose Z~po lineárním vedení upevněného ke konstrukci tiskárny. Pohyb vozíku je často realizován řemenem a~krokovým motorem. 3D tiskárny s~touto kinematikou často používají Bowden extruder, aby se redukovala hmotnost a~tím se redukovali artifakty a~zvýšila rychlost tisku. Nevýhodou této kinematiky je poměr její výšky ku výšce oblasti tisku.~\cite{all3dp_3d_printer_types} 3D tiskrány s~delta kinematikou též používají kartézský systém souřadnic, ale svojí konstrukcí se od ostatních rektilineárních tiskáren velice liší. V~posledních letech se stávají cenově dostupnější a~tedy i~rozšířenější. Uspořádání delta má stacionární tiskovou podložku a~v pohybu ve všech třech osách slouží 3 ramena (v některých přápadech i~víc) upevněna k~vozíku pohybující se v~ose Z~po lineárním vedení upevněného ke konstrukci tiskárny. Pohyb vozíku je často realizován řemenem a~krokovým motorem. 3D tiskárny s~touto kinematikou často používají Bowden extruder, aby se redukovala hmotnost a~tím se redukovali artifakty a~zvýšila rychlost tisku. Na obrázku \ref{fig:delta} níže je jeden ze zástupců této kinematiky. Nevýhodou této kinematiky je poměr její výšky ku výšce oblasti tisku.~\cite{all3dp_3d_printer_types}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -176,31 +165,31 @@ Tiskárny s~upořádáním Belt se liší od ostatních 3D tiskáren s kartézsk
\section{Polar} \section{Polar}
Toto uspořádání jak jedinné nevyužívá kartézských souřadnic, ale souřadnic polárních. Souřadnice jsou definovány vzdáleností od počátku, vzdálenosti od počátku a~úhel od zvolené osy ležící v~rovině. Polární 3D tiskárny používají pro pohyb v~polární rovině rotující tiskovou podložku, se kterou otáčí krokový motor umístěný pod ní. To komplikuje napájení vyhřívané podložky, proto ji některé 3D tiskárny vůbec vyřívanou nemají. Tisková hlava je upevněna na pohyblivém rameni. Rameno se pohybuje v~rovině kolmo vůči rovině polární. K~tomuto pohybu jsou tak potřeba dva krokové motory. Jejich výhodou je nízká pořizovací cena. Její nevýhodou je pak nízká kvalita a~relativně dlouhá doba tisku. Zástupcem tiskáren s~polární kinematkou je například tiskárna Polar3D od stejnojmenné společnosti nebo Sculpto PRO2.~\cite{all3dp_3d_printer_types} Toto uspořádání jak jedinné nevyužívá kartézských souřadnic, ale souřadnic polárních. Souřadnice jsou definovány vzdáleností od počátku, vzdálenosti od počátku a~úhel od zvolené osy ležící v~rovině. Polární 3D tiskárny používají pro pohyb v~polární rovině rotující tiskovou podložku, se kterou otáčí krokový motor umístěný pod ní. To komplikuje napájení vyhřívané podložky, proto ji některé 3D tiskárny vůbec vyřívanou nemají. Tisková hlava je upevněna na pohyblivém rameni. Rameno se pohybuje v~rovině kolmo vůči rovině polární. K~tomuto pohybu jsou tak potřeba dva krokové motory. Jejich výhodou je nízká pořizovací cena. Její nevýhodou je pak nízká kvalita a~relativně dlouhá doba tisku. Zástupcem tiskáren s~polární kinematkou je například tiskárna Polar3D (na obrázku \ref{fig:polar}) od stejnojmenné společnosti nebo Sculpto PRO2.~\cite{all3dp_3d_printer_types}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[height=0.2\textheight]{images/1_teoreticka_cast/polar-gs.png} \includegraphics[height=0.3\textheight]{images/1_teoreticka_cast/polar.png}
\caption[Koncept tiskárny s polární kinematikou]{Koncept tiskárny s polární kinematikou~\cite{guicol_polar_printer_concept}} \caption[3D tiskárna Polar 3D]{3D tiskárna Polar 3D~\cite{tomsguide_polar-3d}}
\label{fig:polar} \label{fig:polar}
\end{figure} \end{figure}
\section{SCARA} \section{SCARA}
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} 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, která je na obrázku níže \ref{fig:scara}.~\cite{all3dp_3d_printer_types}
O kinematice SCARA pojednává i praktická část této práce. O kinematice SCARA pojednává i praktická část této práce.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[height=0.25\textheight]{images/1_teoreticka_cast/scara-gs.png} \includegraphics[height=0.25\textheight]{images/1_teoreticka_cast/scara-gs.png}
