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赤外線コントローラのケース設計(その2) [3D_printer]

 「赤外線コントローラのケース設計」の記事で書いた「CNCルータでの両面基板制作(その2) Via処理と基板制作」で作成したPIC16F88のSSOPパッケージを使った表面実装両面基板のケースの続編です。

 3Dプリンタでケースを出力してパーツを実装してみました。まだ赤外線LEDが未実装ですが、一応ケース内にパーツが収まりました(下の写真)。
 両面基板の固定は写真では判らないですが基板を溝に入れ、反対側の辺をABS樹脂の弾力を利用してネジを使わないで固定しています(今後もこの方法は使えそう)。
 ネジを1本も使わないのが理想ですが私の3Dプリンタでの出力では強度やはめ込み精度の関係で難易度が高いです。

 強度という点では出力した造形物をホットガンで表面を熱してやると艶々になり強度が増すことが判りました。但し、一度にやると形が歪んでしまうので部分的に何度かに分けて熱する必要があります。今回はヤスリで削って白くなった部分だけに適用しています。
 アセトンの蒸気で表面をツルツルにするやり方の簡易版です。

 また、今後の課題として両面基板は小型にできましたがコネクタ部分が場所をとるので小型で安価なコネクタを検討する必要があります。

パーツ組込み



 まだ、裏ブタはしていないですが操作面が下の写真です。写真では判り辛いですがケースの角の部分等、結構ラフな仕上がりになっています。
 また、ジョイスティック(Amazonかebayで買ったもの)の穴が若干ずれている・・・^^;;;
 これはケース設計時に入力したジョイスティックのサイズがいい加減だったからですw

 ソフトはとりあえず「赤外線コントロールの実験」で作ったものを移植しただけなので今回用にカスタマイズする必要があります(ジョイスティックのスティックプッシュのスイッチ等の追加が必要)。

操作面


★2017/11/19 追記
 下の連載記事のリンクから回路図まで辿れない(両面基板の実験は最初はPIC関連として書いていたので連載記事のリンクが複雑になっている)のに気が付きました。回路図は「両面プリント基板の制作実験(その7)オブラート転写方式」の記事に記載しています。


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赤外線コントローラのケース設計 [3D_printer]

 「CNCルータでの両面基板制作(その2) Via処理と基板制作」の記事でPIC16F88のSSOPパッケージを使った表面実装両面基板ができたのでケースを検討してみました。

 内蔵するパーツの大まかな形状を3D CAD(DesignSparkMechanical)に入力し、3D画面上でパーツの配置や固定方法等を検討します。
 電源は単3電池2本で電源スイッチは実装せず一定時間操作がない場合にはLCDの電源をオフにしてスリープ状態にします。
 尚、赤外線での通信方式は通信速度高速化のために作った独自方式を使う予定です。
 詳細は「PIC24FJで4足ロボットの製作(その8)」の記事に書いていますので興味があったら参照してください。

 下の図は内蔵するパーツの外形を大まかに3D CADに入れ、各部品を配置したものです。
 LCDの裏側にあるものが今回作成したプリント基板です。(両面の表面実装基板なので小型にできました)
 単3電池 2本の電池ホルダも3Dプリンタで作成します。黄色の部品はコンタクトスイッチを固定する部品です。

 このように3D表示上で部品配置を検討するやり方は、最初に部品データを入れるのが少し面倒ですが(部品のサイズを計らないとケース設計ができないのでサイズ計測結果の記録としても3Dデータ化する)、ケースの形状を考え易いし、失敗も少なくなると思います。
 なによりパーツを動かして画面上でケース設計するのは結構楽しい ^^

パーツ配置(表面) パーツ配置(裏面)


 ケースを開いた状態は下図のようになります。
 3Dプリンタだと形状の制約が少ないので自由なケースを作れるのですが、まずはオーソドックスに角ばったケースにしてみましたw

ケース(表面) ケース(裏面)


 ケースの蓋をすると次のようになります。

外観(表面) 外観(裏面)


 表示的には判りずらいですがスケルトン表示にしたのが下の図です。

スケルトン表示


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デルタ式3Dプリンタ(Kossel Reprap)の購入(その3) [3D_printer]

