3DP : SmartrapCore 組裝筆記

原來戲稱我的第一臺 3D printer Prusa i3 是小三 (它佔去了我不少空閒時間)，緊接在第二臺Delta 架構的 Kossel mini 後面，真正的小「三」出現了。不過，我這臺走 CoreXY 架構的 SmartrapCore 有 40cm x 40cm x 31cm，也不算「小」。

為什麼會選 SmartrapCore 當小三呢？主要是玩過 Prusa 那類型，也玩過 Delta 型的，想試試 CoreXY 這種以兩顆馬達加皮帶協同控制 XY 兩軸的特殊機構；另外，SmartrapCore 以木箱當主結構體，所有的東西都放在一口木箱中也是很特別的方式。

SmartrapCore 完全 opensource，以 OpenJSCAD 來建立整臺印表機的印件模型，讓大家可以自行輸入參數，然後依輸出的參考尺寸來選擇合適的木板、光軸，並下載印列件模型來列印，可以完全滿足 DIY 的樂趣。

底下記錄一下安裝的筆記：

需用到的網站

組裝 SmartrapCore 時，我們會需要用到底下的網站：

• https://www.youmagine.com/designs/smartcore
• http://openjscad.org/
• https://modelrepair.azurewebsites.net/

作者很貼心的拍了一系列詳細組裝步驟，雖然我選用的 Smartcore V1.2 有部份列印件不同了，但對第一次組裝的人來說，參考價值還是滿高的：

• https://www.youtube.com/channel/UC4e-Ds78vj5vZtIupWAGX0A/playlists

材料清單

SmartrapCore 的木箱和光軸的尺寸需依自己計畫的列印範圍和木板的厚度.......等來設定參數內容，SmartrapCore 建模的程式會一一幫我們算出尺寸，我們再據此採買或製作。我這次因為已有現成的木箱，因此只能不斷更改參數來找出最符合箱子的列印範圍。總之，我們可以用 SmartrapCore 的建模程式來達到完全客製化。

底下是會使用到的所有材料清單：

• 木板 : 共四片，厚度看自己想設定的參數是多少，長寬則參考 OpenJSCAD 建模程式輸出的結果。
• 光軸 : X軸兩支，Y軸兩支，Z軸兩支，我採用直徑 8mm 的光軸，長度需參考 OpenJSCAD 建模程式輸出的結果。
• 列印件 : 在 OpenJSCAD 設定參數後輸出、下載，並以 netFabb 修正後列印。
• 螺絲 :
  M3x30 螺絲 (6根)
  M3x25 螺絲 (6根)
  M3x16 螺絲 (10根)
  M3x10 螺絲 (10根)
  M3 螺母 (5顆)
  M8x25 螺絲 (5根)
  平頭的木頭螺絲 3.5吋 (12根)
• nema17 步進馬達 4 顆 (40mm or 48mm)
• 主控板 : ramps 1.4
• 微動開關 3 顆。
• 加熱頭一組 : E3D
• 軸承 :
  滾珠軸承 608zz 10 顆。
  線性軸承 lm8uu 12 顆。
• 鐵氟龍管(Bowden cable) : 70 cm ，外徑 4mm，內徑 2mm。
• 6mm 2GT 皮帶大約 3公尺，實際長度要參考 OpenJSCAD 建模程式輸出的結果。
• 20齒 2GT 同步輪  3 個。
• 玻璃 1 片(尺寸需配合列印範圍)。
• 電源供應器(變壓器)。

擠出機我沒使用 SmartrapCore 的，所以材料另外列：

• 列印件模型 : http://www.thingiverse.com/thing:719709
• 滾珠軸承 624zz  1 個。
• MK8 送絲齒輪 1 顆。
• 強力彈簧(外徑7-9mm，長度30mm) 1 個。
• M3x25 螺絲(3根)
• M3x8 螺絲(1根)
• M4x15 螺絲(1根)
• M3華司 x 3
• M4華司 x 2
• 快速接頭 (外徑 4mm，內徑 2mm，螺紋 10mm) 1顆。

列印件模型製作流程

底下簡單的記錄 SmartrapCore 印表機列印件建模的程序：

1. 至 SmartrapCore 網站中下載 OpenJSCAD 建模程式並儲存。
2. 將建模程式拖曳至 openjscad.org
3. 依自己的需求設定各項參數。
4. 選擇需要的輸出模式。
5. 按「Update」
6. 按「Generate STL」
7. 將下載回來的 .STL 檔案 upload 到 netFabb 的 3D Model Repair 雲端服務修正。
8. 下載修正好的模型。

注意：
步驟 7 很重要，因為 OpenJSCAD 輸出的模型很鬆散，無法直接列印，必須由3D模型修正工具修補後，結構才不會有問題。

另外，在列印時，如果模型是兩個物件，可以將模型先拆開，並依需求旋轉一下方向，基本上，應該是不需要加支撐即可列印。

建模參數範例

假設我的印表機木箱的尺寸大小如下：

• 木板厚：15mm
• 木箱內部長、寬、高：370mm 

所以木箱底部部的長寬應該各為 400mm。

在 OpenJSCAD 中的建模參數中輸入如下內容：

• Print width: 205
• Print height : 230
• Print depth : 275
• Box wood thickness: 15
• X Y Rods diameter : 8
• Z Rods diameter : 8
• Stepper motors type : nema17

如果只是要在畫面中預覽模型，我們可以將「output resolution」(產生模型時的解析度)設為 8 即可，如果是要產生列印件的 .STL 檔就設為 32。

如果想查詢光軸長度，可以在「What to show」中選「Walls and rods sizes」，即可知道 x, y, z 三軸的光軸各要多長。

組印表機時的部份筆記

• Z 軸的底部 :
  以 2 根 M3x25 螺絲鎖馬達。
• Z 軸的頂部 :
  以 1 根 M10x20 螺絲鎖 608ZZ 軸承。
  面對 Z 軸，頂部那塊，左邊較寬，右邊較小。
• Z 軸的中間 :
  需用到四顆 LM8UU，安裝時上面要切齊，以四根 M3x10 鎖緊。
• XY 軸皮帶 :
  XY 軸使用到兩條皮帶和八個 bearings，而八個bearing剛好有四個是位於上層，四個位於下層，一條皮帶會掛在比較高的 bearings 上，另一條則是掛在較低的 bearings。
  兩條皮帶都先將一端掛在 X 軸臺車靠 E3D 那一側，並鎖上 E3D 的固定架，起始位置如果較低的皮帶，應該掛在較低的 bearings，起始位置如果較高的皮帶，則應該掛在較高的 bearings 上。
  為了配合兩條皮帶高度不同，XY軸兩顆馬達上的 pulley 固定的高度應該也會不同，掛較位置較高的皮帶，pulley 就必須調高一點。
• XY 馬達：
  CoreXY 的特色是，X 和 Y 兩顆馬達會同時轉同一個方向，用以控制 X 軸或 Y 軸，因此安裝時，靭體的設定很重要，務必將兩顆馬達調到同方向旋轉。
  以我的來說，初玩，搞不清楚，玩了好幾次，最後是：
  左側的馬達(列印件上有印個 L)是插在控制板的 X 馬達位置，而右側的馬達(列印件上有印個 R)是插在控制板的 Y 馬達位置；而 Marlin 中搭配修改了參數，「INVERT_X_DIR」和「INVERT_Y_DIR」都設為「true」。很不習慣的一點是，Y 的限位開關明明固定在標為 L 的列印件上，馬達卻插在 X 上，他日要再來調整一下。