\caption[3D tiskárna x-scara]{3D tiskárna x-scara~\cite{guicol_polar_printer_concept}} \caption[3D tiskárna x-scara]{3D tiskárna x-scara~\cite{madl3x_scara_image}}
\label{fig:scara} \label{fig:scara}
\end{figure} \end{figure}
\subsection{Morgan SCARA} \subsection{Morgan SCARA}
Kinematika Morgan SCARA je pojmenována podle stejnojmenné tiskárny RepRap Morgan. Od uspořádání SCARA se liší tím, že nemá jedno rameno, ale dvě protilehlá a~konkrétně u~této tiskárny se v~ose Z~namísto ramene pohybuje tisková podložka. K~pohybu ramen používá dvě koncentrické hřídele, kterými otáčí dva motory umístěné ve spodní části tiskárny.~\cite{reprap_morgan} Kinematika Morgan SCARA je pojmenována podle stejnojmenné tiskárny RepRap Morgan, která je na obrázku níže \ref{fig:morgan}. Od uspořádání SCARA se liší tím, že nemá jedno rameno, ale dvě protilehlá a~konkrétně u~této tiskárny se v~ose Z~namísto ramene pohybuje tisková podložka. K~pohybu ramen používá dvě koncentrické hřídele, kterými otáčí dva motory umístěné ve spodní části tiskárny.~\cite{reprap_morgan}
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering

View file

@ -33,7 +33,7 @@ Pro spojení hliníkových profilů byla vybrána metodu "Blind Joint", která u
\label{fig:base} \label{fig:base}
\end{figure} \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. Skříň s elektronikou je zobrazena na obrázcích níže \ref{fig:base-electronics}. 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] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -45,19 +45,19 @@ V zadní části základny je umístěna skříň s~elektronickými komponentami
\end{figure} \end{figure}
% cSpell:ignore PITFT, SHCS, IEC, C14 % 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 M3x55. Tento pant je upevněn pomocí tří šroubů k panelu v~~panelu se nachází otvor pro DSI kabel, který slouží pro připojení displeje k mikropočítači. 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. 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, který slouží pro připojení displeje k~mikropočítači. 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.
\subsubsection{Zdroj} \subsubsection{Zdroj}
Elektroniku napájí AC-DC zdroj s výstupním napětím 12~V s modelovým označením SP-320-12 MV02 od společnosti MeanWell. Společnost MeanWell má ve světě zdrojů velmi dobré jméno. Vyrábí totiž na svou cenovou kategorii velice kvalitní zdroje pro mnoho různých aplikací. 12V systémy mají největší výhodu v~tom, že je kompatibilní s celou řadou komponent, které jsou ve své 12~V variantě levnější a~dostupnější (toto platí zejména pro ventilátory). Nevýhodou pak je potřeba větších průřezů kabelů, které tak kompenzují nižší napětí vyšším proudem. Poměrně velkou nevýhodou 12V systému je hlučnější provoz krokových motorů. Kromě zvýšené hlučnosti může docházet k vyššímu zahřívání krokových motorů a~jejich nižší točivý moment. Na druhou stranu dochází k menším ztrátám na MOSFETech. Primárním důvodem výběru tohoto zdroje bylo použití již dostupných 12~V krokových motorů z jiné 3D tiskárny. Elektroniku napájí AC-DC zdroj s~výstupním napětím 12~V s~modelovým označením SP-320-12 MV02 od společnosti MeanWell. Společnost MeanWell má ve světě zdrojů velmi dobré jméno. Vyrábí totiž na svou cenovou kategorii velice kvalitní zdroje pro mnoho různých aplikací. 12V systémy mají největší výhodu v~tom, že je kompatibilní s~celou řadou komponent, které jsou ve své 12~V variantě levnější a~dostupnější (toto platí zejména pro ventilátory). Nevýhodou pak je potřeba větších průřezů kabelů, které tak kompenzují nižší napětí vyšším proudem. Poměrně velkou nevýhodou 12V systému je hlučnější provoz krokových motorů. Kromě zvýšené hlučnosti může docházet k~vyššímu zahřívání krokových motorů a~jejich nižší točivý moment. Na druhou stranu dochází k~menším ztrátám na MOSFETech. Primárním důvodem výběru tohoto zdroje bylo použití již dostupných 12~V krokových motorů z~jiné 3D tiskárny.
