Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8025| Назва: | Розробка 3D принтера |
| Автори: | Гончаров, Артем Володимирович Ничипорчук, Данііл Олегович |
| Ключові слова: | 3D-принтер;мікроконтролер;LCD дисплей;кроковий двигун;SolidWorks;екструдер |
| Дата публікації: | 2024 |
| Короткий огляд (реферат): | Основна мета роботи полягає в розробці 3D-принтера. В роботі також здійснено аналіз наявного програмного забезпечення та обрано програмний комплекс SolidWorks для розробки каркасу пристрою та деталей для тестового друку. Також використано слайсер з відкритим кодом CURA для імпорту розробленої 3D-моделі деталі, налаштування параметрів друку (швидкості, температури, товщини шару тощо) та подальшого перетворення цих налаштувань на G-code, який зберігається у файл з розширенням .gcode та використовується в 3D принтері для друку деталі. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8025 |
| Розташовується у зібраннях: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Ничипорчук_Гончаров.pdf Restricted Access | 2.44 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ,
АВТОТРАНСПОРТУ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)
на тему Розробка 3D принтера
Виконав: студент 2 курсу, групи РТ-205
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»)
Ничипорчук Д.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Гончаров А.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Бондаренко М.О.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2024 року
ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………………………..5
РОЗДІЛ 1. ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД НАЯВНИХ РІШЕНЬ…………6
1.1 Види екструдеру………………………………………………………………14
1.2 Платформи……………………………………………………………………..14
1.3 Контролери…………………………………………………………………….15
РОЗДІЛ 2. ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ………………….17
2.1 Основні технічні вимоги……………………………...………………………17
2.2 Конструкція та компоненти…………………………………………………..18
2.3 Платформа та екструдер……………………………………………………...18
2.4 Контролер……………………………………………………………………...18
2.5 Інтерфейси та користувацький досвід……………………………………….18
2.5.1 Дисплей та управління……………………………………………………...18
2.5.2 Підключення та програмне забезпечення…………………………………18
2.5.3 Ручна калібровка……………………………………………………………19
2.6 Безпека та надійність ………………………………………………………...19
2.6.1 Захист від перегріву………………………………………………………...19
2.6.3 Надійність компонентів…………………………………………………….19
2.7 Вибір та обґунтування структурної схеми пристрою………………………20
2.8 Аналіз блок-схеми керуючої програми……………………………………...23
2.9 Розробка принципової схеми…………………………………………………30
РОЗДІЛ 3. ПРОЄКТУВАННЯ КОРПУСУ ТА ЗБІРКА ПРИСТРОЮ…………39
3.1 Проєктування розгортки корпусу……………………………………………39
3.2 Збірка пристрою……………………………………………………………….43
РОЗДІЛ 4. ПРОЄКТУВАННЯ ТЕСТОВОЇ МОДЕЛІ ТА РОЗРОБКА
КЕРУЮЧОЇ ПРОГРАМИ…………………………………………………………...47
РТ205.024408.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ничипорчук Д.О Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Гончаров А.В. 3 67
Розробка 3D принтера
Реценз. Бондаренко М.О
Н. Контр. ЧДТУ 2024
Затверд.
РОЗДІЛ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ……………………………………………………56
5.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в процесі проєктування
3D принтера…………………………………………………………………………..56
5.2 Розробка системи пожежогасіння…………………………………………....57
ВИСНОВКИ……………………………………………………………………….64
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ………………………………………..65
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ВСТУП
Протягом останнього десятиліття, технологія 3D-друкування стала однією з
найвражаючих досягнень у сучасному інженерному світі. Ця нова методика
відкриває безліч можливостей у виробництві, дизайні та наукових дослідженнях,
дозволяючи створювати складні 3D-моделі швидко, ефективно та з високою
точністю.
Проте, комерційні 3D-принтери мають свої обмеження, що ускладнює їх
використання в окремих сферах. Наприклад, обмеження у якості виготовлених
деталей та вартості можуть стати перешкодою для задоволення потреб
користувачів.
Отже, мета даної дипломної роботи полягає в розробці 3D-принтера, який
задовольнятиме вимоги щодо якості виготовлених деталей та вартості. Розробка
такого пристрою може вирішити проблеми, пов'язані з обмеженнями існуючих
систем, і забезпечити більше можливостей для використання 3D-друку в різних
галузях.
Під час розробки прототипу 3D-принтера будуть використані сучасні
технології та методи. Проводитимуться дослідження різних технологій 3D-друку
з метою вибору найбільш оптимального методу для розробки прототипу. Також
будуть розглянуті технічні аспекти розробки, вибір компонентів, проектування
та виготовлення самого прототипу.
Очікується, що результати цього дослідження допоможуть покращити існуючі
можливості 3D-друку та сприятимуть подальшому розвитку цієї технології.
Якщо будуть розроблені більш досконалі, доступні та ефективні 3D-принтери,
вони можуть знайти широке застосування в різних галузях промисловості,
включаючи створення прототипів, медицину та виробництво запчастин.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 1. Патентний пошук та огляд наявних рішень
Було використано різні інструменти для аналізу патентів, такі як Google
Patents та Espacenet, для збору інформації. Однак, можна надати загальну
інформацію про основні технології та патенти, які пов'язані з 3D друкуванням.
Основні технології 3D друкування включають:
1 Fused Deposition Modeling (FDM): Це один з найпоширеніших методів,
де пластик розплавляється та наноситься шар за шаром для створення об'єкта.
2 Stereolithography (SLA): Цей метод використовує ультрафіолетове світло
для затвердіння рідинного смолоподібного матеріалу шар за шаром.
3 Selective Laser Sintering (SLS): У цьому методі лазер використовується
для злиття порошку матеріалу шар за шаром, що утворює об'єкт.
4 Digital Light Processing (DLP): Подібно до SLA, в цьому методі
використовується світло, але вміст зображення формується відразу для кожного
шару.
У кожній з цих технологій є численні патенти, що охоплюють різні аспекти,
такі як матеріали, процеси друку, апаратне забезпечення тощо. Деякі компанії,
такі як Stratasys, 3D Systems, Formlabs, були активними у розробці цих
технологій та отриманні патентів.
За основу проектування, було взято технологію FDM, під номером
JP7113839B2. Це - процеси адитивного виробництва з використанням лише
рідин або в’язких матеріалів, осадження безперервної кульки в'язкого матеріалу
за допомогою ниткоподібного матеріалу, який розплавляється, наприклад,
моделювання плавленого осадження.
На далі, буде взято інформацію згідно до цього патенту. Але, приносячи ідеї
та рішення розповсюджених проблем задля удосконалення технології 3D друку.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.1 Розгляд патентного рішення JP7113839B2. Принцип роботи
подачі матеріалу до нагрівального елементу
Рисунок 1.2 Розгляд патентного рішення JP7113839B2. Принцип пошарової
подачі матеріалу
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Переглянемо гігантів цієї індустрії та їх продукти. Декілька компаній серед
світових представників це:
Stratasys - відомий світовий лідер у сфері аддитивного виробництва, який
спеціалізується на розробці та виробництві 3D принтерів та матеріалів для них.
Основана в 1989 році в США, компанія вже більше 30 років займає лідируючі
позиції у своєму секторі.
Технології: Широкий асортимент технологій 3D друку, включаючи Fused
Deposition Modeling (FDM), PolyJet, Stereolithography (SLA) та Selective Laser
Sintering (SLS). Кожна з цих технологій має свої унікальні переваги та
застосування, що дозволяє компанії задовольняти різноманітні потреби клієнтів.
Продукти: Різноманітні моделі 3D принтерів для різних виробничих потреб,
від настільних принтерів для прототипування до великоформатних промислових
систем для виробництва деталей. Деякі з відомих моделей включають Fortus,
F123 Series, J Series, а також багато інших.
Матеріали: Крім принтерів, Stratasys також виробляє широкий спектр
матеріалів для 3D друку. Пропонують більше 30 різних видів матеріалів,
включаючи термопластики, гуму, композити та біоматеріали
Застосування: Продукція використовується у різних галузях, включаючи
автомобільну промисловість, авіацію та космос, медицину, електроніку, освіту та
багато інших. Компанія допомагає клієнтам з різних галузей вирішувати складні
завдання та впроваджувати інновації за допомогою своїх технологій та
продуктів.
Інновації: Stratasys постійно впроваджує нові технології та матеріали для
покращення своїх принтерів та розширення можливостей 3D друку. Компанія
активно веде дослідження та розробки у сфері нових матеріалів, процесів та
програмного забезпечення.
Завдяки своєму досвіду, технологічному лідерству та високоякісним
продуктам Stratasys залишається однією з найбільш впливових компаній у сфері
3D друку, що продовжує привертати клієнтів та розвивати індустрію
аддитивного виробництва.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.3 Продукція компанії Stratasys
3D Systems: 3D Systems є однією з провідних компаній у світі аддитивного
виробництва та 3D друку. Компанія була заснована в 1986 році Чаком
Халдерманом, який визнаний як один із піонерів 3D технологій. Протягом
багатьох років 3D Systems була в авангарді розвитку аддитивного виробництва
та інновацій в цій галузі.
Технології: Пропонує різноманітні технології 3D друку, такі як
Stereolithography (SLA), Selective Laser Sintering (SLS), MultiJet Printing (MJP),
Direct Metal Printing (DMP) та багато інших. Кожна з цих технологій має свої
унікальні переваги та застосування у різних галузях.
Продукти: Компанія виробляє широкий асортимент 3D принтерів та
різноманітні матеріали для них. Вони пропонують як настільні принтери для
прототипування та навчання, так і промислові системи для виробництва великих
об'ємів деталей.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Матеріали: Має різноманітні матеріали для 3D друку, включаючи пластик,
гуму, метал та біоматеріали. Їх асортимент включає як стандартні матеріали, так
і спеціальні композити та матеріали з підвищеними властивостями.
