神奈川県に建てる家の建設過程とその後の記録
MMU2を作ったんですが、作業をリビングの広場でやってたら、家の者にいやーな顔をされましたので、工房の方に移しました。
今のMMU2は設置スペースが結構必要です。
プリンターから４０ｃｍ離せ、とかガイドに書いてあり、そんな広いフリースペースある人いないんじゃ？という気がします。
うーん。場所が足りない。これでもフィラメントを戻したときの余長が出るので、複数のフィラメントのあまりが絡みそうで、ちょっと良くないんですよね。
絡まないようにするための”Wallet” というのをつくるとよい、ようなので、現在絶賛部品プリント中。
昨年夏にMaker faire Tokyo に行ったときに見たのをきっかけに、Prusa i3 mk3 3Dプリンターを買って組み立てました。その時に、ほぼ同時にMulti Material Upgrade version 2 という、複数のフィラメントを使ってプリントするためのアップグレードキットも頼んでいたのですが、バックオーダーが激しく、届いたのはその冬(12月ぐらい？）でした。
とはいえ、私も仕事等が慌ただしく、時間を取ってキットの組み立てをする時間が取れずにいましたが思い切ってこの週末にくみ上げてみました。
くみ上げをしようと思ってPrusa Research のWeb site を見たら、MMU2 がMMU2Sにアップグレードするというアナウンスメントが。。。まあ、まず現状のキットを動かすことにします。
組立てはWebのマニュアルを見ながらやります。工具も一応必要なのは全部ついてますし、注意点が丁寧に書いてあるので特に難しいところはありませんでした。
1点、既に動かしているプリンターのExtruderに入っているPTFEチューブをMMU２対応のに取り換えるためにExtruderをばらすのですが、そこだけかなり緊張しましたが。
昨晩キットの組み立て、今朝調整ぐらいの感じでMMU2を作ることができました。
なんとか動いていますが、1層ごとに複数色があると、かなり頻繁にフィラメントの入れ替えをやりますので、非常にプリント時間が長くなります。PVAをサポートにした造形に便利かなと思っていましたが、これはdual extruder の仕組みの方が効率的ですね。
でも複数のフィラメントを切り替えながらプリントするのはとてもかわいらしいです。
あと注意点としては、設置場所が広めにないといけない。戻したフィラメントがきれいにわっかを作るように配置することが必要なんですが、かなりフィラメントホルダーの配置に依存するように思います。
ということで、今、これをどこに置くか悩んでいるところ。工房の机を拡げないとスプールを置く場所が取れなさそう。。。
いろいろと3Dプリンタで部品作ったりしているんですが、ネジやシャフト、ベアリングなどのはめあいがうまくいってなかったりして、部品作り直しが多いです。特に、樹脂を変えたり、３台のプリンターがありますので、空きの関係で別のプリンターで出力したりすると、微妙な寸法のずれがあったりしてがっかりな結果になることがあります。部品のデザインしなおしはなるべくやりたくないので、ちょっとよく考えなければ、と思いました。
そこで、一念発起、先日、キャリブレーションについて書いたばかりでしたが、もう少し丁寧にキャリブレーションとスライサーのパラメター調整について考えてみようと思いました。下記に忘備録としてまとめておきます。
１．ノズル径の測定と調整
フィラメントが違えば、径も違えば、性質も違う。様々な要因で、樹脂の押し出し量が微妙に異なってきます。この押し出し量は、部品の出来上がり品質に大きな影響がありますので、それなりにきっちりと調整してあることが望ましいです。
まず、フィラメントの径をノギスで測定。私の使っている樹脂は1.74mm径でしたが、だいぶ前に購入したものは湿気を含んだのか1.77mmと少し膨れたものもありました。
次に、押し出しモーターの動きの量を確かめます。フィラメントにマークをつけて10cm程度押し出し、フィラメントのマークがどれだけ動いたかで調べます。これはプリンターを作ったときに確認してありますので、問題なし。
次に、予熱をして、フィラメントを10mm押し出しをして、ノズルから出てくるフィラメントの径と長さを測定しました。径は新しい2台のプリンターからは0.44mmでしたが、だいぶ前から使っているプリンタのノズルの方は、ちょっと太めの0.51mm程度になっていました。少し摩耗して穴径が大きくなってしまっているのかもしれません。