\subsubsection{Krokové motory} \subsubsection{Krokové motory}
% cSpell:ignore YUEQINGSHI DEXUAN
Jak již bylo zmíněno v předchozí kapitole, tak byly využity krokové motory z jiné 3D tiskárny. Jedná se o krokové motory 42HB40-401A od výrobce YUEQINGSHI DEXUAN MOTOR. Jak již bylo zmíněno v~předchozí kapitole, tak byly využity krokové motory z~jiné 3D tiskárny. Jedná se o~krokové motory 42HB40-401A od výrobce YUEQINGSHI DEXUAN MOTOR.
\subsubsection{Řídící deska} \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} \subsubsection{Mikropočítač}
@ -65,22 +65,29 @@ S firmwarem klipper se nejčastěji používají mikropočítače Raspberry Pi n
\subsubsection{Zapojení} \subsubsection{Zapojení}
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. 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. Schéma zapojení je na obrázku \ref{fig:schema-zapojeni}.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[width=\textwidth]{images/2_prakticka_cast/schema/schema_zapojeni.png} \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 z vnější strany přístupné -- 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} \label{fig:schema-zapojeni}
\end{figure} \end{figure}
\subsection{Rameno} \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. Rameno se skládá ze tří hlavních částí -- základny ramene a dvou propojených segmentů. Nejzajímavější částí celé tiskárny je právě rameno (viz obrázek \ref{fig:arm}), 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.
\begin{figure}[H]
\centering
\includegraphics[width=0.75\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Arm_Assembly_Isometric_Front.png}
\caption[Izometrický pohled na rameno]{Izometrický pohled na rameno \cite{freecad}}
\label{fig:arm}
\end{figure}
\subsubsection{Základna ramene} \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 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 (na obrázku \ref{fig:arm-base}) 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 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] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -91,7 +98,7 @@ Základna ramene se skládá ze dvou téměř shodných dílů, které slouží
\subsubsection{Segment L1} \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 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. K výše popisované základně je připojen první segment ramene (shoulder/\(L_1\)). Segment ramene se skládá ze dvou protilehlých dílů, jak je vidět na obrázku \ref{fig:segment-l1} 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] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -102,7 +109,7 @@ K výše popisované základně je připojen první segment ramene (shoulder/\(L
\subsubsection{Segment L2} \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 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. K hřídeli na opačné straně je ze spodní strany upevněný druhý segment ramene (elbow/\(L_2\)). Tento segment je také tvořen dvěmi protilehlými díly (viz obrázek \ref{fig:segment-l2}), 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] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -113,7 +120,8 @@ K hřídeli na opačné straně je ze spodní strany upevněný druhý segment r
\subsection{Tisková hlava} \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 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. % cSpell:ignore morencyam, Printables
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 (axiální) je upevněn mezi krytem a~retainerem. Dva z~těchto šroubů procházejí celou tiskovou hlavou a~upínají tak samotný hotend. Sestava tiskové hlavy je na obrázku \ref{fig:toolhead}.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -125,7 +133,8 @@ Toolhead se skládá z 5 tisknutých dílů. Prvním je díl sloužící k upevn
\subsubsection{Sonda} \subsubsection{Sonda}
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. % cSpell:ignore OrmerodSensor
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} \subsubsection{Termistor}
@ -133,11 +142,11 @@ Jako termistor byl zvolen NTC 100K B3950 v~pouzdře 3x15~mm. Tento termistor je
\subsubsection{Hotend} \subsubsection{Hotend}
Hotend byl zvolen V6 od společnosti E3D. 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 bi-metalové a~keramické heatbreaky, 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. Hotend byl zvolen V6 od společnosti E3D. 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 bi-metalové a~keramické heatbreaky, 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.