 前回から引き続き ABSフィラメントでの調整をしています。

 ヒートベッドへのフィラメント固定については色々試しましたが カプトンテープ+ケープで落ち着きました。
 ケープ(3Dエキストラキープ)はたまたま近所で安売りしていたものですが、容器に記載されている説明を読むとキープレベル(1~4)がケープシリーズでは最高の4のものです。商品名にも「3D」とあり、まさに今回の用途向きですw
 ヒートベッドとの接触面積が小さいものでも今のところ出力途中で剥がれることありません。

 今まで使ってきたダヴィンチのヒートベッドはヒーターにガラス板が付けてあり、スティック糊(シワなしPiT)を塗ることで出力直後は出力物が取れない状態で、ヒートベッドが冷めると「ピシッ」と音がして簡単に取れました。また、スティック糊は水分を含ませた布で拭くことで簡単に取れ、再度塗ることでリピート的に出力できました。

 今回のカプトンテープ+ケープでは出力直後でも力を入れれば出力物が取れる状態で固着力はダヴィンチの場合よりも低いですがヒートベッドが冷めなくても取り外せるというのは利点ともいえます。
 但し、ケープは濡れた布ではきれいに取れない(ゴシゴシ擦ると垢のように塊になって取れてくるけどきれいには取れない)のである程度出力を繰り返したら、カプトンテープごと張り替える必要がありそうです。
 またケープの場合、最下層が艶消しのようになり、ラフト無しでもいい感じで出力できます(ダヴィンチでは艶々になるのでケースの上面部等に好んで使いましたがケープのつや消し状態の方がいい)。


 ヒートベッドへのフィラメント固定については一応解決できたのである程度のサイズのあるものを出力したところ、ダヴィンチでは発生しなかったひび割れ問題が発生しました。
 積層間の固着が弱いのが原因の1つと考え、フィラメントの温度を上げたましたが、若干の改善はしたもののひび割れが発生する状態でした。

ひび割れ(215℃) ひび割れ(230℃)


 ABS樹脂は熱膨張率が大きいので出力時の環境温度を上げることが有効との情報があったので、まずはプリンタをビニール袋で囲って出力時の環境温度を上げてみました。因みに暖房していないところで動かしているので今までの環境温度は15℃くらいでした。
 プリンタ全体をビニール袋で囲ったところプレームに取付けたスイッチング電源が結構熱くなったので電源は囲わないようにしました。この状態で出力してみたところ、ひび割れ無しで出力できました ^^/
 温度計もいれて環境温度を確認しながら出力しましたが、環境温度は30℃程度でした。冬でなければこんなことをしなくても大丈夫かもしれません。また出力物の高さが低い(2~3cm以下)のであればヒートベッドで温められるので環境温度対策は不要です。
 ビニール袋をかぶせただけではプリンタの可動部に巻き込まれる危険があるので下図のようなビニール固定パーツを作成しました。
 この簡易的な環境温度対策をビニールハウス方式と呼ぶことにしますw

対処後(環境温度:30℃) ビニール固定用パーツ


 ダヴィンチでも使用し、調子が良かったフィラメントホルダを今回購入したデルタ式3Dプリンタ用に作りました(プリンタと配色を合わせた^^)

フィラメントホルダ


 今回自作したビニールハウス方式でのビニール固定用パーツの STL ファイルはここからダウンロードできます(商用目的以外であれば自由に使用できます)

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デルタ式3Dプリンタ(Kossel Reprap)の購入(その2) [3D_printer]

 ebayから購入した3DプリンタでABSフィラメントを使おうと思い、フィラメントの設定温度とともにヒートベッドの温度を上げてみたところ、90℃ に達するまでにかなり時間がかかります。
 妥協して 80℃ に変更しましたが、それでも時間が掛かりもっとパワーのあるヒートベッドに変えようかとも思いましたが まあ冬だし(プリンタは暖房の効いていない所で動かしている)、まずは空気への熱拡散を抑えるためにヒートベッドの下にコルクを付けることにしました。制御基板の熱対策としての効果も期待できます。