押し出された細いフィラメントの長さはこれも正確な測定が難しいですが、それぞれ127mm, 142mm, 165mm とそれぞれかなり違った長さになりました。
この押し出されたフィラメントの長さから、ノズルの径の推算をしてみます。
例えば、押し出された 1.77mm径 フィラメントの長さが165mmの場合ですと、押しこんだプラスチックの容積＝(1.77/2)^2 * 3.14 *10 =押し出されたプラスチックの容積 (d/2)^2*3.14*165 (ノズルの径d (mm))ということになりますので、d=0.44mm と計算されます。
同様に他の結果についても計算してみましたら、押し出されたフィラメントの径とほぼ同じ結果が得られましたので、押し出されたフィラメントの径を、ノズルの径としてよいと思います。
その結果をプリンターのノズルの径のデータに反映させ、ノズルの径と同じ厚みのシェルを出力させたとき、１００％吐出レートで出力した場合、ちょうど出力されたシェルの厚みも、ノズルの径と同様になっているべきです。
これまで、ノズル径は無邪気に0.4mm固定と考えていて、吐出レートを変えてシェルの厚みを調整するという考え方をしていたのですが、おそらくこれは間違いだと考えています。
これまでの調整ではノズル径を0.4mm前提に吐出量を90%前後に調整するのが出来上がりが良かったのです。しかし、これは何となく説明が合わないですが・・・
一番左のがABSで出力。右３つが、吐出レートを変えて、層厚を計測したもの。吐出レートを下げていくと、あるところから層間がはがれやすくなる。はがれやすくならないレンジでレートを下げると、シェルの厚みは、ノズルの径が下限となる。
２．はめあいチェック用のゲージを印刷する。
押し出しなど含め、機械をねらい通りに動くようにしたとしても、樹脂の種類によって熱収縮などの度合いが違いますから、はめあいが多少変わってくるのは仕方がないと思われます。
そこで、実際の部品を取り付けてどのようなはめあいのデータをつくればよいか、あらかじめチェックできるゲージをデザインしました。
よく使いそうなベアリング２種類、シャフト、3mm, 4mm ネジ穴、ナットホルダー、溝幅チェック用ゲージ、これらを１枚に凝縮してみました。
左側がABSでプリント、右側がPETGでプリントしたもの。
現状ABSでプリントしたものは、0.2mm程度、PETGでプリントしたものは、0.1mm程度穴径などの寸法が小さめにでる傾向にありました。ただ、これはノズル径の測定結果を反映させたものではないので、もう一度ゲージを出力しなおしてみたいと思います。
おそらく、infill の割合（最近は20%でやっています）でもこのはめあいは影響を受けそうなので、いろいろな組み合わせでゲージを印刷して傾向をつかもうと思っているところです。
ここのところ、むやみに3Dプリンターが増えましたので、やはりこれらを２４時間稼働させられるようにしたいと思いました。そのためには、リモートからプリントするデータを送りこんだり、プリント中の状態を見たり、プリンターを操作したりできることが必要です。
そのため、あれこれしばらくやってましたが、かなりうまくいかないことがありましたので、下記にまとめておきます。
１．プリンターのサーバー
プリントjob を外部から送り込むために、家にVPNを張っています。まあ、それはよいのですが、当然ながら３DプリンターがLANに繋がっていませんとネットからは操作できません。２種類のアプローチを試しました。
1a. Windows のPCにプリンターをUSB接続して、Repetier Serverを使う。
結論から言うとこれが一番よさげ。Pro のライセンスを購入しました。機能も豊富だし、Windowsで動いているけど安定度もそれなりに高い。ただし、USBカメラサーバー機能がすぐに動くようになってはいないので、ここで試行錯誤が必要でした（後述）。
1b. Raspberry Pi にプリンターをUSB接続して、octoprint を使う。
プリンターを手持ちのRaspberry Pi のUSBコネクターにつなぎ、octoprint の配布しているイメージをmicrosd に書いて起動すれば、いきなりネットプリントサーバーの出来上がり。ということで動かし始めるのは楽です。
ただし、問題は安定性。何度もプリンターとの通信が途中でトラブルを起こして止まってしまいました。これにはいくつかの原因があるようですが、大別して、ア）USBポートの電源容量不足。イ）CPU負荷が重い。によるようです。
電源容量不足は、普段OKでも、何かの拍子でプリンターなどが電力を食うことがたまにあり、そこでトラブルを起こすので、厄介です。私が困ったのは、後述のLED照明のためUSBポートに接続して電源を取っていたのですが、このために、USBポートの電源容量の余裕が小さかった様で、LED照明を繋ぐと頻繁に止まりました。また、３Dプリンターでz-probeのためにサーボを動かしたときもトラブル発生。raspberry pi のほうでusb への電源供給は多少調節が効くようですが、控えめにすることが吉のようで、最終的にはLEDライトはRaspberry Piとは別のダイソーUSB-ACアダプターを使って点灯しています。
CPU負荷は、最新のRaspberry Pi 3b+ なら問題ないようですが、それ以外のRaspberry pi だと何かと止まります。3B+を使っても、２台のプリンターを繋いで同時に動かそうとしたり（ここを参考に）すると、たまに止まりますのでずいぶん無駄な時間を使ってしまいました。
実用するには、Raspberry Pi 3B+, USB カメラ1台、3Dプリンター１台の組み合わせがいいところではないかと思います。
また、プラグインを入れたりカスタマイズしたらよいと思うのですが、出来合いのWebインターフェースはRepetier Serverの方が一歩上手かなと思いました。
2. リモート監視のためにWeb カメラを繋ぐ
Octoprint にしてもRepetier Server にしても、Web カメラを接続してtime lapse を撮ったりできるようになっています。また、実際にカメラで見るのは精神面からも必要と思います。
Octoprint はRaspberry Pi にUSBカメラを繋ぐと、mpeg_streamerが設定されているため、ほとんど何もいじらずに使えるようになります。
Repetier Serverの方は、Repetierの方で紹介されているWindowsで動くカメラサーバーソフトを使ったりしてみましたが、なかなかうまくいかず、最終的には、Raspberry Pi につないだUSBカメラをWebカメラとして（Octoprint を動かしているRaspberry Pi をそのまま使う）動かし、Raspberry Pi のIPアドレスをRepetier Server で参照するようにしました。
9/18補足） これも、まだPi camera を使ってみるとか、raspberry piの負荷を下げようとしたり、いろいろと試行錯誤中。カメラは絶対に要ると思うけどいいソリューションがなかなかないのが現実。
Raspberry pi に複数USBカメラを繋ぐこともできますが、カメラのIDが入れ替わったりしないように設定が多少めんどくさい。
USBカメラは、一番無難なLogitech C270とかをプリンタ１台に１台取り付けるようにしました。取り付けのアームはthingiverseなどで検索するといろいろでてきますので、適当に選んだのをCADでカスタマイズして、３Dプリンターで出力して取り付けています。取り付けアームのデータは、ばっちりOK！というようなのが実はほとんどないので、多少自分でいじくることが必要でしょう。
3. LEDライトを夜間プリントのために
夜間寝ている間にもプリント作業を行いたいので、プリンターにLEDライトをつけました。これは、USB端子につなぐLEDテープライトがamazonとかで売っていますのでそれをカメラと同様にthingiverseで取り付け用の冶具データを探し、3Dプリントしてつけました。Raspberry Pi でこのUSB電源を制御したいところなのですが、そこまではまだです。LEDテープライトは少しでもWebカメラの絵を撮るには十分です。
安物のLEDテープライトの実装を見ましたが、抵抗で電流制限しているだけなので、ちょっと心もとないですね。
9/18 補足)
seeed から発売されているRaspberry pi 用のrelay board を使い、LEDライトを制御するようにしました。LEDテープライトの電源をダイソーで300円で売っているAC-USBアダプターから取っていますので、USB のオス・メスの間にリレーと0.5A のポリフューズを挟むアダプターを作っていれました。
制御は、seeedのwikiに書いてあるpython からi2cを制御するライブラリを使ってライトをON/OFFするスクリプトを書きました。
複数３Dプリンタが繋がっていますので、ライトの電源の分配はUSBハブを間に入れてみました。自分で作ろうかと思ったけど、USBハブが一番安あがり。
夜間だけLEDライトを入れる、ないしは、プリントをするときだけライトを点灯する、ような制御もこれでできます。good!