\subsection{Extruder} \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. 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. Jako extruder byl zvolen VORON M4, který je vidět na obrázku \ref{fig:extruder}. 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] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -149,7 +158,8 @@ Jako extruder byl zvolen VORON M4. Tento extruder je kombinací několika různ
\subsection{Display} \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 % cSpell:ignore fluidd
Kromě webového rozhraní fluidd lze 3D tiskárnu ovládat i~pomocí dotykového displeje (viz obrázek \ref{fig:display}), kterým byla 3D tiskárna při návrhu vybavena. Displej je připojen k~Raspberry Pi pomocí rozhraní DSI.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -161,18 +171,18 @@ Kromě webového rozhraní fluidd lze 3D tiskárnu ovládat i pomocí dotykovéh
\subsection{Držák cívky filamentu} \subsection{Držák cívky filamentu}
Protože je držák cívky filamentu volitelnou částí tiskárny je uveden samostatně i přesto, že jej tvoří pouze jeden díl. Držák je inspirovaný neoficiálním držákem pro tiskárny VORON. Držák umožňuje použití cívky o šířce maximálně 80~mm. Před upevněním držáku k základně tiskárny se do dílu vkládají PTFE trubičky o vnějším průměru 4~mm, které napomáhají hladkému otáčení cívky, která se nemůže snadno zaseknout. To platí zejména pro kartonové cívky, které velice rychle degradují. Protože je držák cívky filamentu (viz obrázek \ref{fig:spool-holder}) volitelnou částí tiskárny je uveden samostatně i~přesto, že jej tvoří pouze jeden díl. Držák je inspirovaný neoficiálním držákem pro tiskárny VORON. Držák umožňuje použití cívky o~šířce maximálně 80~mm. Před upevněním držáku k~základně tiskárny se do dílu vkládají PTFE trubičky o~vnějším průměru 4~mm, které napomáhají hladkému otáčení cívky. To platí zejména pro kartonové cívky, které velice rychle degradují.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Spool_Holder_Assembly_Front.png} \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Spool_Holder_Assembly_Front.png}
\caption[Izometrický pohled na držák cívky s tiskovou strunou]{Izometrický pohled na držák cívky s tiskovou strunou~\cite{freecad}} \caption[Izometrický pohled na držák cívky s~tiskovou strunou]{Izometrický pohled na držák cívky s~tiskovou strunou~\cite{freecad}}
\label{fig:spool-holder} \label{fig:spool-holder}
\end{figure} \end{figure}
\subsection{Výroba dílů a konstrukce tiskárny} \section{Konstrukce tiskárny}
\subsubsection{Tisk} \subsection{Tisk dílů}
Nastavení tisku ve sliceru vychází z~doporučení projektu Voron. Jedná se tedy následující nastavení: Nastavení tisku ve sliceru vychází z~doporučení projektu Voron. Jedná se tedy následující nastavení:
@ -189,15 +199,16 @@ Doporučenými materiály pro tisk jsou: \textbf{ASA}, ABS nebo PETG. Použité
\textit{Tučně vyznačené jsou nastavení použitá při tisku všech dílů této práce.} \textit{Tučně vyznačené jsou nastavení použitá při tisku všech dílů této práce.}
Na tisk dílů byly použity 3 cívky filamentu. Dvě základní -- šedé -- barvy a jedna doplňkové -- modré -- barvy. Materiál, ze kterého jsou díly zhotoveny, je ASA (Akrylonitril Styren Akrylát). Tento materiál se svými vlastnostmi velice podobá materiálu ABS (Akrylonitril Butadien Styren). Oproti němu má však lepší chemickou odolnost vůči olejům, kyselinám a dalším látkám. Mezi jeho největší přednost však patří odolnost vůči UV záření (oproti ABS). Na tisk dílů byly použity 3 cívky filamentu. Dvě základní -- šedé -- barvy a~jedna doplňkové -- modré -- barvy. Materiál, ze kterého jsou díly zhotoveny, je ASA (Akrylonitril Styren Akrylát). Tento materiál se svými vlastnostmi velice podobá materiálu ABS (Akrylonitril Butadien Styren). Oproti němu má však lepší chemickou odolnost vůči olejům, kyselinám a~dalším látkám. Mezi jeho největší přednost však patří odolnost vůči UV záření (oproti ABS).