 3mm厚のコルクを 100均で買ってきて ABS樹脂 でコルクホルダを作りました。
 ヒートベッドのサイズのものは作れないので 3分割して作成しました。プリント時に初めに描かれるスカートのオブジェクトからの距離を長め(20mm)に設定していましたが、この部品を出力する際、印刷範囲外?で一瞬ステッピングモーターが止まり焦りました。
 ヒートベッドの直径は 220mm ですが、ステッピングモータ付近は印字できないエリアが存在します。スカートの距離設定を 5mm に変更し、STLファイル読込み時に Repetier が自動的に配置(重心が中心?)しますが、ステッピングモータの近くに印刷物が来ないようにマニュアル操作で再配置して出力しました。
★2017/02/04 追記
 Repetier と Sli3r のプリント可能範囲設定を180mm(直径)に設定しました。^^;;

 外枠の円と中心の円を繋ぐ部分が傾いているように見えますが、分割出力するための接着部分である円弧の切断部分を円の中心からの直線上にしたかったためです。

コルクホルダパーツ コルクホルダ(合体後)


 コルクをヒートベッドと同じサイズに切りコルクホルダに付けます(軽く接着)。
 また、ヒートベッドの中心部分からヒーターの電源コードと温度センサのコードが出ているのでその部分をくり貫いたコルクをもう一枚作り、重ね合わせて接着しました。

コルクとホルダ コルクのヒートベッド面


 下の写真は3Dプリンタのキットについてきたヒートベッドです。サーミスタがカプトンテープで張り付けてあるw

ヒートベッド


 今回作成したヒートベッド用コルク取付後が下の写真です。
 因みにヒートベッドの上面に貼ってあるカプトンテープの幅が異様に狭いのは amazon で安売りしていた 220 円 のものを使っているからですw

コルク取付後


 さて効果のほどは下の温度推移グラフで判るようにヒートベッドの設定温度である 80℃ の直前でも以前(左下グラフ)よりも温度上昇が早くなりました(右下のグラフ)
 グラフ中、水色の線がヒートベッドの温度変化を示していますが、上昇の角度が大きくなり、改善していることが判ります。
 また、以前はホットエンドが設定温度になり、ステッピングモーターが動き出すタイミングでヒートベッドの表示温度が約 5℃ 急に落ちていたのですが、この謎の温度変動もなくなりました(原因は不明です)。
 なお、設定温度は FirstLayer も Others も 80℃ です。

before after


 今回自作した ヒートベッド用コルクホルダ の STL ファイルはここからダウンロードできます(商用目的以外であれば自由に使用できます)

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デルタ式3Dプリンタ(Kossel Reprap)の購入 [3D_printer]

 今まで3Dプリンタは初代ダヴィンチを使用してきましたが、段々動作時の音が大きくなり昼間でも少し気を遣う状況でした。
 きちんとメンテすればいいのでしょうが、ケースで覆われていることもあり、可動部をいじるのが億劫でした。

 ebayを眺めていると結構安い3Dプリンタのキットがいろいろあったのでデルタ式3Dプリンタのキットを購入してみました。

 購入品を選定するにあたり
  1. デルタ式であること(ダヴィンチはXYZ直行式だったので違うタイプも使ってみたい)
  2. フィラメント用のファンがついていること(効果を見てみたい)
  3. ヒートベッドがついていること

を条件として探しました。(もちろんコスパが高いことが必須条件)

 結果として「2017 Delta Flsun 3D Printer Kossel Reprap 1 Roll Filament Hot Bed+Auto Leveling」のキットに決めました。
 お値段は 21,106 + 3,091(送料)で合計約2万4千です(3Dプリンタも安くなったもんですねぇ)

  レーザーカッターの購入 の記事で書いたレーザーカッターのキットは説明書が中国語でかつ内容が薄いので全体写真等も参考にして組立ましたが、今回購入した Kossel Reprap は販売台数が桁違いに多いためか、説明書も充実していてほっとしました(英語なので問題ありません)。
 YouTubeの組立説明動画のURLも説明書に記載されていましたが、YouTubeをほとんど見ないで組み立てられました。
 部品数はレーザーカッターの数倍あるので組立説明書がプアだったら組立作業がつらかったでしょう。
 半田ごてより重いものを持ったことがないので(うそ)組立中に指先が痛くなり休みやすみの作業でしたが先週の土日で組立&アプリ設定が完了し、現在いろいろ調整中です。

 組立作業の詳細を説明しているWEBサイトは色々あるのでここではメモや感想等を書いておきます。
 ※今回購入したキットに限定した内容であり、当たりハズレがある可能性があります。
  • 商品説明に「with Heated Bed」と書かれていたが、注文後に同じ販売者の別の商品の説明には「with Heated Bed+Switch Power」と書かれていることを見つけ販売者に確認したところ必要な電源も付いているということだった(「ヒートベッドをおまけでつけるけど電源を容量の大きいものに変更する必要がある」というような注意書きがあったキットもあったので心配になり確認した)
  • 送付先の住所で名前が微妙に違っていた(住所と名前は ebay に登録済みなのでこちらのミスではない)。住所はあっていたので問題なく受け取ることができた。
  • 樹脂部品は成形品と3Dプリンタで出力した部品との混在で品質的には割合よかった。但し、一つだけ部品を貫通すべき穴が傾いていて貫通していないものがあったが自分で穴を開け直し解決できた。
  • 構造的にはシンプルであり、組立ながら各部の構造が理解でるのでキットはいい(もちろん組立自体も楽しいし)
  • フィラメント用ファンがアームのベアリング部にあたるのでファンの外枠を少し削った。
  • 「組み立て易さ」という点では色々改善できる部分があったと思う(ネジが締めづらかった部分等)。
  • 制御ボードにインストールされていたソフトが直行式プリンタのものだったらしく、説明書通りに パソコンにRepetier-Host をインストール後、マニュアル操作でノズルの位置を動かそうとしても変な動きだった。制御ボード(Mega 2560)のソースも添付されていた(ソースが手元にあるということは非常に安心感がありますねぇ)ので制御基板にダウンロードすることで解決できた。
  • 商品説明の写真では手巻きフィラメントが添付されるように書いてあったが小型リール1個まるまる添付されていた。
  • ネジやナット類は余分に入っていてかなり余った(当然ですが販売業者に依存するものと思う)。
  • 期待していたように音はかなり静かで夜でも動かせそう^^

 ダヴィンチでも EEPROMメモリチップインターフェース(UNI/O)の実装実験 により専用フィラメントのメモリチップ内容を変更できる環境を構築したので一般的なフィラメントを使用できる状態(フィラメントやベッドの温度設定も可能)でしたが、 ABS フィラメントだけを使っていました。今回 PLAフィラメントを初めて使います。

 最初の問題はヒートベッドにフィラメントを安定して固定させることです。
 マスキングテープ単独、マスキングテープ+スティック糊、カプトンテープなどを試してみましたが、現状はカプトンテープ+フィラメントの温度を少し高め(first layer:215,others:210)にしています。因みにヒートベッドは(65:60)にしています(ベッドを温めないとヒートベッドへの食付きが悪い)。

完成写真



 現状の調整状態で上の写真の左下にあるスイッチング電源を本体のフレームに取付けるための部品を自作してみました。強度を考慮し、X軸方向(写真の上下方向)に積層するように出力しています。
 各層のフィラメントがきれいに並び積層痕が最小限(写真を縮小した関係で横方向にモアレの縞が見えますが)になっていて満足いくものができました^^

電源取付け部品


★2017/01/21 追記
 今回の組立のために自作した上の写真の電源固定部品(二つ作成し電源を固定、現物合せし左右非対称)とエクストルーダーの配線をフレームの溝に通した場合の固定部品のSTLファイルを ここ からダウンロードできます(商用目的以外であれば自由に使用可能)。
 使用している電源は MODEL:S-200-12 12V 16.7A

電源固定部品 ケーブル固定部品


★2017/01/22 追記
 上の「電源取付け部品」の写真ではモアレ縞のため実物の状態がよく判らないので拡大写真を追加(積層幅:0.3mm)

電源取付け部品(ズーム)


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