この8/4にMakerfaire Tokyo 2018 に行ったときに、展示されていたPRUSA RESEARCH の3Dプリンター Original Prusa i3 MK3 に感心して、キットを買いました。
デルタ式のプリンターキットを2014年に組立て、2015年には自分で一部の部品を設計した３Dプリンターを作りましたが、それぞれかなり苦労と時間を費やしました。そして、今年の夏前にはアマゾンで売っている中華の３Dプリンターキットをポチってしまっています（ただ組み立てるだけで面白くなかったのでブログには書いていません）。
さらにこのタイミングでまた３Dプリンターのキットを買うなんて、頭がおかしいと思うんですが、やっぱりReprap界のリファレンスを知っておく必要あるよな、レビューもいいみたいだし。などというどうでもいい理由でまた３Dプリンターを増やしてしまいます。
発注したのは、ビルドプレートに3Mのシートを貼ったり、糊を塗ったりしなくてもよい、また、プリントした表面がざらざらした質感になるという、Powder coated steel sheet がついているモデルでしたが、このシートの製造上の課題があったとかだそうで、発注後すぐには発送されず、またアマゾンではpowder coated steel sheetのモデルは買えませんでしたので、こちらに8/5に直接発注しましたら、9/1にプラハからDHLで発送されました。DHLから受け取る時には、輸入内国消費税と立替納税手数料合わせて5000円弱を払いました。PRUSA RESEARCH に払ったのは送料込みで、820ドルちょっと、日本円で94000円弱でしたので、合計でアマゾンから買うのとほぼ同じ費用を要しました。
届いたものの、CNCのいじくりの関係でしばらく開梱できませんでしたが、週末を利用してキットの組み立てを行いました。
キットは、きれいに梱包されてます。組立てマニュアルはわかりやすくてよいです。組立てステップごとに、部品が小分けになっており、マニュアルの章分けに対応した表示もあるので、部品がすぐに見つかるのはとても良いです。
キットの組み立ては、このマニュアルに従ってやればあまり引っかかるところもありませんでした。ただ、部品がすでに改訂されていたため、最後まで組み立てるには途中から、オンラインマニュアルの参照が必要でした。
１．日本語のマニュアルはちょっとわかりにくい。英語のマニュアルの方が気をつけなければいけないことがわかりやすい形で書かれているように思いました。途中日本語のオンラインマニュアルを参照していたのですが、最後はまた英語マニュアルに戻って完成させました。
２．３Dプリントした部品に欠品が１つあった。幸い？にして３Dプリンターはすでにあるので、github でとってきて印刷して問題になりませんでしたが、これが最初のプリンターの人だと困り果てるかも。
私が一番最初に作った３Dプリンターのキットは、欠品はなかったがドキュメントが不備でずいぶん苦労させられた。この間の中華３Dプリンターのキットはネジが大量に欠品していて、monotaroで購入して済ませた。とかなので、まあそれと比べたら５０歩１００歩なのですが、欠品はいけませんね。。。
擁護のために付け加えると、小分けの部品袋に入っているネジ類などは、必要な部品が必要なだけ過不足なく入っていましたので、中華のキットにありがちな、違うものが違う数量はいっていてなんじゃこりゃーってことはありませんでしたが！
３．ほぼすべてのプラスチック部品が３Dプリントした部品！これはすごいことだと思います。まあ、多量に作るためなのか、それぞれの部品のプリント品質はそれなりなのですが、プラスチック部品の設計が巧みだなと思いました。
設計が巧みというのは、組立てのプロセスを考慮した部品構造設計がなされているということです。例えば、プラスチック部品をM3のネジを使って繋げていくのですが、M3のネジをつけていきやすい仕組みが部品に備わっていますので、キットの組み立ては楽しくできました。
４．部品の種類が少なく、高い部品は使っていない。機構部品など、中華のプリンターにも多く使われていそうな種類の部品を採用しています。が、とはいえ、Z軸ネジと一体になったZ軸モーターとか、コントローラーボードなどプリント品質にかかわるところや組み立ての確実性を増すところには専用部品を持ってくるなど、コストのかけ方のメリハリがあるなあと思いました。
5. 組立て後、ファームウェアにセルフチェックとキャリブレーションのプログラムが入っており、最初の立ち上げ時に、一通りの設定を行うようになっているのが秀逸。中華のキットですと、ここで機械を壊しそうなことが起こったり、スパゲティ（出来損ないの出力結果）を大量生産したりして相当悩むのですが、今回はほとんどそれがなかった。
6. 動作は非常に静か。もちろん、これは私が中華のしか使ってこなかったから非常識なのかもしれませんが、寝室に設置して寝ている間にプリントしても問題ないかも、と思えるぐらい静か。
7. 総合して「よく考えられた」プリンタだな。という印象を持ちました。そんなことで、組立てのプロセスでいろいろと勉強になりましたので、完成品ではなく、キットを買ってよかったなと思います。
組立ての過程の写真と思うことあれこれを書いてみます。
このE軸ユニットは結構重そうに見えるんですが、実はそんなに重くない。フィラメントセンサー、エクストルーダー、ホットエンド、ファン2台合わせてこの重さは優れていると思います。
こういったちょっとした部品も、M3ナットの入りやすさなどいい感じでよく考えられた設計を感じられるところ。
コントローラーボードはとってもコンパクトで大丈夫かな！って思うぐらいなんですが、ちゃんと配線は収まるし問題はなさそう。３Dプリントのケースなので、配線バンドルを留める仕組みなどもケースに組み込まれていて工夫されてる。
組立てが終わって調整後最初のプリントは、付属してきたSDカードに入っていたデータ（カエルさん）をスタンドアローンで印刷してみました。
当たり前かもしれませんが、ちゃんとした印刷が最初からできた。素晴らしい。
さらに、このプリンターはRaspberry pi zero Wをつけるとoctoprint でWifiでつなぐことができるようになっています。ので、ここの記述に従って、つけてみました。
raspberry pi zero W をprusa i3 mk3 のコントローラーボード に取り付けるため、プラスチックスペーサーを介しヘッダーピンを取り付けました。ヘッダーピンはピンの長さが18mm あるものが必要とあり、家のジャンク箱を探したのですが、なかったので、L型の2列ヘッダーピンの長い方を伸ばすとちょうど18mm程度となるので、それを使って作りました。よく見るとピンが折れ曲がっていますが、つながればよい、ということで。
設定をして試してみたところ、動作速度が多少遅いですが、リモートで制御したり、プリントするモデルをアップロードするのには十分な速さですので、いけそうです.