\subsubsection{Sestavení tiskárny} \subsection{Sestavení tiskárny}
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. % cSpell:ignore Mobilux, 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~viskozitě třídy 2 dle NLGI.
Jako první je se začalo s konstrukcí základny. V této části bylo potřeba si dát pozor na včasnou montáž DIN lišt. Nejprve byl smontován rám a poté díly, které kotví vodící tyče. V dalším kroku byl sestaven první segment ramene a na řemenice byl nasazen a napnut řemen. Druhý segment je konstrukčně mnohem jednodušší a nemá žádné pohyblivé části. Ten bylo potřeba nasadit na hřídel a dotáhnout kotvící díl. Poté byla sestavena základna ramene a k ní byly upevněny krokové motory. Poté bylo možné rameno a základnu ramene spojit. V tuto chvíli bylo potřeba přimontovat dělící panel mezi prostorem tiskárny a skříní s elektronikou. V dalším kroku již bylo možné rameno nasadit na vodící tyče základny a zasunout vodící tyče do protilehlého dílu a vodící tyče ukotvit. Následovala konstrukce a montáž tiskové hlavy. Jako první je se začalo s~konstrukcí základny. V~této části bylo potřeba si dát pozor na včasnou montáž DIN lišt. Nejprve byl smontován rám a~poté díly, které kotví vodící tyče. V~dalším kroku byl sestaven první segment ramene a~na řemenice byl nasazen a~napnut řemen. Druhý segment je konstrukčně mnohem jednodušší a~nemá žádné pohyblivé části. Ten bylo potřeba nasadit na hřídel a~dotáhnout kotvící díl. Poté byla sestavena základna ramene a~k~ní byly upevněny krokové motory. Poté bylo možné rameno a~základnu ramene spojit. V~tuto chvíli bylo potřeba přimontovat dělící panel mezi prostorem tiskárny a~skříní s~elektronikou. V~dalším kroku již bylo možné rameno nasadit na vodící tyče základny a~zasunout vodící tyče do protilehlého dílu a~vodící tyče ukotvit. Následovala konstrukce a~montáž tiskové hlavy.
Následovala výroba kabelů k propojení jednotlivých elektronických komponent. Na řídící desku byly připojeny drivery a DCDC měnič. Po zapojení elektroniky byly přimontovány krycí panely a celá skříň s elektronikou zakrytována PMMA deskou. Sestavená tiskárna je na obrázku \ref{fig:physical}. Následovala výroba kabelů k~propojení jednotlivých elektronických komponent. Na řídící desku byly připojeny drivery a~DCDC měnič. Po zapojení elektroniky byly přimontovány krycí panely a~celá skříň s~elektronikou zakrytována PMMA deskou. Sestavená tiskárna je na obrázku \ref{fig:physical}.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
@ -207,9 +218,9 @@ Následovala výroba kabelů k propojení jednotlivých elektronických komponen
\label{fig:physical} \label{fig:physical}
\end{figure} \end{figure}
\subsection{Kalibrace tiskárny} \section{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. 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} \begin{verbatim}
M83 ; Nastavení relativní vzdálenosti M83 ; Nastavení relativní vzdálenosti
@ -221,36 +232,55 @@ Poté se nová hodnota vypočítá následujícím způsobem:
rotation\_distance = rotation\_distance * \frac{actual\_extruded_length}{target\_extruded\_length} \si{\mm} rotation\_distance = rotation\_distance * \frac{actual\_extruded_length}{target\_extruded\_length} \si{\mm}
\end{equation} \end{equation}
Další kalibrací bylo měření rezonančních kmitočtů pomocí akcelerometru ADXL345 a nastavení input shaperu. Využití input shaperu umožňuje redukovat intenzitu rezonancí tak, aby při tisku nedocházelo k tzv. ghostingu. Ten se projevuje zvlněním v blízkosti ostrých hran výtisku. Po upevnění akcelerometru na tiskovou hlavu a nastavení v printer.cfg stačilo spustit následující příkaz: Další kalibrací bylo měření rezonančních kmitočtů akcelerometrem ADXL345 a~nastavení input shaperu. Využití input shaperu umožňuje redukovat intenzitu rezonancí tak, aby při tisku nedocházelo k~tzv. ghostingu. Ten se projevuje zvlněním v~blízkosti ostrých hran výtisku. Po upevnění akcelerometru na tiskovou hlavu a~nastavení v~printer.cfg stačilo spustit následující příkaz:
\begin{verbatim} \begin{verbatim}
SHAPER_CALIBRATE ; Spustí test SHAPER_CALIBRATE ; Spustí kalibraci
\end{verbatim} \end{verbatim}
Výsledkem tohoto měření je pro každou z os (X a Y) rezonanční frekvence, doporučený filtr a případně grafy, které lze vygenerovat následujícím způsobem \ref{fig:graph-generation}. Výsledkem tohoto měření je pro každou z~os (X a~Y) rezonanční frekvence, doporučený filtr a~případně grafy, které lze vygenerovat následujícím způsobem \ref{fig:graph-generation}.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/input-shaping-graph-generation.png} \includegraphics[width=0.75\textwidth]{images/2_prakticka_cast/input-shaping-graph-generation.png}
\caption[Spuštění skriptu calibrate\_shaper.py a výsledné doporučené hodnoty]{Spuštění skriptu calibrate\_shaper.py a výsledné doporučené hodnoty~\cite{freecad}} \caption[Spuštění skriptu calibrate\_shaper.py a~výsledné doporučené hodnoty]{Spuštění skriptu calibrate\_shaper.py a~výsledné doporučené hodnoty~\cite{freecad}}
\label{fig:graph-generation} \label{fig:graph-generation}
\end{figure} \end{figure}
Výsledná hodnota rezonanční frekvence je relativně nízko a~nástroj pro kalibraci tak doporučuje nízké hodnoty zrychlení. Pravděpodobně je to zapříčiněno relativně velkou hmotností na konci ramena, ale nelze úplně vyloučit nesprávné upevnění akcelerometru nebo metodické chyby při této kalibraci. Na obrázku \ref{fig:input-shaping-graphs} jsou vyneseny frekvenční odezvy v~osách X a~Y a~dostupné filtry pro input shaping.
\begin{figure}[H] \begin{figure}[H]
\centering \centering
\subfigure[Z přední strany]{\label{fig:input-shaping-graph-x}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Toolhead_Assembly_Isometric_Front.png}} \subfigure[V ose X akcelerometru]{\label{fig:input-shaping-graph-x}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/shaper_calibrate_x.png}}
\subfigure[Ze zadní strany]{\label{fig:input-shaping-graph-y}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/Toolhead_Assembly_Isometric_Rear.png}} \subfigure[V ose Y akcelerometru]{\label{fig:input-shaping-graph-y}\includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/2_prakticka_cast/shaper_calibrate_y.png}}
\caption[Zobrazení závislosti výkonové spektrální hustoty na frekvenci]{Izometrický pohled na tiskovou hlavu~\cite{freecad}} \caption[Frekvenční odezva a~dostupné filtry]{Frekvenční odezva a~dostupné filtry}
\label{fig:input-shaping-graphs} \label{fig:input-shaping-graphs}
\end{figure} \end{figure}
Z grafů \ref{fig:input-shaping-graphs} je patrné \section{Implementace kinematiky SCARA do Klipperu}
\subsection{Implementace kinematiky SCARA do Klipperu}
% cSpell:disable-next-line % 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} 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}
Tento kód je k~nalezení v~elektronické příloze této práce a~jedná se konkrétně o~soubory:
\begin{itemize}
% cSpell:ignore chelper
\item \verb|klipper/klippy/chelper/__init__.py|
\begin{itemize}
\item Slouží jako wrapper pro kód implementovaný v~jazyce C
\item Obsahuje mj. hlavičky metod a~nastavení překladače
\end{itemize}
\item \verb|klipper/klippy/chelper/kin_scara.c|
\begin{itemize}
\item Implementace inverzní kinematiky
\end{itemize}
\item \verb|klipper/klippy/kinematics/scara.py|
\begin{itemize}
\item Implementace přímé kinematiky
\end{itemize}
\end{itemize}
Následující kapitoly se věnují teorii potřebné k~implementaci.
\subsubsection{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). 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).
@ -260,9 +290,9 @@ Elbow Crosstalk Ratio (převodový poměr řemenice v~ose ramene vůči řemenic
ECR = \frac { n_S } { n_E } ECR = \frac { n_S } { n_E }
\end{equation} \end{equation}
kde \(n_S\) je počet zubů řemenice ramene a \(n_E\) je počet zubů řemenice v kloubu. kde \(n_S\) je počet zubů řemenice ramene a~\(n_E\) je počet zubů řemenice v~kloubu.
\subsubsection{Přímá kinematika} \subsection{Přímá kinematika}
Protože rotace motoru v~ose ramene ovlivňuje rotaci motoru v~ose kloubu, je třeba tento vliv kompenzovat. Tím dostaneme úhel \(\phi_E\), který je potřeba pro výpočet skutečné polohy nástroje. Protože rotace motoru v~ose ramene ovlivňuje rotaci motoru v~ose kloubu, je třeba tento vliv kompenzovat. Tím dostaneme úhel \(\phi_E\), který je potřeba pro výpočet skutečné polohy nástroje.
@ -274,9 +304,9 @@ Protože rotace motoru v~ose ramene ovlivňuje rotaci motoru v~ose kloubu, je t
\phi_E = \phi_{E_M} - \frac{ \phi_{S_M} } { ECR } \phi_E = \phi_{E_M} - \frac{ \phi_{S_M} } { ECR }
\end{equation} \end{equation}
kde \(ECR\) je Elbow Crosstalk Ratio, \(\phi_{S_M}\) je úhel motoru ramene a \(\phi_{S_E}\) je úhel motoru kloubu. kde \(ECR\) je Elbow Crosstalk Ratio, \(\phi_{S_M}\) je úhel motoru ramene a~\(\phi_{S_E}\) je úhel motoru kloubu.
Poté je potřeba vypočítat polohu v kartézském souřadnicovém systému. Poté je potřeba vypočítat polohu v~kartézském souřadnicovém systému.
\begin{equation} \begin{equation}
x = L_1 \cdot \sin(\phi_S) + L_2 \cdot \sin(\phi_S + \phi_E) x = L_1 \cdot \sin(\phi_S) + L_2 \cdot \sin(\phi_S + \phi_E)
@ -296,15 +326,15 @@ Nakonec je potřeba přepočítat souřadnice nástroje vůči počátku tiskov
y_{raw} = y + y_{offset} y_{raw} = y + y_{offset}
\end{equation} \end{equation}
\subsubsection{Inverzní kinematika} \subsection{Inverzní kinematika}
Nejprve je potřeba převést absolutní souřadnice nástroje vůči počátku tiskárny na souřadnice vztažené k~počátku tiskové podložky. Nejprve je potřeba převést absolutní souřadnice nástroje vůči počátku tiskárny na souřadnice vztažené k~počátku tiskové podložky.
\begin{equation} \begin{equation}
x = x_{raw} + x_{offset} x = x_{raw} - x_{offset}
\end{equation} \end{equation}
\begin{equation} \begin{equation}
y = y_{raw} + y_{offset} y = y_{raw} - y_{offset}
\end{equation} \end{equation}
Dále se vypočítají úhly ramen \(\phi_E\) (elbow) a~\(\phi_S\) (shoulder). Dále se vypočítají úhly ramen \(\phi_E\) (elbow) a~\(\phi_S\) (shoulder).
@ -313,16 +343,16 @@ Dále se vypočítají úhly ramen \(\phi_E\) (elbow) a~\(\phi_S\) (shoulder).
\phi_E = arccos \left( \frac { x^2 + y^2 + L_1^2 + L_2^2 } { 2 \cdot L_1 \cdot L_2 } \right) [\si{\radian}] \phi_E = arccos \left( \frac { x^2 + y^2 + L_1^2 + L_2^2 } { 2 \cdot L_1 \cdot L_2 } \right) [\si{\radian}]
\end{equation} \end{equation}
kde \(x\) a \(y\) jsou souřadnice v kartézském systému a \(L_1\) a~\(L_2\) jsou délky ramen. kde \(x\) a~\(y\) jsou souřadnice v~kartézském systému a~\(L_1\) a~\(L_2\) jsou délky ramen.
\begin{equation} \begin{equation}
% cSpell:disable-next-line % cSpell:disable-next-line
\phi_S = arctan2 \left( x, y \right) - arccos \left( L_2 \cdot sin(\phi_E), L_1 + L_2 \cdot cos(\phi_E) \right) [\si{\radian}] \phi_S = arctan2 \left( x, y \right) - arccos \left( L_2 \cdot sin(\phi_E), L_1 + L_2 \cdot cos(\phi_E) \right) [\si{\radian}]
\end{equation} \end{equation}
kde \(x\) a \(y\) jsou souřadnice v kartézském systému a \(L_1\) a~\(L_2\) jsou délky ramen. kde \(x\) a~\(y\) jsou souřadnice v~kartézském systému a~\(L_1\) a~\(L_2\) jsou délky ramen.
V poslední řadě je potřeba vykompenzovat ECR (Elbow Crosstalk Ratio). Tím získáme úhel krokových motorů \(\phi_{S_M}\) a \(\phi_{E_M}\). V poslední řadě je potřeba vykompenzovat ECR (Elbow Crosstalk Ratio). Tím získáme úhel krokových motorů \(\phi_{S_M}\) a~\(\phi_{E_M}\).
\begin{equation} \begin{equation}
\phi_{S_M} = \phi_S \phi_{S_M} = \phi_S

View file

@ -4,11 +4,11 @@
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. 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. Tato práce se však věnuje návrhu a konstrukci 3D tiskárny se SCARA kinematikou. 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}. 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. 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. Za cíl si kladl její vylepšení. Tato vylepšení spočívala v tom, že navrhne skříň s elektronikou v zadní části tiskárny, která bude zakrytována 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. 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.

View file

@ -153,6 +153,7 @@ Tisková hlava & Toolhead\_Cover & 1 & Še
\item \verb|debian-config| - Nastavení operačního systému mikropočítače \item \verb|debian-config| - Nastavení operačního systému mikropočítače
\item \verb|klipper| - Nové nebo upravené soubory potřebné k implementaci SCARA kinematiky do firmwaru Klipper \item \verb|klipper| - Nové nebo upravené soubory potřebné k implementaci SCARA kinematiky do firmwaru Klipper
\item \verb|klipper-config| - Nastavení tiskárny \item \verb|klipper-config| - Nastavení tiskárny
% cSpell:ignore prusaslicer
\item \verb|prusaslicer-config-bundle| - Profil tiskárny pro PrusaSlicer \item \verb|prusaslicer-config-bundle| - Profil tiskárny pro PrusaSlicer
\item \verb|step| - Soubory ve formátu STEP \item \verb|step| - Soubory ve formátu STEP
\item \verb|vykresova-dokumentace| - Výkresová dokumentace dílů \item \verb|vykresova-dokumentace| - Výkresová dokumentace dílů