改裝部份：限位開關

X、Y 和 Z 軸的限位開關，最經濟的方法當然就是直接以微動開關來製作。

• 準備綠色和黑色的電線各一條。
• 將電條電線分別焊在微動開關「C(Common)」和「NC(Normally Closed)」兩支接腳上。
• 電線的另一端打上一個2 pins 母的杜邦端子。
• 控制板上則插入 GND 和 Signal 的腳位，注意！千萬別接到 Vcc 的 5V 腳位去了。

Marlin 配合修改參數的部份，以 X 軸的限位開關為例，Marlin 的 Configuration.h 中要搭配底下的設定值

const bool X_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false;

Y 軸和 Z 軸的部份也是類似。不過，強烈的建議，一定要自己先測試 EndStop 是否有工作，才可以執行印表機 HOME 的指令。測試限位開關的的 G-Code：

M119

SmartrapCore 原始設計，Z 軸是使用近接開關，基於使用率、載重及成本，我將它改用便宜好用的微動開關：

我設計了一個簡易的調整螺絲架和微動開關固定架，模型可以在底下網址中找到：

• http://www.thingiverse.com/thing:1005922

改裝部份：料架

SmartrapCore 原始設計將料盤置於底部，我們可以利用壞的 2.54吋硬碟當料架。將舊硬碟拆解，只留底座和碟盤，其實零件都不要。再用兩根木板螺絲和華司夾緊固定即成為「骨溜」、好用的料架。我剛好有一顆早期 Seagate 出的薄型硬碟，碟盤不知何時已由底座拆下，找不到固定軸心的螺母，只好將底座翻面，碟盤軸心改由外部扣在軸心孔，再用一根小迴紋針夾住軸心來固定，甚是好用。

改裝部份：擠出機

擠出機我採用在 Thingiverse 中找的的這個「Bernis simple 3d printing bowden extruder」：

• http://www.thingiverse.com/thing:719709

組裝並不難，要注意的是彈簧強度要夠。

有關擠出量，我在 Marlin 中用到的參數記錄如下：

• DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT 設為 150
• DEFAULT_MAX_FEEDRATE 設為 25
• DEFAULT_MAX_ACCELERATION 設為 10000

Marlin 的參數

底下是我的 Marlin 中有更改的部份，請依個人需求再行修改，切勿直接套用：

• 依控制板修改：
  #define MOTHERBOARD 33
• CoreXY一定要有的參數：
  #define COREXY
• 限位開關的參數(務必自行測試才上線)：
  const bool X_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false;
  const bool Y_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false;
  const bool Z_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false;
• 馬達旋轉方向(務必自行測試才上線)：
  #define INVERT_X_DIR true
  #define INVERT_Y_DIR true
  #define INVERT_Z_DIR true
  #define INVERT_E0_DIR true
• 最大列印範圍(務必自行計算、測試才上線)：
  #define X_MAX_POS 185
  #define Y_MAX_POS 245
  #define Z_MAX_POS 140
• 執行 HOME 時的速度
  #define HOMING_FEEDRATE {70*60, 70*60, 10*60, 0}
• 搭配每步旋轉1.8度的馬達，以16微分控制，2GT皮帶、20 齒同步輪(80=200x16/2/20，擠出機的150, 25 必須自行再調整)
  #define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {80, 80, 80, 150}
  #define DEFAULT_MAX_FEEDRATE          {200, 200, 10, 25}
  #define DEFAULT_MAX_ACCELERATION      {3000,3000,1000,10000}

待解決問題

SmartrapCore 使用了幾天，目前遇到幾個問題，先列在這兒：

• 列印平臺在 Z 軸馬達 off 時，會因為重力而整個下滑。
  目前在結束的 G-Codes 裡加入了讓 Z 軸下降至最底的指令，降低瞬降的風險。
• 因為印表機主結構使用木箱子，列印時共振的情形很明顯，整體的聲音很大。
• 列印平臺似乎會因為結構設計的問題及機器的振動的問題而受影響，此部份待觀察。
• 高速列印時，直角變形，垂直水波紋較明顯。

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