0から大きい造形サイズの3Dプリンターを自作してみる

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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、、)

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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。

オープンソースの3Dプリンター「Prusa i3 Rework」を自作してみる

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。

到着した410mm x 410mmのヒートベッド(表)
到着した410mm x 410mmのヒートベッド(裏)

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。

到着した410mm x 410mmのガラスビルドプレート
ガラス製で表面に特殊な模様が印刷?されています。

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。

CR-10 S5のYキャリッジプレート

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
購入したアルミフレーム(20mm x 20mm)

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。

NIC Directさんで購入したアルミフレーム
品質は非常に良いです。

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。

created by Rinker
トラスコ中山(TRUSCO)
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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。

左がTSF2020シリーズで右がv slot

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。

フレームイメージ図

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。

リードスクリュー付きのステッピングモーターとスムースロッド

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。

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