RepRap - vyhřívaný stolek

Původně jsem myslel, že bude následovat článek o seřizování tiskárny a prvních pokusech o tisk, ale uprostřed tohoto procesu se ukázalo, že pro tisk hmotou ABS je vyhřívaný stolek nutností. Protože jsem se rozhodl pro vlastní konstrukci, která se docela vydařila, nejprve popíšu, jak je možné si ho postavit.

 

Stolek z profi vyrobeného plošného spoje mě odradil svoji cenou. Chvíli jsem uvažoval, jestli se nepokusím o vlastní výrobu podobného plošného spoje, ale obával jsem se, že nedosáhnu potřebné přesnosti a tím pádem bude spoj ve ztenčených místech mít tendenci se přehřívat. Proto jsem tuto cestu zavrhnul a zvolil jsem variantu vyhřívanou výkonovými rezistory.

Na Internetu najdete variantu vyhřívanou rezistory v hliníkových chladičích.

Ta má ale tři podstatné nevýhody:

1. Cena těchto rezistorů. Našel jsem je za 59,- Kč/kus, což při potřebě devíti kusů dělá částku přes 500 Kč.
2. Pro osazení rezistorů zespoda desky je třeba tam vyvrtat díry (18 ks) a opatřit je závity, což je poměrně pracné.
3. Aby to šlo udělat, musí deska být dostatečně tlustá (minimálně 5mm), což je jednak drahé a jednak je taková deska zbytečně těžká a má velkou tepelnou setrvačnost.

Proto jsem se rozhodl pro jinou cestu. Našel jsem vhodný kus 3mm tlustého duralového plechu a rozhodl jsem se, že použiji výrazně levnější keramické výkonové rezistory 10 ohmů/10W (sehnal jsem je za cca 6 Kč/kus). Dlouho jsem přemýšlel, jak je k desce připevním. Nejdřív jsem předpokládal, že z 1mm hliníkového plechu vyrobím jakési U profily, vše namažu silikonovou teplovodivou vazelínou a k desce přimáčknu jakýmisi plechovými pružnými sponami.

Pak jsem ale přišel na daleko jednodušší a čistší řešení. Rezistory jsem se k desce rozhodl přilepit dvousložkovým lepidlem s kovovým plnivem (Alteco 3-TON QUICK epoxy adhesive z nějakého Bau...). Odolává teplotě do 120°C a díky kovovému plnivu má i relativně slušnou tepelnou vodivost.

Aby byl zajištěn lepší přestup tepla z rezistorů, koupil jsem v Bauhausu metr hliníkového úhlového profilu 10x10mm, nařezal ho na 4,5cm dlouhé kousky a nalepil z obou stran na rezistory a desku. Z téhož profilu jsem si připravil a na desku nalepil komůrku pro umístění termistoru.

Jako tepelnou izolaci a zároveň "kapotáž" topných odporů jsem se rozhodl použít běžnou PUR montážní pěnu (má tepelnou odolnost do 120 - 150°C, výborně se opracovává a je skvělým tepelným izolantem).

Postup výroby:

