3Dプリンターで色々と作っている今日この頃ですが、最近ちょっと作ってみたいなと思ったガジェットがあります。
しかし、そのガジェットを作るにあたり、X軸かY軸で400mm程度のサイズになるので、 手持ちにある3Dプリンターだと造形サイズが足りなくて頭を悩ましておりました。
市販のもので、X軸もしくはY軸で400mm以上印刷な可能な3Dプリンターをそこそこの値段で探すと、TRONXYの「X5SA-400 PRO」が候補にあがりました。（Z軸が400mmであれば、他にもあります。）
X5SA-400 PRO以外で400mm以上の印刷サイズの3Dプリンターも探せばあるのですが、日本で購入すると軽く10万を超えてしまいます。（Aliexpressで購入しても10万円近くする）
それに上記のX5SA-400 PROも印刷サイズ的に問題はないのですが、いかんせん本体サイズが「640mm x 672mm x 655mm」にもなり、設置場所に困ります。（造形サイズが大きいので物理的に仕方ないですが、、）
そんなこんなで、いろいろと悩んだ結果
以前、オープンソースの3Dプリンターを自作した経験を生かして、0から大きな造形サイズの3Dプリンターを自作してみようと思った次第です。
しかし、前回自作した3Dプリンターは、オープンソースで印刷パーツや必要な部品リストがインターネットで公開されているので、実際は部品を集めて組み立てるだけだったので、それほど敷居が高くなかったのですが、今回は、必要なパーツの選定から設計までを0から行うので、かなり難易度が高いです。。。（汗
一応、頭の中で妄想構想はありますが、ちょっとかじっただけの素人発想なので失敗する可能性が大です。
もし奇跡的に成功したら、オープンソースとして公開したいなと思います。（すでに死亡フラグが立っています。。）
で、今回作成する大きい造形サイズの3Dプリンターの主な仕様は、以下を想定しています。
印刷サイズは、最大でX軸410mm、Y軸410mm、Z軸400mm前後程度を想定しています。これは、Aliexpressで購入可能なヒートベッドの最大サイズに合わせてあります。（これ以上のサイズのヒートベッドが見つけられず）
本体サイズは、自宅の設置スペースの問題（60cm x 60cmのメタルラックの内寸以内）で設置寸法が縦・横それぞれ530mm以内にする必要があります。高さについては、制限はないのですが、630mm以内としました。
XY軸の稼働方式は、CoreXY方式を採用します。こちらは、以前自作したレーザーカッターの仕組みを流用する形を想定しています。
予算は、 X5SA-400 PROが5万円強で購入できるので、5万円以下を目指したいと思います。（買った方が早くね？的なことは今回も考えないことにします。（涙））
ってことで、早速、 Aliexpressで購入可能なたぶん最大サイズ大きな410mm x 410mmサイズのヒートベッドを注文します。
このサイズになると、扱っているストアが少なく、扱っていても在庫切れだったりしますが、唯一下記のストアは、ちゃんと在庫がありました。
送料込みで7000円程になります。
AliExpress.com Product – 3DSWAY 3D Printer Parts 3mm Aluminum Substrate Hot bed Heat bed 220/310/410mm MK3 Heated Bed 24V Hotbed Plate Black with Cable
下記のリンクよりCR-10 S5用のヒートベッドであれば、より広く500mm x 500mmサイズのものもがAliExpressで購入可能ですが、価格が2万円近くするので、今回は 410mm x 410mmのものを購入しました。
AliExpress.com Product – Max 310*310/410*410/510*510*3MM heatbed Upgrade 12 24V Heated Bed Aluminum MK3 for CR-10 V2 CR-10S S4 S5 3d printer Hotbed parts
到着した410mm x 410mmのヒートベッドです。ちなみに電圧は24vになります。
サーミスターは本体に内蔵されており、コネクタだけが表面に実装されています。
合わせて、ヒートベッドのサイズに合ったビルドプレートも同じストアで併せて注文をしました。
AliExpress.com Product – 3DSWAY 3D Printer Parts 410x410mm Ultrabase Heatbed Platform Square Build Surface Glass Plate Lattice Glass Hot Bed For Ender 3
このビルドプレートは、カーボンクリスタルガラスらしくサイズも410mm x 410mmで購入したヒートベッドにピッタリでなかなか高性能っぽいです。
※カーボンクリスタルガラスがどの様なものが全く分かりませんが、もっと安くてサイズの合うビルドプレートが見つ刈ればよかったのですが。。。
到着したカーボンクリスタルガラスのビルドプレートです。
合わせて14000円程になりました。。残り予算36000円。。なんか足りなさそうな。。
購入してから見つけたのですが、こちらのフレキシブルなビルドシートにすればよかったと後悔しています。。。値段も同じくらいですし。。
AliExpress.com Product – ENERGETIC Custom 410x410mm/16.2″ Big Size Removal Spring Steel Sheet Applied PEI Build Plate For Anycubic Chiron 3D Printer
ヒートベッドとビルドプレートが決まりましたので、この2つを載せるキャリッジについては、アルミフレームで賄うか、ねじ穴が上記のヒートベッドにあっている、CR-10 S5のYキャリッジプレートを購入してを使用するかは悩みどころです。
結論として、CR-10 S5のYキャリッジプレートをアルミフレームで固定する方式にしました。
AliExpress.com Product – 1pcs Creality CR-10 S5 Y-AXIS Carriage Aluminum plate Hotbed support build plate CR-10 5S 500mm 3D printer parts
到着したCR-10 S5のYキャリッジプレートです。
ちなみに縦に並んでいる３つの穴の上と下の幅は120mmでした。
印刷面のビルドプラットフォーム周りはきましましたので、次は本体について検討していきます。
アルミフレームもいろいろと種類があり、切断などの加工を行うのは難しいので、規格で用意されている範囲で実現できればと思っています。
色々と検討した結果、入手性の良さと規格サイズの種類が豊富なTRUSCOのTSF2020シリーズかヤマトのYF-2020-4シリーズで考えていましたが、設計を進めるに中で設置寸法の制限などから、10mm単位でアルミフレームの長さを調整する必要性が出てきました。
結局、アルミフレームを細かい単位でオーダーメイドして購入のできるNIC Directさんで購入することにしました。16本で送料込み6000円程になりました。
| 型番 | 用途 | 本数 |
| AFS-2020-4-480（480mm） | X軸用フレーム（うち2本は、部品固定用フレーム） | 6本 |
| AFS-2020-4-520（520mm） | Y軸用フレーム | 4本 |
| AFS-2020-4-550（550mm） | Z軸用フレーム | 4本 |
| AFS-2020-4-460-W（460mm） | ビルドプレート用フレーム（ねじ穴あり） | 2本 |
溝の幅が4mmのものにしましたが、アルミフレームを固定するブランケットのねじ穴が5mmのため、5mmにすればよかったかなと思っています。
値段も既製品のアルミフレームを購入する金額と同じくらいなので、自由に寸法を決められる点でとても良いです。
AFS-2020-4-460-Wのビルドプレート用フレームのWは、両端の穴にねじ切りをしてあるタイプになります。
本体のX、Y軸の部分は、エクストルーダをスライドさせる必要があるので、V slotフレームの500mmを使用します。（レーザーカッターの仕組みを流用するため）
AliExpress.com Product – 100-1000mm Black 2020 V-Slot Aluminum Profile Extrusion Frame For CNC Laser Engraving Machine Woodworking DIY
同じアルミ製で20mm x 20mmとサイズとしては同じなのですが、断面図が異なります。
V slotフレームは、解放部に文字のごとくV字の傾斜がありここにレールなどをはめ込みリニアにスライドさせることが可能です。
とても便利なアルミフレームなのですが、日本国内では、まったく販売していないのでAliexpressなどの海外サイトで購入する必要があります。
価格もTSFシリーズに比べて2倍近い金額もするので本体全体に使用するにはちょっと予算オーバーですので、可動部分のみに使用することにしました。
上記の図イメージの黒っぽい部分にV slotフレームを使用するところになります。将来的には、V slotの上に、リニアレールを載せてより精度の高いものにしてもいいかなと思っています。
ヒートベッドのキャリッジは、ひとまずアルミフレームで構築する前提で考えることにしました。（今後の検討で変わるかもしれません。）
ビルドプラットフォームと本体の構成が決まりましたので、ビルドプラットフォームを上下させるZ軸について検討します。
Z軸の部分は、500mmのリードスクリュー付きのステッピングモーター2つと500mmのスムースロッド（片方に2本）に構築することにします。
これはZ軸の高さ次第ですので、アルミフレームの高さを調整して低くすることも可能です。
次にエクストールダーですが、精度の良いダイレクトドライブを採用したいのですが、X軸に利用する2020のV slotでは、重さに耐えられるかは未知数なので、同じくV slotでX軸を実現している既製品のボーデンタイプエクストールダーをそのまま利用した方が簡単かなと思っています。（そのまま利用できますし）
AliExpress.com Product – HALOT Official 3D Printer Part Full Hotend Kit with Back Plate Stable Operation for Ender3/Ender3pro/Ender3S CREALITY 3D Printer
電源（PSU）については、購入したヒートベッドが24Vで推奨容量が340~360wになるため、それ以外に使用するものを含めて、AmazonでDROK スイッチング電源 24V 480Wを購入しました。
細かい部分のパーツはそれぞれの組み立てパートで説明できればと思います。
随時更新していきます。