Застосування: Продукція застосовується у різних галузях, включаючи
автомобільну промисловість, медицину, аерокосмічну індустрію, електроніку,
дизайн і багато інших.
Інновації: 3D Вони активно займаються дослідженнями та розробками, щоб
привносити новаторські рішення у світ аддитивного виробництва.
Завдяки своєму досвіду, технологічному лідерству та високоякісним
продуктам, 3D Systems залишається однією з найбільш впливових компаній у
сфері 3D друку. Їхні технології та інновації продовжують змінювати спосіб
виробництва та впливати на різноманітні галузі промисловості.
Рисунок 1.4 Продукція компанії 3D Systems
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Остання компанія у цьому списку це – MakerBot + UltiMaker
З принтерами компанії Makerbot мав нагоду познайомитись ще задовго до
проектування диплому. Знайомство було з різними поколінями цих пристроїв,
від Makerbot Replicator 2x до нових Makerbot Replicator+. Завдяки ним мені
вдалось зрозуміти основи проєктування деталей та механіки цих пристроїв.
Ultimaker + MakerBot - це голландська компанія, заснована в 2011 році.
Виникла з бажання зробити технологію 3D друку доступною та простою у
використанні. За короткий час компанія стала однією з провідних у світі
виробників настільних 3D принтерів.
Технології: Ultimaker використовує технологію Fused Deposition Modeling
(FDM), що дозволяє швидко та ефективно створювати тривимірні моделі з
різних матеріалів. їхні принтери відомі своєю надійністю та високою якістю
друку.
Продукти: Компанія виробляє різноманітні моделі настільних 3D принтерів,
які підходять для різних потреб від прототипування до освіти та виробництва
кінцевих деталей. Їхні найвідоміші моделі включають Ultimaker S3, Ultimaker S5,
Ultimaker 2+ і Ultimaker 3.
Матеріали: Пропонує широкий вибір матеріалів для своїх принтерів,
включаючи різні види пластиків, гуми, ниток для підсилення та біоматеріалів. Ці
матеріали мають високу якість та різноманітні властивості, що робить їх
відмінним вибором для різних завдань
Застосування: Використовується в різних галузях, включаючи освіту,
медицину, промисловість, дизайн та багато інших. Їхні принтери дозволяють
користувачам реалізувати свої творчі ідеї.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.5 Продукція компанї Ultimaker
Розбір патенту показує переваги та створення принтеру на основі вже
створених пристроїв, потрібно розібрати його на комплектуючі задля створення
технічного завдання. З’ясовано що основними для 3D принтеру складовими є:
Каркас (Рама):
Основа всього принтера, яка забезпечує стабільність та точність під час друку.
Може бути зроблена з металу, пластику або композитних матеріалів.
Екструдер:
Відповідає за подачу філаменту в гарячий кінець.
Складається з двигуна, зубчатого механізму та системи охолодження.
Гарячий кінець (Hotend):
Нагріває філамент до температури плавлення і видавлює його через сопло.
Включає в себе нагрівач, термістор та сопло.
Платформа (Робоча поверхня):
Місце, де створюється модель.
Може мати підігрів для покращення адгезії першого шару.
Рухомі осі (X, Y, Z осі):
Забезпечують переміщення екструдера і платформи.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Включають напрямні рейки, ремені або гвинтові передачі та двигуни.
Контролер (Електроніка):
Центральна плата управління, яка координує всі дії принтера.
Підключена до датчиків, двигунів і екструдера.
Блок живлення:
Забезпечує принтер електроенергією. Має відповідні захисти для безпеки.
Дисплей та елементи управління:
Інтерфейс для взаємодії з користувачем. Може включати сенсорний екран,
кнопки та індикатори.
Датчики та інші аксесуари:
Датчики температури, кінцеві вимикачі для калібрування осей, датчики
філаменту тощо.
Каркаси поділяються на основні:
Закритий (закритий корпус): Має повністю закриту конструкцію, що захищає
друковану область від зовнішніх факторів.
Забезпечує стабільніші умови для друку, особливо для матеріалів, чутливих до
температурних коливань (наприклад, ABS).
Переваги: менша ймовірність викривлення, краща безпека, зниження шуму.
Недоліки: дорожчий у виробництві, складніший доступ до друкованої області
для обслуговування.
Відкритий:
Не має закритого корпусу, забезпечує легкий доступ до друкованої області.
Підходить для друку менш вимогливих матеріалів (наприклад, PLA).
Переваги: простота конструкції, легкий доступ для обслуговування, нижча
вартість.
Недоліки: більша чутливість до зовнішніх умов, менша безпека.
Принтери на основі Delta-конструкції:
Відрізняються трикутною базою і трьома вертикальними стійками, на яких
рухаються каретки.
Використовуються для швидкого та точного друку високих об'єктів.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Переваги: висока швидкість друку, менша вага рухомих частин.
Недоліки: складніша калібровка, менша стабільність для великих об'єктів.
1.1 Види екструдеру
Прямий екструдер (Direct Drive):
Екструдер встановлений безпосередньо на друкуючу головку, що дозволяє
подавати філамент прямо в гарячий кінець.
Переваги: кращий контроль над подачею філаменту, менше шансів на
засмічення, підходить для друку гнучкими матеріалами.
Недоліки: більша вага на рухомих частинах, що може знижувати швидкість
друку.
Боуден екструдер (Bowden Drive):
Екструдер встановлений окремо від друкуючої головки, філамент подається
через довгу трубку (Боуден трубка) до гарячого кінця.
Переваги: зменшення ваги на друкуючій головці, що дозволяє швидше рухати
її та підвищувати точність.
Недоліки: складніше друкувати гнучкими матеріалами, можливі затримки в
подачі філаменту.
Одношестерневий екструдер (Single Gear Extruder):
Використовує одну шестерню для подачі філаменту.
Переваги: простота конструкції, менша вартість.
Недоліки: менша сила захоплення філаменту, можливість пропусків у подачі.
1.2 Платформи
Скляні платформи:
Загартоване скло:
Має високу стійкість до температури і механічних впливів.
Забезпечує рівну і гладку поверхню для друку.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Переваги: добре підходить для різних матеріалів, зокрема PLA і PETG, легко
чиститься.
Недоліки: не завжди забезпечує достатню адгезію для деяких матеріалів, може
вимагати додаткових засобів для покращення зчеплення (наприклад, клей або
спеціальні спреї).
Алюмінієві платформи:
Мають високу теплопровідність і рівномірно розподіляють тепло.
Переваги: стійкі до деформацій, швидко нагріваються, добре утримують
тепло.
Недоліки: можуть вимагати покриття для покращення адгезії, такі як
каптонові стрічки або спеціальні накладки.
Платформи з нагріванням (Heated Bed):
Можуть бути зроблені з різних матеріалів (скло, алюміній, тощо) із
вбудованим нагрівальним елементом.
Переваги: забезпечують кращу адгезію першого шару, запобігають деформації
моделі під час друку, підходять для друку матеріалами, чутливими до
температурних змін (наприклад, ABS).
Недоліки: споживають більше енергії, вимагають точного налаштування
температури.
Перфоровані платформи:
Використовуються у принтерах типу MakerBot
Переваги: забезпечують відмінну адгезію першого шару за рахунок
перфорації.
Недоліки: зняття моделей може бути складним, можуть залишатися сліди на
моделі
1.3 Мікроконтролери
. 32-бітні контролери:
Smoothieboard:
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Потужний 32-бітний контролер, підтримує різні прошивки.
Переваги: висока продуктивність, підтримка багатьох функцій і інтерфейсів.
Недоліки: вища вартість, може бути складнішим у налаштуванні.
Duet 2 і Duet 3:
Високоякісні контролери з можливістю підключення через Wi-Fi або Ethernet.
Переваги: потужний процесор, підтримка мережевих підключень, розширені
можливості налаштування.
Недоліки: висока вартість, складніші у налаштуванні.
Контролери на базі ARM:
BIGTREETECH SKR серія (SKR Mini, SKR Pro):
Потужні контролери на базі ARM, популярні серед користувачів, які шукають
баланс між ціною і продуктивністю.
Переваги: висока продуктивність, сумісність з багатьма прошивками,
підтримка сенсорних екранів.
Недоліки: вимагають деяких технічних навичок для налаштування.
Makerbase MKS серія:
Широкий спектр контролерів з різними характеристиками і можливостями.
Переваги: велика кількість моделей для різних потреб, підтримка сенсорних
екранів.
Недоліки: може знадобитися налаштування для специфічних конфігурацій
принтера.
Контролери з підтримкою прошивки Marlin:
Creality V4.2.x:
Використовується в популярних моделях Creality, таких як Ender 3 V2.
Переваги: простота у використанні, поширеність, підтримка Marlin.
Недоліки: обмежена функціональність порівняно з більш просунутими
платами.
Кастомні та спеціалізовані контролери:
Prusa i3 MK3 контролер:
Спеціалізована плата для принтерів Prusa.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Переваги: оптимізовано для конкретних моделей принтерів, висока
стабільність.
Недоліки: обмежена сумісність з іншими принтерами.
РОЗДІЛ 2. ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ ТА
РОЗРОБКА 3DПРИНТЕРА
Сучасні технології 3D друку швидко розвиваються, надаючи можливість
створювати складні об’єкти з високою точністю і в короткі терміни. Створення
нового 3D принтера базується на врахуванні потреб користувачів, технічних
можливостей та інноваційних рішень. Основною метою є розробка 3D принтера,
який поєднує високу точність друку, надійність, зручність у використанні та
доступну ціну. Дане технічне завдання описує вимоги до нового пристрою, який
буде базуватись на технології FDM (Fused Deposition Modeling) з використанням
сучасних компонентів та передових рішень.
2.1. Основні технічні вимоги
Точність друку
Для забезпечення високої якості друку, 3D принтер повинен мати точність
позиціонування не менше 0.1 мм. Це досягається завдяки використанню
високоточних направляючих і лінійних актуаторів на всіх осях (X, Y, Z). Також
необхідно забезпечити мінімальне коливання під час руху друкуючої головки,
що можливо завдяки жорсткому каркасу і використанню якісних приводів.
Розмір друкованої області
Друкована область повинна бути достатньою для виготовлення більшості
необхідних деталей. Пропонується розмір робочої зони 100x100x100 мм, що
дозволяє створювати достатньо гнучкі об'єкти або кілька дрібних деталей
одночасно. Цей розмір є оптимальним балансом між функціональністю та
розміром пристрою.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Матеріали для друку
Принтер повинен підтримувати друк з різних матеріалів, таких як PLA, PETG,
TPU та інші. Це вимагає наявності регульованої температури екструдера (до
260°C) і підігріваємої платформи (до 110°C). Додатково необхідно передбачити
можливість використання спеціальних покриттів для поліпшення адгезії
матеріалів до платформи.
Швидкість друку
Швидкість друку повинна бути не менше 100 мм/с, що дозволяє значно
скоротити час виготовлення деталей.
• Конструкція та компоненти
Каркас
Пропонується використання жорсткого каркасу з алюмінієвих профілів, що
забезпечує високу стабільність і точність друку. Алюмінієвий каркас також
дозволяє легко модифікувати і розширювати конструкцію при необхідності.
• Платформа та екструдер
Для друкованої платформи передбачається використання загартованого скла з
підігрівом. Це забезпечить рівномірне нагрівання і високу адгезію перших шарів
моделі. Також необхідно передбачити можливість встановлення змінних
покриттів для друку різними матеріалами.
Заплановано використання прямого екструдера (Direct Drive), який забезпечує
кращий контроль над подачею філаменту і зменшує ризик засмічення при друці
гнучкими матеріалами. Забезпечення можливості швидкої заміни сопел
діаметром від 0,1 до 0,8 мм.
• Контролер
Пропонується використання 32-бітного контролера з підтримкою прошивки
Marlin, що забезпечує високу продуктивність і можливість налаштування під
потреби користувача. Контролер повинен мати вбудований дисплей та інтерфейс
для підключення
Інтерфейси та користувацький досвід:
• Дисплей та управління
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для зручності користувача передбачено сенсорний дисплей, який забезпечить
інтуїтивно зрозумілий інтерфейс для управління принтером. Додатково наявні
тактильні перемикачі для основних функцій, що дозволить швидко здійснювати
базові операції.
• Підключення та програмне забезпечення
Принтер повинен мати можливість підключення через USB, SD-карту Це
забезпечить гнучкість у виборі способу передачі даних. Підтримка популярних
програм для підготовки моделей (наприклад, Cura, PrusaSlicer) дозволить
користувачам легко інтегрувати принтер у свій робочий процес.
• Ручна калібровка
Для полегшення налаштування та забезпечення стабільної якості друку
передбачається система ручної калібровки платформи.
Безпека та надійність:
• Захист від перегріву
Контролер повинен мати вбудовані засоби захисту від перегріву екструдера і
платформи. Це забезпечить безпечну експлуатацію пристрою і зменшить ризик
виникнення пожежі або пошкодження компонентів.
• Система аварійного вимкнення
Принтер повинен мати механізм аварійного вимкнення, який дозволить
швидко зупинити роботу пристрою у разі виникнення нештатної ситуації. Це
може бути кнопка аварійного вимкнення, розташована у легкодоступному місці.
• Надійність компонентів
Для забезпечення довговічності і стабільної роботи принтера необхідно
використовувати високоякісні компоненти, такі як крокові двигуни з високою
точністю позиціонування, надійні направляючі і підшипники, термостійкі
матеріали для екструдера та платформи.
Під час проектування 3D-принтера була поставлена мета створити пристрій,
який би виділявся серед конкурентів своєю доступністю, простотою у
використанні, компактним дизайном і надійністю. Цей принтер мав стати
ідеальним інструментом для ствоерння об’єктів.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Однією з головних переваг принтера є його доступність. Зосередження уваги
на тому, щоб підібрати компоненти з оптимальним співвідношенням ціни та
якості. Завдяки цьому, принтер залишається доступним для його створення, не
жертвуючи при цьому функціональністю чи якістю друку. Це дає змогу,
отримати доступ до технології 3D-друку без значних фінансових вкладень.
Простота у використанні також стала однією з основних цілей під час
розробки. 3D-принтер має інтуїтивно зрозумілий користувацький інтерфейс,
який робить його легким у налаштуванні та управлінні навіть для тих, хто
вперше стикається з 3D-друком. Часткова або повна зібраність пристрою
дозволяє значно скоротити час підготовки до роботи.
Компактний дизайн принтера робить його ідеальним для використання в
обмежених просторах, особливо вдома. Незважаючи на свої невеликі розміри,
він забезпечує достатньо простору для друку середнього розміру об'єктів. Легка
конструкція і продумане розміщення компонентів дозволяють легко переносити
принтер та встановлювати його у будь-якому зручному місці, будь то домашній
офіс, навчальна аудиторія чи невелика майстерня.
Надійність і довговічність є ключовими перевагами створеного 3D-принтера.
Використання високоякісних матеріалів і перевірених часом компонентів
гарантує стабільну роботу пристрою протягом тривалого часу. Завдяки цьому ми
можемо бути впевнені в якості та надійності свого обладнання.
Ще одна важлива перевага принтера — можливість його модернізації та
вдосконалення. Модульна конструкція дозволяє легко оновлювати окремі
компоненти або додавати нові функції, що забезпечує його актуальність
протягом тривалого часу. Це означає, що користувачі можуть поступово
вдосконалювати свій принтер у міру зростання їхніх потреб і вимог.
У підсумку, 3D-принтер вирізняється серед інших на ринку завдяки своїй
доступності, простоті у використанні, компактності, надійності та можливості
модернізації. Ці переваги роблять його ідеальним вибором і своєму ціновому
діапазоні.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2.2 Вибір та обгрунтування структурної схеми прострою
Структурна схема пристрою являє собою графічне зображення, що демонструє
компоненти та їх взаємозв'язки в пристрої. Вона відображає наявні компоненти,
способи їх з'єднання та взаємодію для досягнення певної мети.
Схема використовує стандартні символи і позначення для кожного
компонента, такі як блоки, лінії зв'язку, входи і виходи. Вона допомагає
зрозуміти загальну структуру і логіку роботи пристрою, показуючи
послідовність операцій і взаємозв'язки між елементами.
Проектування варто почати з блоку живлення.
Рисунок 2.7.1 структурна схема блоку живлення
БПН – блок перетворення напруги, призначений для перетворення вхідної
електричної напруги в іншу вихідну напругу, яка використовується для
живлення різних електронних пристроїв. Він забезпечує стабільне та відповідне
живлення для правильної роботи електронної апаратури.
Цей блок може знижувати або підвищувати напругу від вхідного джерела
живлення. До його складу входять електронні компоненти, такі як
трансформатори, діоди, конденсатори та інші, які допомагають змінювати
напругу та забезпечувати стабільне електричне живлення пристрою.
БФ – блок фільтрування, також відомий як фільтр, призначений для очищення
сигналів, що проходять через нього. Його основна функція – усунення
небажаних складових сигналу, таких як шуми, спотворення, перешкоди та інші
електромагнітні завади. Цей блок покращує якість сигналу, підвищує його
чистоту, знижує рівень шуму та спотворень, а також забезпечує належне
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
функціонування системи або пристрою. Він може бути вбудованим у пристрій
або використовуватися як окремий компонент, який додається або замінюється
за потреби.
БВН – Блок випрямлення напруги, це електронний пристрій, призначений для
перетворення змінної напруги на постійну. Він забезпечує стабільне та
відповідне постачання електричної енергії пристрою або системі.
Використовуючи діоди або групи діодів, цей блок перетворює змінну напругу на
постійну. Змінна напруга, яка може мати форму синусоїди або іншої хвилі,
проходить через діоди, що виконують функцію випрямлення, пропускаючи
струм лише в одному напрямку. Це дозволяє отримати постійний струм або
напругу на виході блоку випрямлення.
БС – Блок стабілізації, це електронний пристрій, який забезпечує стабільну
вихідну напругу або струм, незалежно від змін вхідної напруги або
навантаження. Його основна функція полягає в регулюванні електричного
сигналу, щоб забезпечити постійну, незмінну величину на виході.
Блок стабілізації знаходить застосування в різноманітних електронних
системах та пристроях, де важлива стабільність електричної напруги чи струму.
Він складається з електронних компонентів, таких як транзистори, операційні
підсилювачі, регулятори напруги і інші, які забезпечують постійну величину на
виході незалежно від змінних умов.
Після розробки блока живлення наступним кроком є створення принципу
обміну даними з комп'ютером. Для 3D принтера це може включати послідовний
процес передачі інформації від комп'ютера до слайсера, перетворення даних у G-
код, та передачу цього коду на принтер через USB.
Рисунок 2.7.2 Блок обміну данних
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таким чином, забезпечується двосторонній зв'язок між принтером та
комп'ютером. Наступний крок – об'єднання блоку обміну даними з комп'ютером
та блоку живлення.
Рисунок 2.7.3 Процесорна плата та блок узгодження (БУ)
Блок узгодження є компонентом або електронним пристроєм, що
використовується для забезпечення взаємодії між різними частинами
електронної системи або пристрою. Основна його функція полягає в
забезпеченні сумісності сигналів або даних, які передаються між різними
компонентами, з метою правильної роботи системи в цілому.
Він може включати в себе різні електронні компоненти, такі як логічні
елементи, мультиплексори, демультиплексори, реєстри, буфери та інші. Виконує
такі функції, як зміна формату сигналів, перетворення даних, розподіл сигналів
на різні виходи або збір сигналів з різних джерел. У даному випадку працює як
міст між елементами, отримуючи інформацію та передаваючи її на плату.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.7.4 Блок керування принтером (БКП)
Сигнал з процессорної плати передається через блок БУ на блок керування
принтером тут співпрацюють між собою 5 підблоків:
1 Вхідний інтерфейс
2 Блок формування вхідних сигналів
3 Блок керування принтером
4 Блок формування вихідних сигналів
5 Вихідний інтерфейс
Якщо всі елементи співпрацюють між собою коректно, то інформація
передається на фінальний блок запуску друку який починає роботу.
2.3 Аналіз блок-схеми керуючої програми
Розподіливши всі компоненти 3D принтера, їх можна з’єднати послідовно
один з одним наступним чином. Початковими елементами схеми є кнопка
запуску принтера та SD-слот з картою, на якій знаходиться прошивка. Вони
з'єднані у вузол за допомогою конектора з трьома контактами.
Рисунок 2.8.1 Перший вузол
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Мікроконтролер є центральним елементом цієї системи. Він отримує
інформацію про включення пристрою та про запуск прошивки через конектор.
Після цього отримані дані виводяться на дисплей. Вибір керуючої програми
здійснюється за допомогою енкодера.
Рисунок 2.8.2 Другий вузол з мікроконтролером
Далі дані з мікроконтролера передаються до іншого конектора з 8 контактами.
Цей конектор з'єднується з блоком калібрування, який активує приводи. Коли
процес калібрування завершено, вмикається нагрівний елемент.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.8.3 Третій вузол блок-схеми
Разом ці компоненти успішно взаємодіють між собою. Інформація з SD-карти
передається до блоку "Тимчасової кеш-пам'яті", де зберігається керуюча
програма. Після виконання усіх вищезазначених операцій розпочинається
процес друку.
.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.8.4 Блок-схема роботи 3D принтеру
Блок калібрування: завдяки Encoder-у інформація передається в
мікроконтроллер, який в свою чергу запускає керуючу програму та дає сигнал
блоку калібрування
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.8.5 Початок калібрування
З блоку калібровки йде сигнал на калібровку осі X який в свою чергу чекає
інформації сигналу 0 від датчику. Після чого виконує реверс та зупиняє
калібровку осі.
Рисунок 2.8.6 Калібрування осі Х
По аналогії з першою калібровкою осі X виконується калібровка Y та Z. Хочу
зауважити що калібровка наступної осі почнеться лише після калібровки
попередньої так як чекає від неї сигналу.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.8.7 Калібровка осі Y та Z
Після завершення роботи сигнал осі Z дає сигнал про завершення
калібровочних робіт мікроконтролеру.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.8.8 Блок-схема роботи калібровки
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2.4 Розробка принципової схеми.
Початкове планування
Першим кроком у процесі розробки схеми було визначення основних
функціональних вимог до системи. Головною задачею є створення електронної
системи керування, яка забезпечуватиме стабільну та надійну роботу всіх
компонентів, включаючи обробку даних, керування периферійними пристроями
та комунікацію з комп'ютером. Визначивши вимоги, можна перейти до вибору
основного компонента – мікроконтролера.
На цьому етапі постає завдання обрати мікроконтролер, який буде відповідати
усім технічним вимогам проекту.
Після вибору належного мікроконтролеру потрібно розробити схему
підключення для кнопок і SPI інтерфейсу. Роботу над цією схемою було почато з
визначення потреб системи – підключити кілька кнопок для керування і
використати SPI інтерфейс для зв’язку з іншими мікроконтролерами або
периферійними пристроями. Сумарно сім кнопок і чотири SPI лінії.
Рисунок ?.?- Плата 3D принтера
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.9.1 Мікроконтролер LPC1758FBD80
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Визначення пінів на роз’ємі XP2, що будуть використовуватись для
підключення кнопок і SPI сигналів:
P BUT1 - Пін 1
P BUT3 - Пін 2
P BUT5 - Пін 3
P MOSI - Пін 5
P MISO - Пін 6
P SCK - Пін 7
P CS/BSY - Пін 8
P BUT7 - Пін 12
Решта кнопок підключені до пінів з протилежного боку роз’єму:
P BUT2 - Пін 16
P BUT4 - Пін 15
P BUT6 - Пін 14
Для забезпечення стабільного живлення для кнопок і SPI сигналів, я
підключив пін 4 і пін 13 до живлення 3.3V. Додатково, для кожної кнопки
підключено резистор до землі, щоб забезпечити правильну роботу без
випадкових спрацьовувань через електромагнітні завади.
Також зроблено підключення заземлення до піна 9 для забезпечення
стабільного нульового потенціалу, що допомогло уникнути шумів і збоїв у
передачі сигналів.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.9.2 Схема підключення кнопок
Далі – підключення мінімальних (мінус) координат для трьох осей (X, Y і Z) у
системі керування, що була розроблена.
Робота над схемою починається з необхідності визначити координати
мінімальних значень для трьох осей (X, Y і Z) у даній системі. Ці координати
використовуються для контролю позицій та корекції руху пристрою.
Для кожної осі було використано наступні компоненти:
Резистори (R13, R14, R15) для обмеження струму.
Конденсатори (C8, C9, C10) для фільтрації шумів.
Резистори (R20, R19, R21) для підключення до землі, щоб забезпечити
правильну роботу сигналів.
Спершу було підключено живлення +3.3V до резисторів R13, R14 і R15, які
обмежують струм для захисту компонентів і стабільної роботи. Вони підключені
до виходів X_MIN, Y_MIN і Z_MIN, які відповідають за визначення мінімальних
координат кожної осі.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для забезпечення чистоти сигналу, підключено конденсатори C8, C9 і C10
паралельно з резисторами R20, R19 і R21 відповідно. Конденсатори працюють як
фільтри для зменшення високочастотних шумів, що можуть вплинути на
точність вимірювань.
Кожен з виходів (X_MIN, Y_MIN, Z_MIN) підключений до землі через
резистори R20, R19 і R21. Це забезпечує надійне підключення до нульового
потенціалу, що мінімізує можливі електричні завади.
Всі ці підключення зроблені через відповідні роз'єми (XS3, XS4, XS5), що
дозволяє легко інтегрувати цю схему в більшу систему.
Робота над схемою включала кілька етапів тестування для перевірки
стабільності сигналів і правильності роботи системи. Завдяки цьому забезпечено
точне визначення мінімальних координат для всіх трьох осей, що покращило
загальну продуктивність і точність пристрою.
Рисунок 2.9.3 Схема калібрування
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Схема підключення мікроSD карти.
Метою цієї схеми було забезпечити стабільне і надійне підключення мікроSD
карти до системи, використовуючи SPI інтерфейс для передачі даних. МікроSD
карта необхідна для зберігання великих обсягів даних, які генерує розробляємий
пристрій.
На початку роботи було визначено основні сигнали і підключення, які
необхідні для взаємодії з мікроSD картою:
DAT2 (пін 1)
CD/DAT3 (пін 2)
CMD (пін 3)
VDD (пін 4) - живлення
CLK (пін 5) - годинниковий сигнал
VSS (пін 6) - земля
DAT0 (пін 7)
DAT1 (пін 8)
Для забезпечення правильної роботи і стабільності сигналів використано
кілька додаткових компонентів:
Конденсатор C1 для фільтрації шумів на лінії живлення VDD.
Резистори R1, R2 і R3 для підтягування ліній до потрібного рівня напруги.
Процес підключення:
Живлення і земля:
Підключено пін 4 (VDD) до живлення +3.3V через конденсатор C1 для
стабілізації напруги.
Підключено пін 6 (VSS) до землі для забезпечення нульового потенціалу.
Сигнали SPI:
SD CS: Підключено пін 2 (CD/DAT3) через резистор R1 для вибору мікроSD
карти.
SD MOSI: Підключено пін 3 (CMD) через резистор R2 для передачі даних до
мікроSD карти.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
SD MISO: Підключено пін 7 (DAT0) безпосередньо для отримання даних від
мікроSD карти.
SD SCK: Підключено пін 5 (CLK) для синхронізації передачі даних через SPI
інтерфейс.
Додаткові сигнали:
DAT2 (пін 1) і DAT1 (пін 8) не використовуються в цій конфігурації, тому їх
заземлено для уникнення перешкод.
Після складання схеми проведено кілька етапів тестування для перевірки
стабільності роботи і правильності передачі даних між мікроSD картою і
пристроєм. В результаті, схему успішно інтегровано у систему і забезпечено
надійне збереження даних.
Рисунок 2.9.4 Схема підключення мікроSD карти
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для безпечного живлення системи потрібна фільтрація шуму та обмеження
струму
• Фільтрація шуму
Конденсатори (C16, C17, C18, C19) у схемі призначені для фільтрації
високочастотних шумів. Вони згладжують коливання напруги і забезпечують
стабільне живлення для компонентів, що підключені до точок з'єднання (TH1,
TH2, TH3, TH4). Це важливо в цифрових і аналогових системах для запобігання
небажаним перешкодам.
• Обмеження струму
Резистори (R12, R11, R16, R9) використовуються для обмеження струму, що
подається на кожну точку з'єднання. Це важливо для захисту електронних
компонентів від перевантаження по струму, що може призвести до їхнього
пошкодження. Ця схема забезпечує стабільне живлення для компонентів,
підключених до точок з'єднання. Стабільне живлення важливе для надійної
роботи електронних пристроїв, оскільки коливання напруги можуть спричинити
збої у роботі.
Визначення потреб:
На початковому етапі було визначено, що необхідно підключити кілька точок
з'єднання (TH1, TH2, TH3, TH4) до основної лінії живлення (AVCC) через
резистори для контролю потоку струму та конденсатори для фільтрації сигналів.
Підключення резисторів: Кожен резистор підключений між основною лінією
живлення (AVCC) та відповідною точкою з'єднання (TH1, TH2, TH3, TH4).
Підключення конденсаторів: Кожен конденсатор підключений паралельно до
відповідної точки з'єднання та землі для забезпечення фільтрації.
Підключення до роз'єму XP1: Всі точки з'єднання підключені до відповідних
пінів на роз'ємі XP1 для подальшого з'єднання з іншими частинами схеми.
Перевірка та тестування:
Після завершення проектування, схема була змодельована для перевірки її
роботи. Моделювання показало, що кожен компонент функціонує належним
чином, забезпечуючи стабільне живлення та фільтрацію сигналів.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.9.5 Схема фільтрації струму
У цій схемі є й інші компоненти, але це найголовніші з них, які на пряму
впливають на роботу пристрою, вся схема розроблена для стабільної роботи
пристрою.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 3. ПРОЄКТУВАННЯ КОРПУСУ ТА ЗБІРКА ПРИСТРОЮ
3.1 Проєктування розгортки корпусу
Перед початком роботи необхідно ознайомитись з інтерфейсом та основними
інструментами (Рисункок 3.2)
Рисунок 3.1.1 Робоче вікно. Розділ «Ескіз»
1 Область плоскостей (потрібно вибрати плоскість для роботи з моделлю)
2 Інструменти для креслення деталі
3 Вибір метричної системи (буде використано ММGS)
4 Плоскість відображання
Маючи розуміння і форумфактор пристрою, для більш стійкого результату
було вирішено розробляти корпус з металу, для цього потрібно зробити
розгортку корпусу
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.1.2 Визначення розмірів пристрою та креслення
За допомогою функції Sheet Metal створено об'єм, вказуючи параметри металу
Рисунок 3.1.3 Розрахунок об'єму металу
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Маючи вже готову модель, потрібно отримати файл для різки металу, для
цього створюється плоскість та .DWG файл
Рисунок 3.1.4 Розгортка частини корпусу
Рисунок 3.1.5 Корекція параметрів креслення, створення . DWG файлу
Аналогічним чином було створено наступні декілька файлів із розгорткою
інших деталей корпусу та передано до компанії, яка вироблятиме частини
корпусу розробляємого 3D принтера.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.1.6 Підготовка оператором різання виробу на лазерному ЧПУ
Рисунок 3.1.7 Лазерне різання деталей корпусу
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
3.2 Збірка пристрою
Початок роботи над зборкою 3D-принтера розпочинається з ретельного
планування. Важливо переконатися, що всі компоненти, необхідні для збірки, на
місці, а інструменти підготовлені. Було перевірено всі деталі, від рами та
екструдера до мікроконтролера та драйверів двигунів, щоб переконатися, що все
працює належним чином.
Збірка розпочалася з монтажу рами. Це був критичний етап, адже рама
забезпечує структурну стабільність всього пристрою. Кожен компонент рами був
ретельно встановлений і перевірений, щоб гарантувати, що все розміщено рівно і
надійно. Після встановлення основних профілів, закріплено вертикальні стійки,
використовуючи рівень для перевірки їхньої вертикальності.
Наступним кроком було встановлення напрямних та осей. Встановлено
направляючі рейки для осей X, Y і Z, переконуючись, що каретки рухаються
вільно і без перекосів. Кожна вісь була налаштована так, щоб забезпечити
точність руху екструдера і платформи.
Екструдер, який розплавляє і накладає філамент, був закріплений на каретці
осі X. Це був важливий етап, оскільки від його правильної роботи залежить
якість друку. Після цього підключено екструдер до системи подачі філаменту.
Платформа, на якій відбувається друк, була встановлена і закріплена на
каретці осі Y. Потрібно переконатися, що платформа рівна і надійно закріплена,
оскільки це впливає на точність і якість друку. Також був підключений підігрів
платформи для кращого адгезії першого шару.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.2.1 Встановлення платформи
Рисунок 3.2.2 Підключення платформи до плати
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Не дивлячись на перешкоди з вимкненням світла маючи зарядну станцію,
можна було продовжити розробку та збірку пристрою.
Рисунок 3.2.3 Робота під час вимкнення світла
Наступним етапом був монтаж електроніки. Мікроконтролер був закріплений
на рамі, і до нього підключено драйвери двигунів, кінцеві датчики та інші
необхідні компоненти. Після цього встановлено блок живлення і підключені всі
електричні компоненти. Було ретельно перевірено всі з'єднання, щоб уникнути
коротких замикань і забезпечити надійність системи.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.2.4 Підключення екрану та осі Z до керуючої плати
Коли всі компоненти були встановлені, починається калібрування. Цей процес
включає в себе налаштування висоти платформи, перевірку подачі філамента
екструдером та налаштування кінцевих датчиків для точного визначення
положень осей. Калібрування було важливим для забезпечення точності і якості
друку.
Після калібрування було проведено тестовий друк, щоб перевірити всі
налаштування. Завантаживши пробний .gcode файл (Наступний крок), можна
запустити друк і спостерігати за процесом. Результати тестового друку
дозволили оцінити якість роботи принтера і внести необхідні корективи, такі як
додаткове калібрування параметрів підігріву робочих елементів.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 4. ПРОЄКТУВАННЯ ТЕСТОВОЇ МОДЕЛІ ТА РОЗРОБКА
КЕРУЮЧОЇ ПРОГРАМИ
Проектуванна виробу буде аналогічно в програмному забезпеченні
SolidWorks. Для цього знову потрібно відкрити програму та створити робочу
область. Початковий інтерфейс було наведено в розділі 3.
Вирішено розробити корисну модель або пристрій, тому поспілкувавшись з
волонтерськими організаціями було отримано технічне завдання розробити
корпус для саморобної бомби, яка б при передачі ЗСУ стала інструментом для
захисту життів військових на передовій та захисту нашої країни. Ознайомившись
з технічним завданням було почато розробку. Через правки від організацій
проект затягнувся, але бажаний результат було отримано.
Рисунок 4.1 Хвостовик бомби
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 4.2 Бойова частина
Вся складова займає 7 деталей, це потрібно для багатьох факторів, розробка
проходила під пильним наглядом волонтерів, з метою безпеки не можна
підсказати всі етапи її розробки.
Файл збережено у формат .STL
Формат .STL (Stereolithography) є одним з найпоширеніших і стандартних
форматів для обміну геометричною інформацією в 3D-друку. Цей формат
використовується для представлення трикутникових мереж 3D-моделей, які
можуть бути роздруковані на 3D-принтері. Нижче наведено основні особливості
формату .STL, які роблять його популярним у світі 3D-друку:
Трикутникова мережа:
Формат .STL використовує трикутникову мережу для опису геометрії об'єкта.
Кожний трикутник визначається трьома вершинами і нормаллю, що вказує на
напрямок відповідної поверхні. Чим більше трикутників використовується, тим
більш деталізованою буде модель. Це дозволяє відтворювати складні форми та
дрібні деталі з високою точністю.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Бінарний і текстовий формат:
Формат .STL може бути представлений як бінарний (Binary STL) або
текстовий (ASCII STL). Бінарний формат зазвичай займає менше місця на диску
і швидше завантажується, оскільки він представляє дані у бінарному вигляді.
Текстовий формат читабельний людиною і може бути редагований в текстовому
редакторі, але займає більше місця і завантажується повільніше. Вибір між цими
форматами залежить від потреб користувача та програмного забезпечення, яке
використовується.
Однорідність нормалей:
Формат .STL передбачає, що нормалі кожного трикутника повинні бути
орієнтовані зовнішньо, відповідно до поверхні об'єкта. Це необхідно для
правильного визначення, який бік поверхні є зовнішнім, а який внутрішнім.
Однорідність нормалей допомагає слайсерам і 3D-принтерам правильно
інтерпретувати модель і забезпечити якісний друк.
Відсутність колізій:
Формат .STL не зберігає інформацію про колізії між об'єктами або внутрішні
структури моделі. Він просто описує зовнішній вид об'єкта шляхом визначення
його поверхні. Це робить формат простим і ефективним для передачі
тривимірних даних, але вимагає додаткової обробки в разі необхідності
додавання внутрішніх структур або запобігання колізіям.
Формат .STL є широко підтримуваним багатьма програмами для 3D-
моделювання та слайсерами. Він дозволяє ефективно обмінюватись моделями
між різними програмами та друкувати їх на різних 3D-принтерах. Завдяки своїй
простоті, універсальності та підтримці великою кількістю програмного
забезпечення, формат .STL є оптимальним вибором для багатьох користувачів і
застосувань у сфері 3D-друку. Саме тому краще всього вибрати саме цей формат
для обміну і друку 3D-моделей.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Запускаємо збережений файл за допомогою CURA
Рисунок 4.3 Інтерфейс слайсеру CURA
1 Робоча область
2 Деталь, яку було щойно змодельовано
3 Режими друку
4 Налаштування деталі
5 Кнопка слайсу
6 Кнопка імітації програмування
Якщо все заванотажено успішно, натиснувши на область 3, Рисунку 4.3 можна
побачити повний перелік професіональних налаштувань (Рисунок 4.4).
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 4.4 Інтерфейс налаштувань деталі
Товщина шару в 3D-принтері визначає, наскільки тонкими будуть надруковані
шари 3D-моделі, і цей параметр впливає на якість, час друку та деталізацію
моделі. Товщина шару може бути встановлена в міліметрах або мікрометрах,
зазвичай доступні значення товщини шару: 0.1 мм, 0.2 мм, 0.3 мм, 0.4 мм та інші.