1. Na desku o rozměrech 22,5 x 22,5 cm podle pojízdného stolku tiskárny překreslíme pozice čtyř otvorů pro šrouby a vyvrtáme 4mm vrtákem. Použijeme šrouby M4/50mm se zápustnou hlavou, proto ještě vrtákem 8mm opatrně vyvrtáme z lícové strany stolku zapuštění. Jeho hloubka je cca 2,5mm, takže deska nemůže být tenčí než 3mm.
2. Rozkreslíme pozice rezistorů (jejich středy jsem rozmístil na čtverec 14 x 14 cm), rozděláme vhodné množství dvousložkového lepidla a rychle rezistory přilepíme (lepidlo tuhne do 4 minut, takže času skutečně není nazbyt). Snažíme se přitom lepidla použít co nejtenčí vrstvu, aby byl co nejlepší přestup tepla do desky a rezistory silou přitlačíme, aby se přebytečné lepidlo vymáčklo do stran. Jeho přebytky snadno odstraníme nožíkem po cca 10 minutách, kdy už je dostatečně tuhé, aby nelepilo, ale ještě není úplně tvrdé a dá se snadno odříznout.
3. Z hliníkového profilu nařežeme 18 ks bočnic a tři cca 5 mm široké kousky na vytvoření "domečku" pro termistor. Jeden z nich jsem v půlce výšky narušil jehlovým pilníkem a ohnul tak, že z pravoúhlého profilu vzniknul profil jakoby ve tvaru pravoúhlého písmene Z.
4. Rozděláme malé množství lepidla a přilepíme bočnice ke zhruba půlce rezistorů a Z profil pro termistor (lepidlo tuhne tak rychle, že není možné stihnout vše nalepit najednou). Po ztuhnutí za cca 10 minut rozděláme lepidlo na druhou půlku rezistorů a na bočnice domečku pro termistor a vše přilepíme. Izde se samozřejmě snažíme použít co nejmenší množství lepidla a vše pečlivě silou přímáčkneme, aby byl prostup tepla co nejlepší. Případné zbytky lepidla odstraňujeme nožíkem po cca 10 minutách tuhnutí. 
5. Propojíme všechny rezistory paralelně (na vývody jsem jim napřed navlékl silikonovou bužírku, která odolává vysokým teplotám. Vzhledem k tomu, že celkový odpor topného tělesa bude cca 1,1 ohmů a proto jím při 12V poteče proud kolem 10A, je třeba na propojení provést dostatečně silnými dráty. Já jsem použil běžné lanko 1,5 mm2 (koupené kdysi v nějakém bau...), propojil jsem rezistory ve třech větvích, a tyto tři větve jsem spojil až na běžné lustrsvorce, kterou jsem použil jako připojovací konektor vyhřívané desky. Jsou potřeba čtyři svorky - dvě na topné těleso a dvě na termistor.
6. Na vývody běžného 100 kohmového NTC termistoru také navlékneme silikonovou bužírku a připájíme drátky vedoucí k lustrsvorce. Termistor napatláme silikonovou teplovodivou vazelínou, vsuneme do připraveného domečku a utěsníme vložkou ze seskládaného alobalu tak, aby byl dobře přitlačen k desce.
7. K lustrsvorce přišroubujeme přívodní dráty pro topení, a také dráty na kterých budeme měřit odpor termistoru. Při pokojové teplotě kolem 20°C by měl být jeho odpor kolem 100kohmů a při zahřívání desky by měl klesat. Chcete-li, můžete desku připojit k elektronice tiskárny a ověřit její funkci přímo z Pronterface, ale řekl bych, že v této fázi stačí jí pouze na chvilku připojit na zdroj 12V a ověřit, že všechny rezistory topí podobným způsobem a že odpor termistoru klesá (má tedy s deskou dobrý kontakt).
8. Okraje desky ze strany rezistorů olepíme asi 1cm širokým proužkem běžné izolepy tak, abychom po bocích zakryli díry pro šrouby a vepředu a vzadu vytvořili prostor pro pozdější umístění klipů, kterými k ní budeme připevňovat sklo. Také izolepou oblepíme lustrsvorku tak, aby se do ní montážní pěna nedostala. Desku položíme na staré noviny a zvlhčíme vodou například rozprašovačem na květiny z dostatečné výšky tak, aby se na ní neudělaly loužičky (montážní PUR pěna tuhne díky vzdušné vlhkosti, a k místům, která budou vlhká, proto lépe přilne). 
9. Řádně protřepeme nádobku a na desku nastříkáme (dnem vzhůru) pokud možno rovnoměrnou vrstvu pěny. S nádobkou mezi stříkáním opakovaně třepeme, jinak bude stříkat nerovnoměrně. Snažíme se přitom vyplnit prostor pod dráty. Pěna několikanásobně zvětší svůj objem, takže to s ní zbytečně nepřeháníme. Na celou desku mi přesně vystačila nejmenší sehnatelná pěna SOUDAL MINI ve spreji 150ml. Pěnu necháme v klidu a pokud možno ve vlhku tuhnout minimálně 12 hodin (nevěřte návodu z nádobky, že bude ztuhlá za hodinu, v takhle silné vrstvě není tuhá ani za dvě hodiny - to jsem na kraji osobně vyzkoušel).
10. Po dostatečném ztuhnutí vezmeme vhodné ostré nože a z pěny vyřízneme rovnoměrnou izolační vrstvu tlustou cca 2 cm (tak aby v ní byly bezpečně utopené všechny součástky) a na každé straně byla zhruba o 1 cm menší než deska. Pak můžeme strhnout ochranné izolepy, a také vhodným oříznutím zpřístupnit lustrsvorku. Na seříznutí zadní plochy se mi osvědčil mírně zoubkovaný dlouhý dortový nůž nebo lze také použít třeba list do pilky na železo.

Teď už zbývá jen stolek osadit šroubky, z druhé strany dotáhnout přes podložky matičky, nasadit další matičky (na seřízení výšky stolku), další podložky, a stolek upevnit na pojízdnou podložku tiskárny a zespoda přitáhnout dalšími matičkami (na každém šroubku bude sekvence: výhřevná deska, podložka, utažená matka, (vzdálenst od pojízdného stolku), matka, podložka, pojízdný stolek, podložka, přitahovací matka. Na stolek klipsami koupenými v papírnictví (office binder clips 19mm) přichytíme stejně velké 3mm tlusté sklo.

Zapneme tiskárnu a v Pronterface zajedeme s osami X a Y do jednoho rohu stolku a osu Z opatrně přibližujeme ke sklu na vzdálenost cca 0,5 mm. Pak vypneme tiskárnu a ručně opatrně jezdíme nejprve osou X a později stolkem osou Y, a seřizujeme výšku šroubků stolku tak, aby vzdálenost trysky od skla byla všude stejná.

Znovu zapneme tiskárnu a s pomocí Pronterface a pohybu koncovým spínačem osy Z se snažíme vyladit pozici Home Z tak, aby v ní tryska byla cca 0,3 mm nad sklem. Musíme přitom být opatrní abychom nesjeli příliš nízko a sklo si tak tryskou nerozbili. 

Můžeme zkusit nahřát stolek a změřit si čas jak dlouho to trvá. Já dosahuji teploty 90°C z pokojových 20°C cca za 15 minut.

Nakonec pár obrázků, které osvětlí jednotlivé kroky stavby: