3D tisk

Jak se upgraduje 3D tiskárna od Průši. Proměnil jsem stařičkou MK3 v nejnovější MK4

  • Jak se kompletně upgraduje 3D tiskárna od Průši?
  • Zvládne to každý, nebo k tomu potřebuji doktorát?
  • A proč jsem si nekoupil úplně nový stroj

Před pár týdny jsme si do našeho redakčního podcastu pozvali konstruktéra 3D tiskáren Josefa Průšu a povídali si o nejnovějším modelu MK4. Ten letos na jaře oslavil své první výročí a je to doposud nejúspěšnější výrobek fabriky Prusa Research.

Podcast s Josefem najdete v oblíbených aplikacích, anebo rovnou zde 👇🏻

Na staré tiskárně vyrobíte díly pro novou

Konkurence nicméně sílí, domácích 3D tiskáren jsou dnes na trhu stovky a rozdíly se pomalu stírají. Jednou z unikátních specialit holešovické továrny je nicméně to, že si svého nového průšu můžete pořídit nejen složeného a připraveného pro okamžitý tisk, ale stejně tak je k dispozici stavebnice a upgrade.

b1efc929-72f9-45aa-8cf8-245bf061fe48
Sedm várek s díly pro upgrade z MK3S+ na MK3.9. Některé se tiskly pár hodin, jiné celý večer a noc až do rána

Prusa Research se totiž dodnes velkou měrou drží rané komunitní filozofie RepRapReplicating Rapid Prototyper –, která praví, že když už si takovou mašinu postavíte, dokážete na ní vytisknout co nejvíce dílů pro její další kopii. Ostatní součástky splašíte na internetu.

MK2 → MK3 → MK3S → MK3S+ → ?

Díky tomuto přístupu jsem si mohl před mnoha lety pořídit nejprve model MK2, poté jsem jej upgradoval na MK3, o něco později na MK3S, a nakonec na MK3S+. Když se pak loni na scéně objevila nejnovější a zcela přepracovaná generace MK4, bylo jen otázkou času, než opět začnu rozbíjet všechna naplněná prasátka.

1e099533-55bd-4dc0-850b-8cbd466b2d2c
Pandemický home office na jaře roku 2020 přinesl nejen drastické snížení nároků na to, jak má vypadat uklizený byt, ale i moře času ke stavbě MK3

Nakonec k tomu došlo až letos v květnu po dlouhém rozjímání, jestli má opravdu smysl vylepšovat už přece jen hodně starý stroj a nebude vhodnější pořídit zbrusu nový.

MK4 je ve formě ručního upgradu k dispozici hned v několika variantách:

  • MK3S+ na MK3.5: od 6 490 Kč
  • MK3S+ na MK3.9: od 12 990 Kč
  • MK3S+ na MK4: od 14 990 Kč

Jen pro srovnání, úplně nová MK4 stojí:

  • Stavebnice MK4: 20 990 Kč
  • Sestavená MK4: 27 990 Kč

O volbě upgradu nakonec rozhodly především Teplárny Brno, a.s. a nečekaně vysoký přeplatek za vytápění a teplou vodu. V košíku tak skončil střední upgrade MK3.9, ačkoliv jsem původně zvažoval nejmenší MK3.5, který obsahuje jen nový řídící počítač a barevný displej.

MK3.9 je MK4 bez přesnějších motorů

MK3.9 přináší veškeré novinky MK4 s výjimkou přesnějších motorů os, které ale mohu dokoupit kdykoliv později – jejich náhrada nebude díky otevřené konstrukci mašiny nikterak složitá a přidaná hodnota pro mě není zase až tak zásadní – netisknu šperky.

2258cfbb-62b6-4c4a-a77f-24346b32995c
Zleva: Staré krokové motory s artefakty VFA a ty nové bez artefaktů. Protože rozdíl v kvalitě není pro většinu běžných scénářů nikterak zásadní, zrodil se upgrade MK3.9 

Moje průběžně vylepšovaná, ale přesto už docela stará MK3S+ tedy dostane nový řídící počítač s internetovou konektivitou a hromadou vychytávek pro přesný a mnohem rychlejší tisk. Dále se mohu těšit na barevný displej a samozřejmě zcela přepracovanou tiskovou hlavu – Nextruder.

Kubo, neblázni a kup si novou tiskárnu! Ale vždyť ona bude opravdu skoro úplně nová 

No dobrá, ale tyto novinky budu montovat na tu původní prehistorickou vykopávku? Ani náhodou! Z původní mašiny totiž opravdu zbydou jen hliníkové hranoly kostry, vyhřívaná tisková deska, pár tyčí a dalších drobností, motory os XYZ a elektrický zdroj.

f03c01b0-7905-4a6c-a1d5-b84331b8dfd9
Někdejší MK3S+ po demontáži až na kost. Nemá smysl utrácet za nový rám a funkční zdroj

Zub času by se mohl podepsat snad jen na motorech, ložizcích a tiskové desce, ale protože mi na ni za ty roky nespadlo ani jedno piano po babičce a i ta projde dílčí obměnou, mašina bude opravdu i tak zářit novotou. A ty motory? I po letech tiše vrní jako za mlada.

8762c299-4601-490e-a4a3-fb2099a71be0
Když se dostanete do tohoto stavu, největší hrůzu budete mít z toho, jestli jste opravdu vytiskli všechny potřebné díly položené vpravo nahoře

A co staré plastové díly? Ty všechny a bez výjimky zamíří do koše! To je naprosto bez debat. Ještě jednou, toto je filozofie RepRap, takže v krabici s upgradem najdu dvě cívky termoplastu PETG a po stažení modelů z katalogu Printables si je všechny vytisknu. V krabici jich je proto jen několik z náročnějších plastických hmot.

82df7463-671b-4f5e-a447-d71ab162614b361f3f34-fbcf-4e1c-9afb-9e50350f47227e4c2bd8-310b-43d0-ae93-9aa13f126da2
Rizikem jsou stará ložiska os XY, která nejsou součástí upgradu MK3.9. Kdyby byla opravdu ve špatném stavu, koupím za pár desetikorun nová. Tady ale stačilo promazání

Obrázkový návod a několik set dílčích kroků

Tisk dílů zabral několik desítek hodin, no a po kontrole jakosti a nervózním počítání, jestli je mám opravdu všechny, přišel čas na demontáž. To je kritický bod; pak už nebude cesty zpět!

3cfc8c7f-2500-4182-92db-46b5155428cb
Obrázkový návod pro upgrade, který ilustruje i ty nejdrobnější dílčí kroky

Demontáž a následná montáž je při podobných upgradech naštěstí relativně jednoduchá. Pokud složíte levou zadní postel a skříně z Ikey, zvládnete i průšu, na webu jsou totiž obrázkové návody krok za krokem pro všechny myslitelné varianty.

3bca15eb-61c7-499e-8f32-21023826b2ad
Návod pro daný krok je dobré přečíst vždy celý. Třeba v tomto případě se mi v dílně rozkutálely drobné distanční sloupky vyhřívané tiskové desky a jejich hledáním jsem zabil dobrou půlhodinku... A to vše, abych se hned v poznámce níže dočetl, že je mohu vyhodit

Dílčích kroků sice budou při upgradu stovky a člověk by v některých fázích zvolil možná jejich mírně odlišnou posloupnost, pokud si však uvědomíme, že co majitel tiskárny, to jiné montážní schopnosti a zkušenosti, obrázkový návod je vlastně uměním možného a já tady právě teď klekám na svůj umaštěný redakční koberec a vzdávám hold všem, kteří za ním stojí.

Díky upgradu vím, co dělá každý šroubek

Ruční upgrade nebo stavebnice MK4 nejsou oproti sestavenému a perfektně kalibrovanému stroji pouze levnější, ale tiskař zároveň bude vědět, jak ten zatracený stroj v nitru vlastně funguje, jak se čistí, opravuje a nebude se toho bát.

d70b61d1-0a6f-4e57-bcb1-7347001fe66e
Nová řídící deska s 32bitovým procesorem a původní 8bitová deska v pozadí 

A to všechno opravdu do posledního šroubku, pokud se tady totiž bavíme o stavebnici, tak to platí doslova. Jak už jsme si řekli výše, MK3.9 a MK4 jsou vyzbrojené novou tiskovou hlavou Nextruder s planetovou převodovkou 10:1, zasunovacím (takže mnohem lépe vyměnitelným) modulem trysky a chladícím tělesem s integrovaným tenzometrem.

f5ed2ec8-1032-4583-b940-7be18ab6e13d5effc668-6933-4abc-8f5e-4db944a640f0bde6b09a-e634-4fe9-abe0-0ecb59c525b5
Montáž nového řídícho počítače a displeje. Největší výzvou bylo lepení titěrných popisků na jeho kryt, který jsem kvůli hezké struktuře tiskl na zrnitém plátu 

A všechny tyto kousky budete muset na svém pracovním stole ručně složit dohromady, soukolí namazat vazelínou (vše potřebné je součástí balení), matky a titěrné magnetky detektoru struny vtlačit do ještě titěrnějších otvorů a pak to všechno sešroubovat.

1bc5bf44-885a-44ad-927e-445712c6c77b 32c43271-91af-48c6-aa61-d52526442c69748f8a38-c937-4460-89a3-e8591bc08b41eb2d1362-0c1e-4041-bde0-c895565b60b1
Skládáme Nextruder s planetovou převodovkou krok za krokem

Bude to sice místy opravdu hodinářská práce vyžadující zenový klid a trpělivost, ale i když nějaké té třeba zrovna trošku vágnější větě z návodu neporozumíte, prostě se podíváte na přiloženou fotografii ve vysokém rozlišení, jak to má vypadat.

Takhle fungovala tisková hlava na MK3

Stavba Nextruderu je nicméně opravdu čirá nádhera, konstrukčně se totiž dramaticky liší od mnoha dalších. Ostatně, podívejte se na obrázky níže, ve kterých jsem se snažil od ruky a zjednodušeně naznačit, jak vypadal extruder (tisková hlava) v MK3 a jak funguje v MK3.9/MK4.

c02181f0-47e0-4a83-9c99-5be170215b4d
Schéma extruderu / tiskové hlavy na MK3

Jak vidno, zelené ozubené kolečko krokového motoru natahuje shora červenou strunu filamentu (tiskového materiálu), přičemž přítlak ke kolečku udržuje z opačné strany azurová část. Sílu přítlaku korigujeme pomocí šroubu, který prochází skrz tiskovou hlavu.

Pod motorem struna vstupuje skrze PTFE trubičku do chladiče s žebrovím a ventilátorem. A konečně v nejnižší části s topným blokem se struna taví při teplotách nad 200 °C a prochází skrze (oranžovou) trysku, která je do bloku přišroubovaná.

aa30d1b9-6181-4a3f-bfb0-802cbb3ff40f916322f4-0082-4562-a08e-a0cb27503db02fc44e1a-8189-438b-9a93-03e1111e2976
A takhle vypadá hlava MK3 ve skutečnosti. Mimochodem, upgrady jsou skvělou příležitostí pro kutily, ze staré tiskárny jim totiž zbyde hromada kvalitních součástek

Vše hlídá (růžová) SuperPINDA (Prusa INDuction Autoleveling) a její varianty na tiskárnách ostatních výrobců, tedy indukční detektor, který po přiblížení ke kovové překážce (tiskovému plátu) pod ním změní logický stav na signálním vodiči. SuperPINDA tedy slouží ke kalibraci roviny.

Takhle funguje tisková hlava na MK3.9/MK4

A toto je už zjednodušené schéma tiskové hlavy na MK3.9/MK4 tak, jak se s ní seznámí každý, kdo ji svépomocí sestaví.

2b4c2720-1677-4e6a-9d31-e8ddc6f5cd70
Schéma extruderu / tiskové hlavy na MK3.9/MK4

Jednoduché ozubené kolečko přimontované přímo na krokovém motoru tentokrát nahrazuje planetová převodovka s poměrem 10:1, která se stará o mnohem jemnější, přesnější, silnější a rovnoměrnější tah struny. Z opačné strany strunu k motoru přitlačují válečky a sílu přítlaku opět koriguje šroub (nahoře).

ef8adcb3-35bd-46a3-b8a8-c2f058e879d4f9d67d86-7e68-438c-975b-e1b7999879eef6e0ade3-b4d7-4def-bf5c-d829193299dd5bdccea1-1ea0-4cb7-baa0-84e5e53ec35e
Různé fáze rozložení nové tiskové hlavy Nextruder s patrným vedením (žluté) struny

Pod komorou motoru struna opět zajíždí do chladiče, ve kterém je ale tentokrát zasazený celý modul trysky s vlastní kovovou trubičkou, který z boku drží dva šrouby. Jejich uvolněním lze tedy tryskové jádro celé vytáhnout a vyměnit. A hlavně za studena!

fe8f024a-284c-4f30-b635-1e2fda5ecc2a
Tryska MK3.9/MK4 s kovovým vedením až k motoru zasazená do topného bloku. Modul se dá uvolnit a celý vytáhnout. Samozřejmě lze vyšroubovat pouze trysku a pořídit novou

U tiskáren MK3 držely závit trysky zbytky zatuhlého termoplastu, takže trysku jsme museli před odšroubováním rozpálit na teplotu okolo 250 °C. Bylo to špinavé, hrozilo popálení nemotorných rukou a zároveň zkrat vodičů topného tělesa.

Namísto SuperPINDA tenzometr

Dobrá, to všichni chápeme, ale kam se poděla SuperPINDA? Na MK3.9/MK4 už není vůbec potřeba, její roli totiž plní sám chladič, který má v horní části přimontovaný (opět růžový) tenzometr.

Odporový tenzometr najdete v každé digitální váze, je to totiž relativně primitivní elektrická součástka, jejíž deformací se v obvodu mění elektrický odpor, který pak změří výpočetní jednotka.

97b22a01-93a4-4733-b760-25fecb854653
Modul chladiče s kabeláží tenzometru tvoří záda celé tiskové hlavy

Zatímco v domácí váze způsobí deformaci vaše nadváha, v Nextruderu to je kontakt trysky s překážkou, který vytvoří zanedbatelné pnutí a deformaci tenzometru v horních partiích chladiče.

Protože je člen opravdu velmi citlivý, začne ukazovat patrnou změnu už při jemném dotyku prstem. Majitelé tiskáren MK3.9/MK4 si to mohou po dokončení práce vyzkoušet přímo na displeji, který zobrazuje surové hodnoty ze všech čidel mašiny.

K čemu je to dobré?

Tenzometrický Nextruder má oproti indukčnímu detektoru hromadu výhod. Díky své přesnosti a analogovému výstupu (namísto digitálního volno/překážka je výstupem intenzita tlaku na překážku) dokonale změří nejen rovinu, ale spočítá i nejvhodnější výšku při tisku první vrstvy plastu. To je velmi důležité, natavené vlákno se totiž musí zabořit do tiskového plátu tak akorát, aby se správně přilepilo.

2976bd15-d5ed-4dc1-88ac-f8f063a5d2646795abdc-cdc7-4116-88d6-3e72a0df3b619cdf9ad5-9e62-44de-b5d5-02fe5a6678c4
Klidový údaj z tenzometru (load cell) a po dotyku trysky prstem

Jenže kovových plátů je celá řada. Zatímco jedny jsou hladké, druhé mají hrubý povrch, aby se jeho vzor otiskl do spodní vrstvy tištěného modelu, a odstranil tak viditelné cestičky pokládaného vlákna.

U mnoha levných tiskáren s indukčním snímačem proto musíme při změně plátu doladit výšku první vrstvy a mašina MK3 se SuperPINDA nebyla výjimkou. MK3.9/MK4 ale toto všechno dělá plně automaticky a provede tenzometrickou kalibraci na začátku každé nové výroby.

d6e88e0d-00f9-4923-b11c-22519d8024f9
Zrnitý a saténový plát. Dříve bylo třeba při jeho změně ručně překalibrovat výšku první vrstvy, protože natavené vlákno se jinak boří do saténového a jinak do zrnitého. Nextruder toto všechno provede automaticky

Druhou výhodou tenzometru oproti indukci je fakt, že z principu své funkce detekuje jakýkoliv odpor – nikoliv jen přiblížení kovové překážky. Prusa Research jej proto může použít i k mnoha dalším lumpárnám, které se doslova nabízejí.

Stručně řečeno, jakmile v nitru chladiče dojde k jakémukoliv mikroskopickému pnutí – ať už jej způsobil dotyk s tiskovým plátem, nebo třeba ucpaná struna, palubní počítač se to může (alespoň teoreticky) dozvědět.

Mašina fungovala hned po sestavení 

Upgrade tiskárny se nakonec se vším všudy protáhl na celý týden a téměř zcela nová mašina MK3.9 začala tisknout na první dobrou. Tentokrát už opravdu bez jakékoliv průběžné ruční kalibrace.

099de005-cb6d-468a-a2cf-672134e9cdbf
Jak to začalo, aneb MK3S+ s vyměníkem strun MMU3 ještě 17. května
3757d3a4-4913-4344-8d03-659f1bda1019
A jak to dopadlo, tedy vylepšená MK3.9 opět s výměníkem strun MMU3 25. května

Jen na začátku bylo třeba podle návodu na displeji ověřit správnou funkci všech čidel a provést automatické zarovnání soukolí převodovky. Kdyby ještě žila naše dlouhosrstá čivava Kikina, zvládla by to také.

Příští upgrade bude na MK5?

Sečteno a podtrženo, MK2 jsem měl kdysi dávno ještě před kovidem. Během pandemie jsem z dlouhé chvíle na home officu provedl upgrade na MK3 a téměř na den přesně po čtyřech letech konečně na MK3.9 s tím, že formální Čtyřku z mašiny mohu udělat prakticky kdykoliv dokoupením několika krokových motorů (tedy, až budou někdy skladem).

4a1a9991-e5db-4209-bda1-079f9a6513a6604a6625-9da4-4b53-a898-6f052c80a01287ebd5f1-c610-4ac1-8aa3-444d1ca598d3
Pokud oželíte nový Nextruder, bude dobře sloužit i nejlevnější upgrade MK3.5 s novým řídícím počítačem a barevným displejem. Ten je pochopitelně nejviditelnější změnou

Tiskárna žije dál, no a pokud v Prusa Research v následujících letech zcela nepromění koncepci, nejspíše mě jednou čeká upgrade na MK5. Protože se Josef v podcastu dušoval, jak skvělé se MK4 daří a že se opravdu nemáme obávat konce konstrukčně jednoduchých bed slingerů z holešovické fabriky, je to více než pravděpodobné.

Diskuze (60) Další článek: Neuralink chystá implantaci čipu do mozku druhého pacienta. Vlákna zasune hlouběji do mozkové kůry

Témata článku: ,