Hangprinter

Autor: Matúš Baláži

Projektu Hangprinter sa vo FriDLabe aktívne venujeme už niekoľko rokov. Pravidelne sa delíme s novými poznatkami aj s ostatnými členmi komunity vytvorenej okolo tejto 3D tlačiareň. Hoci Hangprinter už prešiel dlhú cestu, stále sa radí medzi prototypy a vždy existuje priestor pre jeho vylepšenie.

Čo je Hangprinter?

V súčasnosti patrí FDM 3D tlač k najpoužívanejším technológiám 3D tlače. S postupne znižujúcou sa cenou 3D tlačiarní sa táto technológia stala aj pre bežného používateľa dostupnou. Komunita užívateľov sa tým rozrastala a vznikol koncept RepRap tlačiarní, ktoré si dokážu väčšinu vlastných komponentov vytlačiť vo svojej réžii bez potreby rozsiahlej priemyselnej infraštruktúry. Množstvo komunitných „open-source“ RepRap projektov, ako napríklad Prusa Mendel či Voron, zaujali stovky ľudí po celom svete. Postupne sa prostredníctvom týchto projektov začalo experimentovať s rôznymi druhmi 3D tlačiarní, ktoré pre svoj pohyb používajú iný súradnicový systém ako bežnú karteziánsku sústavu súradníc. Takým typom tlačiarne je aj Hangprinter, ktorý aj napriek pomerne malej komunite ľudí zapojených vo vývoji prešiel už niekoľkými verziami. Ide o bezrámovú 3D tlačiareň, ktorá je jedinečná hlavne vďaka pohybovému systému s využitím lán.

3D tlačiareň závesného typu, tiež známa pod názvom Hangprinter, je koncept FDM/FFF 3D tlačiarne konštrukcie delta, ktorá je unikátna hlavne vďaka bezrámovému dizajnu a pohybovému systému s využitím lán. Autor tohto projektu, Torbjørn Ludvigsen, prvýkrát prišiel s touto myšlienkou už v roku 2015. Hangprinter radíme medzi RepRap tlačiarne, keďže veľa funkčných častí a súčiastok potrebných na zostrojenie takejto tlačiarne sa dá vytlačiť samotnou tlačiarňou. Jej bezrámový dizajn nepotrebuje stálu konštrukciu a ako rám môže využiť okolitú miestnosť. Táto tlačiareň je schopná tlačiť rozmerné objekty, ktorých veľkosť závisí od rozmerov miestnosti, v ktorej je nainštalovaná. Hoci existujú rôzne modifikácie Hangprintera, ktoré majú rám (ako napríklad Hangprinter na FRI UNIZA), nič nebráni nainštalovaniu stropnej jednotky na strop miestnosti spolu s vhodným umiestnením kotevných bodov. V roku 2016 bol predstavený verejnosti prvý funkčný prototyp Hangprintera, ktorý postupne prešiel niekoľkými zmenami a v súčasnosti sa vyvíja už štvrtá verzia tejto tlačiarne. Medzi základné časti, z ktorých sa štandardná 3D tlačiareň závesného typu skladá, patrí efektor (tlačová hlava zavesená na lanách), kotevné body a stropná jednotka. Na stropnej jednotke sú uložené motory, cievky, na ktoré sa laná navíjajú, základná doska a ďalšie hardvérové komponenty potrebné na riadenie.

Pohyb

Jediný pohyb, ktorý Hangprinter vykonáva, je pohyb efektora. Ten je uskutočňovaný pomocou štyroch BLDC motorov s optickými enkódermi a lán, na ktorých je efektor zavesený. Laná sa odvíjajú a navíjajú na štyri cievky označené A, B, C a D a každou cievkou otáča jeden z prislúchajúcich motorov s rovnakým označením, ako má daná cievka. Všetky cievky kontrolovane uvoľňujú a priťahujú 9 lán, aby umožnili pohyb v osiach X, Y a Z. Výšku tlačovej hlavy, teda výšku v smere osi Z, ovláda motor D. Motory A, B a C zabezpečujú pohyb v smere osí X a Y. Dokopy 6 lán ovládajú motory A, B a C (každý po dve laná), motor D navíja naraz 3 laná. Tie sú vedené smerom k tlačovej hlave zdvojene. To znamená, že laná sú natiahnuté zo stropnej jednotky cez kotvu na tlačovú hlavu a odtiaľ sú ťahané naspäť na kotvu, kde sa ukončia. Tento spôsob vyžaduje, aby cievky pracovali s veľmi dlhými lanami, ale poskytuje väčšiu presnosť ich návinu na cievku, ochranu voči príliš veľkému napnutiu a lepšie udržiava správnu polohu efektora. Podmienkou však je, aby boli laná navzájom rovnobežné.

Kotevné body

Hangprinter je bezrámová 3D tlačiareň, ktorá nepracuje v klasickej karteziánskej sústave a teda je potrebné pre vykonávanie pohybu karteziánske súradnice prepočítať. Na to však potrebuje poznať pozície rozmiestnenia kotevných bodov. Kotevné body sú pevné body umiestnené na statickej konštrukcii alebo na podlahe. Každému z motorov A, B, C a D prislúcha jeden kotevný bod s rovnakým označením. Pozície týchto bodov nie sú pevne dané a každý Hangprinter môže mať iné rozmiestnenie. Kotevné body A, B a C majú presne definovanú pozíciu príslušnými súradnicami X, Y a Z a skladajú sa z dvoch kotiev, cez ktoré sú vedené laná. Kotevný bod D, ktorý sa ako jediný nachádza priamo na stropnej jednotke, má takéto kotvy tri (viď. Obrázok 3) a jeho pozícia je určená len Z súradnicou. Týchto spolu deväť kotiev, ktoré sa tiež môžu nazývať uzly, je potrebné na konštrukcii dostatočne upevniť a nastaviť. Hoci ide o náročný proces, je dôležité určiťpozície kotevných bodov čo najpresnejšie a vyhnúť sa tak nesprávnemu polohovaniu efektora.

Hangprinter je tlačiareň, ktorá sa aj v súčasnosti radí medzi prototypy, teda nie je vhodná pre začiatočníkov v oblasti 3D tlače. Našimi nadobudnutými skúsenosťami z tohto projektu prispievame k rozvoju užívateľskej komunity. Veríme, že náš príspevok uľahčí prácu ďalším novým používateľom. Napriek dosiahnutým výsledkom ostáva stále priestor na zdokonalenie funkcionalít Hangprintera. Pomaly rastúca komunita plná aktívnych nadšencov však pomáha vo vylepšovaní a posúvaní tohto úžasného projektu vpred.