Зменшення товщини шару дозволяє отримати більш деталізований і гладкий
зовнішній вигляд друку, що може збільшити час друку. Збільшення товщини
шару скорочує час друку, оскільки потрібно друкувати менше шарів, проте це
може знизити деталізацію та якість поверхні. Тонші шари зазвичай забезпечують
більшу міцність, оскільки кожен шар краще зчеплюється з попереднім, але
важливо враховувати й інші фактори, такі як налаштування заповнення та якість
матеріалу, щоб досягти оптимальної міцності друку.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Товщина стінок визначає, наскільки товстими будуть стінки в роздрукованій
моделі, і цей параметр впливає на міцність, деталізацію та якість вигляду стінок
друку. Товщина стінок встановлюється в міліметрах і може бути налаштована
відповідно до вимог друку та можливостей 3D-принтера. Зазвичай доступні
значення товщини стінок варіюються від 0.4 мм до 1 мм або більше. Збільшення
товщини стінок покращує міцність друку, оскільки більш товсті стінки мають
більше матеріалу і можуть бути більш стійкими до навантажень. Проте,
збільшення товщини може також збільшити час друку та використання
матеріалу. Зменшення товщини стінок дозволяє досягти більшої деталізації, що
краще відтворює тонкі деталі, контури та текстури моделі. Вибір відповідної
товщини стінок також впливає на якість вигляду друку, оскільки тонкі стінки
можуть мати більш гладку поверхню, але можуть бути вразливі до пошкоджень і
складніше друкувати.
Заповнення моделі в 3D-друці визначає, яким чином буде заповнений
внутрішній об'єм моделі матеріалом під час друку. Серед типів заповнення є
сітка, вузол, випукле та випадкове заповнення. Заповнення сіткою створює
мережу горизонтальних та вертикальних ліній, забезпечуючи добру міцність і
структурну стійкість. Вузол означає заповнення внутрішнього об'єму на 100%,
тоді як випукле заповнення використовує шари матеріалу, які слідують формі
зовнішніх стінок, зменшуючи вагу моделі та економлячи матеріал. Випадкове
заповнення використовує випадкові шари матеріалу, щоб запобігти видимим
слідам заповнення на зовнішній поверхні. Процент заповнення визначає, який
відсоток внутрішнього об'єму моделі буде заповнений матеріалом. Вибір типу
заповнення та його параметрів залежить від вимог до міцності, часу друку та
використання матеріалу.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Швидкість друку визначає, з якою швидкістю 3D-принтер буде рухатися під
час друку моделі, і цей параметр впливає на загальний час друку, якість друку та
деталізацію. Швидкість може бути встановлена в міліметрах на хвилину або
міліметрах на секунду, і залежить від можливостей принтера та вимог до друку.
Занадто висока швидкість може призвести до зниження якості друку, зокрема
через вібрації та похибки позиціювання, що знижують точність та деталізацію.
Занадто висока швидкість також може знизити міцність друку, оскільки матеріал
може не встигнути достатньо закріпитися між шарами. Збільшення швидкості
дозволяє скоротити загальний час друку, але необхідно забезпечити баланс між
швидкістю та якістю.
Переміщення в 3D-друці визначає шляхи руху 3D-принтера під час друку і
включає рухи по контуру, заповнення внутрішнього об'єму, переходи між
шарами та рухи виносу. Рух по контуру слідує зовнішнім контурам моделі,
визначаючи форму та деталізацію. Під час заповнення внутрішнього об'єму
принтер використовує різні патерни, які визначають міцність та структурну
стійкість моделі. Переміщення між шарами допомагає зменшити видимість
переходів між шарами та покращити якість друку. Рухи виносу відбуваються,
коли принтер переміщується з одного регіону друку в інший без друкування
матеріалу, що зменшує ризик виникнення непотрібних ниток або витікань
матеріалу на модель.
Охолодження моделі за допомогою вентилятора є важливою функцією, яка
допомагає покращити якість друку та зменшити відхилення та деформації
деталей під час друку. Охолодження відбувається за допомогою вентиляторів,
які спрямовують холодне повітря на друковану модель, особливо при друку з
пластикових матеріалів, таких як PLA або ABS. Основна мета охолодження –
швидко охолити розплавлений матеріал і забезпечити його затвердіння перед
друком наступного шару.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Це допомагає уникнути зміщень та деформацій, особливо при друку високих
та тонких стінок, навісів або складних геометричних деталей. Оптимальні
налаштування охолодження залежать від конкретних умов друку, типу матеріалу
та характеристик 3D-принтера.
Підтримки є важливим аспектом при підготовці 3D-моделі до друку, особливо
для складних або звисаючих деталей. Вони створюють опору під ці деталі під
час друку, щоб уникнути деформацій, зміщень або зниження якості друку.
Підтримки можуть бути згенеровані автоматично на основі визначених критеріїв
або додані вручну. Критерії для генерації підтримок включають навіси, круті
схили та порожнечі. Параметри підтримок можна налаштувати, такі як відстань
між ними, їх ширина та тип. Це дозволяє контролювати якість друку та легкість
видалення підтримок після друку.
Підкладка (Raft) використовується для створення підкладки або платформи
під друковану модель. Вона включає шар товстого матеріалу, який розміщується
на нагрівному ліжку перед друком моделі, щоб забезпечити кращу адгезію. Рафт
створює стабільну основу, яка допомагає уникнути зміщень, викривлень та
деформацій під час друку. Параметри Raft можна налаштувати, такі як товщина
шару, розмір контактної площі та кількість шарів. Після завершення друку
модель зазвичай відділяється від підкладки за допомогою плаского інструмента.
Використання Raft корисне при друку моделей, що вимагають покращеної
адгезії, але може потребувати додаткового часу та матеріалу.
Два екструдера вказують на наявність двох окремих принтерних головок або
форсунок, які можуть одночасно виконувати друк на 3D-принтері, дозволяючи
використовувати два різні матеріали або кольори для створення складних,
багатокольорових або функціональних деталей. Можна налаштовувати, який
екструдер буде використовуватися для друку кожного шару або частини моделі.
Два екструдери дозволяють створювати опорні матеріали або підтримки, які
можуть бути легко видалені після друку, що корисно для складних моделей.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Слайсер дає можливість налаштовувати розташування екструдерів, їх
температуру, швидкість друку та інші параметри для оптимальних умов друку.
Після завершення роботи в слайсері створюється файл Gcode, який містить
інструкції для 3D-принтера. Цей файл містить інформацію про рухи принтера,
температурні режими, налаштування екструзії, параметри підтримок та інші
важливі дані, необхідні для точного та якісного друку моделі. Коректно
налаштовані параметри забезпечують оптимальну якість та продуктивність
друку, враховуючи потреби проекту та можливості обладнання.
G-code— це стандартний формат програмного коду, який використовується
для управління автоматизованими машинами, включаючи 3D-принтери. G-code
містить набір команд, що визначають траєкторію руху друкуючої головки,
екструдера, а також параметри друку, такі як швидкість, температура і кількість
філаменту, що використовується. G-code зазвичай генерується за допомогою
програмного забезпечення для підготовки до друку, відомого як слайсер в
нашому випадку CURA. Користувачі імпортують 3D-модель у слайсер,
налаштовують параметри друку (швидкість, температуру, товщину шару тощо),
а потім слайсер перетворює ці налаштування на G-code, який зберігається у файл
з розширенням .gcode.
Нижче розглянемо детальніе, що таке G-code і як він працює.
Основні компоненти G-code:
Команди руху:
G0/G1: Лінійний рух. G1 використовується для руху з екструзією, а G0 — для
швидкого переміщення без екструзії.
G2/G3: Круговий рух за годинниковою стрілкою (G2) або проти годинникової
стрілки (G3).
Команди для екструдера:
E: Визначає кількість філаменту, який екструдується.
M104/M109: Установка температури екструдера. M109 очікує до досягнення
заданої температури.
Команди для нагріву платформи:
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
M140/M190: Установка температури нагрівальної платформи. M190 очікує до
досягнення заданої температури.
Команди для управління рухомими осями:
X, Y, Z: Координати по відповідних осях.
F: Швидкість руху.
Інші команди:
M106/M107: Включення і вимикання вентиляторів.
M84: Вимикання двигунів після завершення завдання.
Приклад G-code який ми створили:
G21 ; встановити одиниці виміру в міліметрах
G90 ; встановити абсолютне позиціонування
M82 ; встановити абсолютне положення екструдера
M104 S200 ; встановити температуру екструдера на 200°C
M140 S60 ; встановити температуру платформи на 60°C
M190 S60 ; очікувати до досягнення 60°C на платформі
M109 S200 ; очікувати до досягнення 200°C на екструдері
G28 ; знайти початок координат по всіх осях
G1 Z15.0 F9000 ; підняти ось Z на 15 мм
G92 E0 ; скинути положення екструдера
G1 F140 E30 ; екструдувати 30 мм філамента
G92 E0 ; знову скинути положення екструдера
G1 F9000 ; встановити швидкість руху
G1 X0 Y0 ; переміститися в початкову точку
G1 Z0.2 ; переміститися на висоту 0.2 мм
G1 X50 Y50 E25 F1500 ; переміститися до (50, 50) з екструзією 25 мм
філамента
Після створення файлу G-code, його потрібно завантажити на 3D-принтер
через SD-карту, USB або за допомогою мережевого підключення. Принтер
зчитує команди G-code та виконує їх послідовно, керуючи рухом друкуючої
головки, екструдера та інших компонентів для створення тривимірного об’єкта.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ
5.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в процесі
проектування 3D принтера.
Охорона праці на 3D-принтерному виробництві включає в себе сукупність
заходів, спрямованих на забезпечення безпечних умов праці для працівників. У
контексті роботи з 3D-принтерами особливо важливо враховувати такі
параметри, як параметри робочих місць, мікроклімат, шум, вібрація, освітлення,
електромагнітне та іонізуюче випромінювання, електробезпека, пожежна
безпека, проведення інструктажів з працівниками. Всі параметри враховуються
згідно з вимогами ДНАОП 0.00-1.28-10 "Правила охорони праці під час
експлуатації електронно обчислювальних машин".
Приміщення лабораторії знаходиться в будівлі підприємства на дев’ятому
поверсі дев’ятиповерхового будинку. Розміри приміщення становлять 6х4х2,5м:
площа – 24 м², а об'єм 60 м³. В приміщенні є 2 робочих місця з сучасними
персональними комп'ютерами (ПК). Робота належить до категорії 1-а, тому що
інженери працюють в сидячому положенні. Площа приміщення лабораторії для
роботи з ПК на одне робоче місце становить: площа – 12 м², об'єм – 30 м³,
нормативні значення: площа – 6,0 м², об'єм – 20,0 м³, тому норми площі та об'єму
на одного працівника в межах норми.
В приміщенні лабораторії використовуються: 3D принтер, сканер, телефон,
кондиціонер. ПК, 3D принтер та інші пристрої під'єднанні до електричної
мережі змінного струму напругою 220 В. Для цього в приміщенні обладнано 5
розеток на висоті 70 см від підлоги. Сполучення кабелів, що з'єднують
електричні пристрої з електромережею проходять під робочим столом інженера
та розміщені компактно.
Навчання та інструктаж працівників є невід'ємною частиною системи охорони
праці. Регулярні тренінги з техніки безпеки допомагають працівникам засвоїти
необхідні знання та навички для безпечної роботи. Ознайомлення з правилами
використання обладнання та діями у разі аварійних ситуацій забезпечує
готовність працівників до можливих небезпек. Тому, перед початком роботи з
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
працівниками проводиться вступний та первинний інструктажі (НПАОП 0.00-
4.12-05), після чого відбувається перевірка знань (керівником підприємства
затверджується перелік питань) . Також працівники проходять попередній та
періодичний медичний огляд згідно з наказом МОЗ №246 від 21.05.2007.
Забезпечення ергономіки робочих місць сприяє зниженню фізичного
навантаження на працівників. Робочі місця повинні бути встановлені на зручній
висоті, а стільці та столи – забезпечувати правильну поставу. Організація
робочого процесу, що мінімізує фізичне навантаження на працівників, допомагає
запобігти професійним захворюванням та травмам.
При розміщенні робочих місць з персональним комп'ютером слід
дотримуватися вимог, зазначених в НПАОП 0.00-7.15-18:
- робочі місця розміщуються на відстані не менше 1 м від стін з світловими
прорізями;
- відстань між бічними поверхнями моніторів ПК має бути не менше 1,2 м;
Робочі місця в лабораторії розміщено 1,2 м від стін із світловими прорізями, а
відстань між бічними поверхнями моніторів ПК становить 1,3 м, тому
розміщення робочих місць відповідає нормам.
Для внутрішнього оздоблення приміщення лабораторії застосовуються
матеріали з коефіцієнтом відбиття :
- стеля білого кольору (0,7 – 0,85);
- стіни жовтого кольору (0,5 – 0,7);
- підлога з кахелю білого кольору (0,6 – 0,75).
В лабораторії передбачено природне та штучне освітлення (ДБН В.2.5-28-
2018). Природне освітлення проникає в приміщення через два вікна
приблизними розмірами 1,5х2м. Фактичне значення КПО на робочих місцях
становить 25-30%. В приміщенні є штучне освітлення для кожного робочого
місця у вигляді настільної лампи, зі спеціальними матовими лампочками, що
розташовані між робочими місцями. Світильники мають розсіювачі світла та
екранувальні сітки. Нормативний рівень природного освітлення становить 2,5 %.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Також в приміщенні є 2 світильники моделі EVROLIGHT ОПАЛ-В
потужністю 36 Вт кожний, їх світловий потік дорівнює 3200 Лм на кожен. Рівень
штучного освітлення на робочих місцях становить 400 лк, при цьому з
додаванням місцевого освітлення (комбіноване) становить 750 лк, при нормі
сумісного штучного освітлення 750 лк, що відповідає нормативним вимогам
ДБН В.2.5-28-2018.
Яскравість світильників загального освітлення, а також яскравість стелі при
застосуванні системи відбитого освітлення не перевищує 200 КД/м², а величина
коефіцієнта пульсації освітленості не перевищує 5%.
Дотримання норм температури повітря та вологості у приміщенні важливо для
здоров’я та працездатності працівників. Фактичне значення температури та
вологості для категорії 1-а, у приміщенні лабораторії як в теплий період року,
так і в холодний не перевищує допустимих норм:
• Температура – 23-25°С при допустимій 21-25°С
• Вологість – 43-45 % при допустимій 40-60 %
В приміщенні лабораторії фактичний рівень шуму становить 44 - 48 дБА (ДСН
3.3.6.037-99), при нормах до 60 дБА, де основними джерелами шуму с системні
блоки ПК та 3D принтер. Отже, рівень шуму не перевищує норми.
Електробезпека також є важливим аспектом охорони праці на 3D-
принтерному виробництві. Використання обладнання з заземленням знижує
ризик ураження електричним струмом. Регулярні перевірки електричних систем
та кабелів допомагають виявляти потенційні проблеми. Крім того, працівники
повинні бути навчені основним правилам електробезпеки, щоб знати, як діяти у
разі аварійних ситуацій.
В лабораторії дотримані відповідні заходи електробезпеки відповідно до
ДСТУ 7237:2011 “Електробезпека”. Загальні вимоги та номенклатура видів
захисту»:
– захисне вимкнення;
– захисні оболонки кабелів;
– мала напруга;
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
– безпечне розташування струмопровідних частин;
– захисне заземлення (типу TN-C-S).
Регулярне технічне обслуговування та перевірка 3D-принтерів допомагають
уникнути несправностей, які можуть призвести до аварійних ситуацій.
Встановлення захисних кожухів та бар'єрів для рухомих частин принтерів
знижує ризик травматизму.
Відповідно до НАПБ A.01.001-2014 “Правила пожежної безпеки в Україні”,
розроблені наступні заходи:
- кожен працівник на підприємстві проходить навчання (вступний,
первинний та повторний протипожежні інструктажі) та перевірку знань з
пожежної безпеки, при цьому робиться запис в журналі про проведення
протипожежного інструктажу, що дозволяє розпочати роботу;
- при виникненні пожежі існує запасний евакуаційний вихід, та на
кожному поверсі розміщенні схеми евакуації (ДБН В.1.1.7-2016);
Відсутня система гасіння пожежі повинна включати автоматичні спринклерні
системи, які активуються при виявленні пожежі.
В результаті проведеного аналізу можна зробити висновок, що умови праці на
робочому місці лаборанту в лабораторії за більшістю показників відповідають
оптимальним параметрам режиму роботи, окрім параметрів пожежної безпеки в
приміщенні лабораторії. Тому потрібно провести заходи, щодо покращення
протипожежної системи.
5.2 Розробка системи пожежогасіння
Розробка системи пожежогасіння для 3D-принтерного виробництва включає в
себе забезпечення оперативного реагування на загоряння та мінімізацію
можливих збитків. Основні компоненти такої системи включають виявлення
пожежі, сповіщення про пожежу, систему гасіння пожежі, евакуацію та контроль
і обслуговування.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Виявлення пожежі є першочерговим завданням для забезпечення безпеки. Для
цього використовуються пожежні датчики диму та тепла, які встановлюються в
ключових зонах виробництва. Автоматичні системи виявлення пожежі
забезпечують швидке реагування на появу загоряння, що дозволяє своєчасно
вжити заходів для його ліквідації.
Сповіщення про пожежу включає встановлення системи оповіщення з аудіо-
та візуальними сигналами, які інформують працівників про виникнення пожежі.
Крім того, система оповіщення може бути інтегрована з автоматичними
дзвінками до пожежної служби, що забезпечує швидке реагування з боку
рятувальних служб.
Система гасіння пожежі повинна включати автоматичні спринклерні системи,
які активуються при виявленні пожежі. Розташування ручних вогнегасників в
доступних місцях на виробництві, зокрема біля 3D-принтерів та складів
матеріалів, дозволяє працівникам швидко реагувати на загоряння. Використання
системи газового пожежогасіння може бути ефективним для захисту особливо
важливих зон, де водяні системи можуть пошкодити обладнання.
Евакуація є важливою частиною системи пожежогасіння. Розробка та
впровадження плану евакуації з чіткими вказівками на маршрути виходу
забезпечують організовану та швидку евакуацію працівників. Регулярні
навчання та тренування персоналу з евакуації допомагають працівникам засвоїти
необхідні дії у разі пожежі. Забезпечення належного освітлення та маркування
шляхів евакуації сприяє безпечному виходу з приміщень у випадку пожежі.
Контроль та обслуговування систем пожежогасіння є критичним для їх
ефективності. Регулярні перевірки та обслуговування систем виявлення та
гасіння пожежі допомагають виявляти та усувати потенційні проблеми.
Документування результатів перевірок та тестування обладнання дозволяє
стежити за станом системи та своєчасно вносити необхідні корективи.
Поновлення та модернізація систем відповідно до нових стандартів та
технологій забезпечує їх актуальність та ефективність у запобіганні пожежам.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Забезпечення належного рівня охорони праці та розробка ефективної системи
пожежогасіння є критично важливими для безпеки 3D-принтерного виробництва
та захисту здоров'я працівників. Інтеграція сучасних технологій та дотримання
вимог стандартів допомагають створити безпечне та ефективне робоче
середовище, що сприяє підвищенню продуктивності та зниженню ризиків для
життя та здоров'я людей.
Потрібно створити автоматичну систему пожежогасіння
При встановленні зрошувачів (спринклерів) системи пожежогасіння слід
враховувати, що мінімальний просвіт між відбивачем зрошувача та стелею або
дахом має бути не менше:
для приміщень класів LH та ОН:
0,3 м для плоскоструменевих зрошувачів;
0,5 м в усіх інших випадках;
для приміщень класів ННР і ННS: 1,0 м.
Визначаємо максимальну площу, яку може захищати один зрошувач
пожежогасіння, згідно з таблицею максимальних площ, що захищаються одним
зрошувачем (спринклером), і максимальних відстаней між зрошувачами.
Обираємо схему встановлення спринклерів (стандартну або шахову).
Рисунок 5.2.2 Розміщення стельових зрощувачів
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 5.2.3 Вимоги до розмірів трубопроводів
Розмір розподільних пожежних трубопроводів і тупикових живильних
трубопроводів, розташованих нижче розрахункової точки, слід визначати
відповідно до вимог.
Не допускається встановлювати зрошувачі / спринклери на відстані менше ніж
2 м один від одного за винятком визначених випадків (п.12.3 ДСТУ).
Максимальна відстань від стін і перегородок до зрошувачів не повинна
перевищувати наступних значень (п.12.4.1 ДСТУ):
2,0 м для стандартної схеми розміщення;
2,3 м для шахової схеми розміщення;
1,5 м якщо стеля або дах мають відкриті балки (крокви) які виступають, або
зовнішні стіни виконано з горючого матеріалу
Дозволяється встановлювати трубопровід діаметром 25 мм між
розрахунковою точкою та вузлом керування за умови, що гідравлічні розрахунки
доводять можливість такого рішення. Проте, якщо розрахункова точка
знаходиться на другому спринклері, трубопровід не може бути встановлений між
третім і четвертим спринклерами.
Необхідно обчислити діаметри трубопроводів між розрахунковою точкою у
найвіддаленішій зоні секції та вузлом керування, щоб переконатися, що загальні
втрати тиску через тертя при витраті води 1000 л/хв не перевищують 0,5 бар.
У будівлях, що мають більше одного поверху або різні рівні, такі як
платформи або прибудови, втрати тиску на ділянці після розрахункової точки
можуть перевищувати 0,5 бар на величину, що дорівнює різниці статичного
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
тиску між найвищою точкою розміщення спринклера та розрахунковою точкою
у віддаленій зоні на відповідному поверсі.
У таких випадках різницю висоти між найвищим рівнем розміщення
спринклерів та манометром секції слід зазначати в акті приймання до
експлуатації разом із необхідним значенням тиску на манометрі секції.
Якщо одна й та сама система захищає зони класів ОНЗ або ОН4 та ННР або
HHS, і вода подається з одного водоживильника, максимальні втрати тиску через
тертя у 0,5 бар можуть бути збільшені на 50% від фактичного надлишкового
тиску, як показано в прикладі для секції, яка захищає приміщення класу ОНЗ.
Для секції, що захищає приміщення класу ОНЗ:
Необхідне значення тиску на вузлі керування, виключаючи статичний тиск 1,4
бар.
Різниця тиску через різницю висоти між спринклером на максимальній висоті
та вузлом керування: 1,2 бар. Необхідний тиск на вузлі керування: 2,6 бар.
Фактичний тиск на вузлі керування при витраті води для секції, що захищає
приміщення класу НН: 6,0 бар. Надлишковий тиск, що допускається: 50% від
(6,0 - 2,6) = 1,7 бар. Розмір трубопроводу слід обирати, враховуючи максимальні
втрати тиску: 0,5 + 1,7 х (1000/1350)² = 1,43 бар.
Рисунок 5.2.4 Діаметри живильних трубопроводів, розміщених після
розрахункової точки, у секціях, які захищають приміщення класу НН, з
характеристиками тиску та витрат
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1) Розрахунок потрібного об’єму води.
Маємо лабораторію, в котрій розробляється 3D принтер, площею 24 м².
Загальноприйнята практика передбачає, що для кожного квадратного метра
приміщення потрібно 10-15 літрів води (у формулу враховую 12 літрів). Таким
чином, для нашого приміщення ми можемо обчислити потрібний об’єм води.
��вод = �� × ��вод
⁄м²
��вод = 24 × 12 = 288 л
2) Розрахунок потужності насосів:
Для забезпечення необхідного тиску води в системі спринклерів, потрібно
визначити потужність насосів. Потрібний тиск води для ефективного
функціонування системи становить 4 бари, система має робочий об'єм води 288
л, використовується наступна формула:
�� × ��вод
��нас =
��
Розрахунок по формулі згідно заданої роботи насосу 10 хвилин (600 секунд):
4 × 288
��нас = = 1,92 л⁄год
600
3) Розрахунок гідравлічного опору магістральних трубопроводів:
Для розрахунку гідравлічного опору можна використати формулу Дарсі-
Вейсбаха:
�� × �� × ��2
∆�� =
�� × 2��
де:
• ΔP - гідравлічний опір (Па)
• f - коефіцієнт шероховатості трубопроводу
• L - довжина трубопроводу (м)
• Q - об'ємний потік води (м³/с)
• D - діаметр трубопроводу (м)
• g - прискорення вільного падіння (9,81 м/с²)
Враховуючи, що об'єм води 288 літрів (або 0,288 м³), а потужність насоса 1,92
літрів на годину (або 0,000533 м³/с), і приймаючи стандартний діаметр
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
трубопроводу 100 мм (або 0,1 м), розрахуємо гідравлічний опір (зазвичай
коефіцієнт шероховатості �� для нових металевих труб приблизно дорівнює 0,02):
0,02 × 10 × (0,000533)2
∆�� = = 0,00000289214Па
0,1 × (2 × 9,81)
Отже, гідравлічний опір магістрального трубопроводу водної системи
пожежогасіння становить приблизно 0,00000289214 Па.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ВИСНОВКИ
У даній випускній бакалаврській роботі було проведено проєктування та
розробка 3D принтеру за допомогою технологій для моделювання, а також
доступних компонентів.
В рамках даної роботи проведено огляд існуючих 3D принтерів; розроблено та
протестовано 3D принтер, а також виріб, що створено на даному пристрої.
В проєкті було розлянуте практичне завдання, що дає чітке уявлення про
значущість представленої розробки. Запропонована розробка здатна вирішити
багато проблем, першочергово актуальні – пов’язані із захистом населення
країни під час повномасштабної війни.
У розділі охорони праці було проведено аналіз небезпек та шкідливостей, які
виникають в процесі розробки робочого пристрою та проведено розробку
системи пожежогасіння в приміщенні лабораторії.
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Склад 3D принтера. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://forum.arduinka.biz.ua/viewtopic.php?t=63
2. Можливості 3D друку. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://3ddevice.com.ua/ru/faq-voprosy-i-otvety-o-3d-printerakh/primenenie-3d-
pechati/
3. Застосування 3D друку. Електронний ресурс. Режим доступу: https://3d-
expo.ru/article/10-naibolee-vpechatlyayushchih-primerov-primeneniya-3d-pechati
4. Основні матеріали для 3D друку. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://www.3dprinter.ua/ru/osnovnye-materialy-kotorye-ispolzuyutsya-dlya-3d-
pechati/
5. Компанія-розробник Stratasys. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://en.wikipedia.org/wiki/Stratasys
6. Компанія-розробник 3D systems. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://www.3dsystems.com/3d-printers/projet-mjp-2500-series
7. Компанія-розробник Ultimaker. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura/
8. Компонент 3D принтера, стіл для друку. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://www.3dprinter.ua/ru/shop/matovaja-stekljannaja-platforma-3d-
printera/
9. Інформація про плати 3D принтера. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://3dreams.com.ua/product-
category/detali_3d_printerov/%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1
%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0/%D0%BF%D0%BB%D0%B
0%D1%82%D1%8B-
%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0
%B8%D1%8F/
10. Блок живлення. Електронний ресурс. Режим доступу: http://surl.li/uijrx
11. Плата 3D принтера. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://3dreams.com.ua/product/%d0%bc%d0%b0%d1%82%d0%b5%d1%80%d0%b8
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
%d0%bd%d1%81%d0%ba%d0%b0%d1%8f-
%d0%bf%d0%bb%d0%b0%d1%82%d0%b0-creality-ender-3-silent/
12. Інформація про екструдери. Електронний ресурс. Режим доступу:
http://surl.li/uijpw
13. Формат STL. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/STL_(%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0
%D1%82_%D1%84%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D0%B0)
14. Формат STL для 3D друку. Електронний ресурс. Режим доступу:
http://ua.insta3dm.com/info/the-stl-file-format-for-3d-printing-53176941.html
15. Формат GCODE. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://3dprinters.biz.ua/downloads/manual_document/GCODE-
%D0%9E%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B.pdf
16. Робота з форматом GCODE. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://help.solidworks.com/2019/English/DraftSight/DraftSightSW/t_opening_save_
G-
Code_File.htm#:~:text=You%20can%20open%20a%20saved,code%20file%20and%2
0click%20Open.
17. DWG формат. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://www.adobe.com/ua/creativecloud/file-types/image/vector/dwg-file.html
18. Метод друку Fused deposition modeling. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fused-deposition-
modeling#:~:text=Fused%20deposition%20modeling%20(FDM)%20is%20a%20man
ufacturing%20technology%20that%20uses,modeling%2C%20fabrication%2C%20and
%20production.
19. Розрахунок системи пожежогасіння водного типу. Електронний ресурс.
Режим доступу:
https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/47898/Metodika_gidravlicheskogo_rascheta_
sistem_pozharotusheniya.pdf;jsessionid=906CBED762EE5A0632A53532984B7104?s
equence=1
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
20. Інформація про різновиди систем пожежогасіння. Електронний ресурс.
Режим доступу: https://oss.com.ua/ru/kakie-byvajut-sistemy-pozharotushenija/
21. Водяна система пожежогасіння. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://www.ogneborets.com/blog/informatsionnye-stati/avtomaticheskaya-sistema-
vodyanogo-pozharotusheniya/
Арк.
РТ205.024408.248 ПЗ
71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата