デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その２

　前回設計したデルタ型３DプリンタKOSSELの改良バージョンです。
（オリジナルのKOSSELと混同してしまうので名称は『Be KOSSEL』としました。）

▲今回改良したBe KOSSEL 3Dプリンタ

　いろいろ細かな変更点があるのですが最大の変更点としてプリントパーツを切削加工パーツに計変更しました。

▲切削加工パーツ

　3Dプリンタの部品を3Dプリンタで自己複製できるというのが3Dプリンタの魅力のひとつですが、残念ながら手元に3Dプリンタが無いためプリントパーツを作成することができません。
　3D出力サービスを利用する手もあるのですが結構な値段しますし（海外と同等の価格を謳ってるDMM.comで依頼しても3万以上かかってしまう。これとこれ）、せっかくMODELAがあるのでMDX-20を使ってパーツをつくることにします。

 切削加工パーツの設計にあたっては次の条件を考慮しました。

■材料
　材料に関してはアルミにしたかったのですが、MODELAでアルミを加工するとなるとひとつの部品に10時間とかかかってしまいますし今回パーツ数も多いので加工性を考えてPOMとしました。POMなら加工時間はアルミの1/10で済みます。コストは重量あたりの単価はアルミに比べ高価ですが同形状なら重量が軽くなる分POMのほうが安くなります。

■板厚
　板厚は12mmで統一しています。剛性や意匠的に考えて12mmもいらないパーツもあれば12mm以上ほしいパーツもありますが材料の入手性や加工時間の短縮等を考えると板厚を統一することでコスト削減にもつながります。

■加工方法
　加工方法は両面加工を基本としています。やろうと思えば4面でも6面加工でもできそうですが、専用治具を作ったりその分段取りも増えますし、ましてや精度を出すとなると職人的技術が必要となるので自分にはちょっと無理そうなので上面と下面の両面加工で製作可能なデザインにします。

　ネジ穴等、精度を要求しないものは側面などに配置してますが、それらは電動ドリルとタップを使って後加工することにします。

ちなみに材料費はMDX-20の加工範囲で、全パーツ加工するには200mm x 150mm x t12mmPOM板が7枚必要になりますので1枚あたり1000円ちょっととして1万円ぐらいあればお釣りがくる感じでしょうか。加工する手間など考えると決して安くはないですが、3Dプリンタで出力したパーツに比べて精度も剛性もいいものができそうです。


　次回は実際に切削加工パーツ作りにはいりたいと思います。その他の変更点についても都度説明していきます。

つづく


3DデータはGrabcadのサイトアップしてます。必要な方どうぞ。
https://grabcad.com/library/be-kossel-delta-robot-3d-printer-1

■関連記事

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その７

http://modela-fan.blogspot.jp/2014/09/3d-kossel_24.html

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その６

http://modela-fan.blogspot.jp/2014/09/3d-kossel.html
・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その５
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/05/3d-kossel.html

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その４

http://modela-fan.blogspot.jp/2014/03/3d-kossel_29.html
・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その３
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/03/3d-kossel.html
・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/12/3d-kossel.html

デルタ型3Dプリンタ KOSSEL

　MODELAの話題からちと外れますが３Dプリンタについて。

■デルタ型３Dプリンタ
　
　最近何かと話題の３Dプリンタですが、海外のクラウドファンデーションでは３Dプリンタ関連のプロジェクトは次々と資金集めに成功するぐらい盛況みたいで、日本でも入手した人のレビューがちらほらみかけるようになってますね。
　ただプロジェクトによっては盛況すぎて納期が何ヶ月待ちになるってこともあるようで、入手にはしばらく時間が掛かりそうです。
　
　幸いにもキットを購入しなくてもReprap系のプロジェクトはオープンソースで仕様が公開されていますので部品さえそろえれば誰でも製作可能になってます。（やる気と根気は必要ですが）　

　そんなんで今回デルタ型の3Dプリンタの妄想をしてみました。
　外観はこんな感じです。

▲デルタ型３Dプリンタ

　Johann氏が開発したmini Kosselをベースになるべく日本で入手しやすいように若干部品を変更しています。

 本体サイズは約360mmx322mmx500mm、プリントサイズは約Φ170mmｘ100mmです。

▲本体設置サイズ

▲本体高さ

　ちなみにMDX-20と並べてみるとこんなイメージです。

▲MDX-20と大きさ比較

■製作コスト

　次に主要パーツとコストを算出してみます。

【フレーム関連】

▲アルミフレーム

・水平フレーム HFS3-1515-300 120円x9=1,080円

・垂直フレーム HFS3-1515-500 210円x3=630円

【駆動関連】

▲リニアガイド等

・ミニチュアリニアガイド SSELB13-320 6,770円x3=20,310円

・S2Mタイミングベルト HTBN984S2M-60 　640円x3=1,920円

・モーター側タイミングプーリー HTPA20S2M060-K-P5 1,300円x3=3,900円

・アイドラ側タイミングプーリー HTPA20S2M060-A-H6 980円x3=2,940円

・無給油ブッシュ GFM-0506-04 29円x6=174円

【アーム関連】

▲ロッドエンド＆カーボンロッド

・ロッドエンド　 Traxxas 5347（12個入り） 1,260円x1=1,260円

・カーボンロッド OD4mm L193mm （6本分） 270x2㍍=540円

【ヘッド関連】

▲J Head Nozzle

・ヘッドノズル J Head Nozzle 約6,000円x1セット=6,000円

【モーター関連】

▲モーター等

・駆動用ステッピングモータ NEMA17 1,800円x3=5,400円

・エクストルーダー用ステッピングモータ NEMA17 5.18:1 Planetary Gearbox Stepper 約3,500円x1=3,500円
・ホットエンドファン X-FAN RDL4010S 800円x1=800円

【Zプローブ＆エンドストップ関連】

▲センサー等

・マイクロフォトセンサー OMRON FPML24 　960円x4=3,840円

・六角レンチ TTBR-15 97円x1=97円

・トーションばね T012B(20個入り） 　1,420円x1パック=1,420円

【エクストルーダー関連】

▲ワンタッチ継手等

・ワンタッチ継手 MSCNL4-M5 　140円x2=280円  

・平歯ギア T22 OD12m ID8mm(S10T05M022S0508) 　1,600円x1=1,600円

・ケーブルタイ AB190-W（100本入り） 　1,033円x1パック=1,033円 

・深溝玉ベアリング 634ZZ 　149円x1=149円

【ねじ関連】

▲ねじナット類

・六角ナット M3(LBNR3) 8円x123=984円  

・六角穴付きボルト M3x6mm(CB3-6) 9円x123=1,107円 

・六角穴付きボルト M3x18mm(CB3-18) 54円x25=1,350円 

・ショルダーボルト D5mm, L15mm,M3x6mm(MSB5-15) 77円x4=308円 

・タッピングねじ M2x8mm(CSPPNSB-SUS-TP2-8) 　30円x8=240円  

・六角穴付止めねじ M3x3mm(MSSF3-3) 　106円x3=318円  

・六角穴付止めねじ M3x12mm(MSSF3-12) 　106円x3=318円

【テーブル関連】

▲耐熱ガラスとテーブルホルダ

・テーブルホルダ アルミ切削外注 12,398円x3=37,194円

・耐熱ガラス板 Φ200mm x t5mm 　6,615円x1=6,615円

【プリントパーツ】

▲plate_x1.stl

▲plate_x3.stl

・plate_1x.STL DMM 3D PRINT (材質:ナイロンブルー) 5,079円x1=5,079円

・plate_3x.STL DMM 3D PRINT (材質:ナイロンブルー) 9,010円x3=27,030円

　以上、合計すると137,416円になりました。
　本家のKosselのコストが600ドル以下を想定してるのと比べるとかなり割高になる感じですね。

　特に突出してるのがテーブル関連（4,3809円）とプリントパーツ（32,109円）でしょうか。
　プロの業者に外注してるのでどうしても割高になってしまいますね。
　
　だだ、アルミパーツに関してはMDX-20で加工すれば材料費＋工具代としても5000円以下におさえられそうですし、一部プリントパーツに関しても設計に変更をくわえればMDX-20で加工できそうなのでコスト削減の余地はありそうです。（3Dプリンタが完成すれば自己複製できるので材料費程度ですむのですが、最初の一台目は外注でもしょうがないですね。）　


　その他に3Dプリンタとして機能させるには、制御系（基板、LCD操作パネル、電源・ケーブル等）が必要ですので、それらパーツに3万円ぐらいは見といたほうがいいでしょうか。

■まとめ
　今回の仕様ですとキット購入するより割高になってしまいましたね。
　もう少しブラッシュアップすればコスト下がりそうですし、お財布と相談しながらパーツ発注していきたいと思います。

つづく。。。


デルタ型3Dプリンタの３Dモデルは以下のサイトからダウンロードできます。
興味ある方はどうぞ。

・GrabCAD.COM
https://grabcad.com/library/kossel-ver-bettak-delta-robot-3d-printer-1

 
【関連記事】

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その７

http://modela-fan.blogspot.jp/2014/09/3d-kossel_24.html

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その６

http://modela-fan.blogspot.jp/2014/09/3d-kossel.html
・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その５
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/05/3d-kossel.html

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その４

http://modela-fan.blogspot.jp/2014/03/3d-kossel_29.html
・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL その３
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/03/3d-kossel.html

・デルタ型3Dプリンタ KOSSEL　その２

http://modela-fan.blogspot.jp/2013/12/3d-kossel_29.html

スピンドルモーターの交換 その３

　前回交換したモーター(RS-365SH)を使用して実際に加工して検証してみました。

■実際に加工してみる。

　ちょうどモーターマウントを作る必要があったのでこれを検証がてらに加工してみることにします。被削材はA2017（ジュラルミン） で板厚は5mmです。

▲今回加工するモデル（モーターマウント）

【加工条件】
　ツール：ラジアルエンドミル2mm
　Z切り込み：0.03mm
　送り：5mm/s

　加工時間が両面で約12時間の大仕事です。

加工時間が長いのは純正のモーターに比べトルク(回転数）がないようなので念のため送りをデフォルト設定の半分の5mm/sとしたためです。


　まずは表面側の加工を行います。
　両面加工のため位置決めピンを使用しています。

▲A2017(ジュラルミン)　ｔ5mm

　表面内側のポケット加工終了。

　いい感じです。
　

▲ポケット加工終了

　外形の加工終了。

▲表面の加工終了

　ここまで約９時間と時間はかかりましたが、これぐらいゆるい加工条件だと負荷もほとんどなく（0.1A前後で無負荷状態の0.08Aとかわらない）、工具やモーターの寿命には有利になりそうです。

　
　次に裏面加工です
　ワークを裏面にひっくり返して固定します。
　今回、タブを設けてませんので、切り抜いた部品がズレてしまうので両面テープでも固定しています。（これが後にトラブルの原因になるのですが、、、）

▲裏面加工

　加工時間短縮のために前もって十字に切込みます。（これぐらいのちょっとした工夫でも３０分ぐらいは短縮できます）

▲予備加工

　内側のポケット加工終了。

▲裏面ポケット加工終了

　交換したモーターは特にトラブルもなく、若干純正モーターに比べ発熱があるようですがヒートシンクの効果もあってか50度前後でおさまってますので問題なさそうです。


■トラブル発生！

最後に外形を加工します。
　ここまで特に問題なかったのでもう大丈夫だろうと思い食事の為1時間ほど席を外してたのですが
食事から戻ってみるとMODELAの方からガッガッガッ、ガリガリ、ガリガリと何やらいつもとは違う異音がしています。
　MODELAを見に行くと、本来加工する場所とは関係ないところを無理に削ろうとしてガリガリやってました。慌てて電源を切って加工を中止しました。

▲エンドミルがつけた傷跡

　発生の瞬間を見たわけでないので推測ですがおそらく以下のうようなことが起こったと思われます。

①両面テープでの固定が甘かった為、部品を切り抜いた際に部品がずれてしまう。
②ずれた部品とエンドミルが干渉してステッピングモータが脱調。
③脱調して座標がずれ、関係ないところを加工して更に脱調。

②と③を繰り返してたようです。


　本来、純正のモーターであれば②のモーターがロックした時点で過負荷エラーで止まるはずなのですが今回交換したモーターでは過負荷を検出せずにそのまま加工を続行してしまってます。

■なぜ過負荷エラーにならない？

　MODELAはモーターにおよそ１A以上ながれると保護回路が働き過負荷エラーで止まる仕様になっています。

　RS-365SHのデーターシートをみるとモーターロック時には1.32A流れるので一見問題ないようにみえるのですが実際には0.8Aほどしか流れていませんでした。

　
　モーターの抵抗をテスターで測定してみると21.4Ωありました。

　オームの法則の電流（Ｉ）＝電圧（Ｖ）÷抵抗（Ｒ）にあてはめると

　　　　19V÷21.4Ω=0.88A

実際の測定値とはあってそうです。

　データシートの数値に届かないのは電圧が低いのと、EMIやら配線コードでモーターの抵抗値が増えってしまったからなんでしょうか？とにかくこのモーターでは１A以上ながれないので過負荷を検出できないことになります。

■対策

　過負荷が検出できないと、モーターが焼損したり最悪発火するケースもあるので、無人運転させる際には過負荷を検出してエラーで止まってくれないのはちょっと心配です。

　ただ今回の場合は幸いにもモーターが熱くなる程度で済みましたのでそこまで心配する必要はないのかなという気もします。　どうしても心配な場合はMODELAはモーターが断線した場合もエラーでとまってくれますのでEMIボードにリセッタブルヒューズをとりつけることで対策になるかも？（手元に部品がなかったので未検証ですが）


■まとめ

　今回の検証で過負荷エラーにならないトラブルはありましたが、通常の加工は問題なくできるということがわかりました。（寿命については更に検証が必要ですが）
　難点は入手性でしょうか。自分の場合、正規代理店経由での入手は個数の関係上難しかったのでヤフオクで入手しました。

2013/913現在でもまだ出品されています。
http://auctions.search.yahoo.co.jp/search?auccat=&p=RS-365SH&tab_ex=commerce&ei=euc-jp

　値段が420円と純正モーターに比べて安いのでモーターの消耗が激しいヘビーユーザーの方は予備用に入手しとくのもあり？（ちなみに当方と出品者の方とは一切関係ありませんので）

　普通（？）のユーザーにとっては、パワーが純正より落ちますし、取り付けにははんだ付けが必要になるのでRolandさんが純正モーターを供給してる間は無理してこのモーターを使うメリットはあまりないかもです。

　次回は比較的入手が容易なRC用のブラシレスモーターへの交換に挑戦したいとおもいます。

つづく


■関連記事

・スピンドルモーターの交換　その１
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/06/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その２
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/08/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その４
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/06/blog-post.html

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MDX-20/15の後継機? 新型MODELA登場

8/21～27で横浜で開催されたFAB9 第9回 世界ファブラボ会議 でMDX-20/15の後継機と思われるマシンの展示があったようです。Make：FAB9のフォトレポート(http://makezine.jp/blog/2013/08/fab9-report.html)内でチラッと紹介されてます。

　切削加工機だけでなく3Dプリンタの展示もされてたとか。
　コンセンプトモデルで発売時期・価格は未定のようですが今から期待しちゃいますね。

　ネットで拾った画像ですがもう少し大きめの写真ありましたので貼っときます。

▲切削加工機

▲切削加工機の説明

---
・パソコンで作成したデータを削って、実際の"カタチ"にすることができる小型切削加工マシンです。
・203.2（幅） x 152.4（奥行き） x 60.5（高さ）mmまでの木材やアクリル/ABS/ケミカルウッド/ワックスなどの樹脂材料が切削できます。
・Arudinoなどのマイコンボードを装着してせいぎょすることができます。

主な用途

　企業やデザインオフィスでのプロダクトデザイン・試作

　学校や研究機関などでの教育ツール

---

加工サイズはMDX-20と変わらないようです。
Arduinoを使った制御って何でしょうか？
色々おもしろことができそうですね。

▲３Dプリンタ

▲３Dプリンタの説明

---

・面露光式によるデスクトップ型3D Printer

・UV光が照射されると固まる樹脂を材料として仕様しています。

主な用途

　企業やデザインオフィスでのプロダクトデザイン・試作

　学校や研究機関などでの教育ツール

---

　写真をみるとFomlabs社の Form1(http://formlabs.com/)と同じSL方式なのかな？

Form1は特許侵害で３D Systems社から訴えられてましたがそのへんローランドさんは大丈夫なんでしょうか？3Dプリンタは特許だらけで後発組は旨みがないという話も聞きますし無事発売されるといいですね。

【関連記事】
・新型MODELA 2014年秋頃発売か!?
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/05/modela-2014.html

スピンドルモーターの交換 その２

　いくつかの代理店に見積と取り寄せをお願いしていたモーターなのですが、基本的に個人向けに小売りはしてないそうで入手が難しそうです。
どうも企業向けに100個とか1,000個単位でやりとするものらしく個人向けに１、２個での取り寄せは無理みたいです。（取扱代理店の方でたまたま在庫があった場合はその限りではないようですが）

■モーターの入手

　代理店経由での入手は諦め、ヤフオクで検索したところRS-365SHの出品がありました。
長期在庫品のジャンク扱いのようですが価格は420円で送料手数料含めても1000円ちょっとなのでダメ元で入手してみました。

▲入手したRS-365SHモーター

　早速、モーター単体だけをモデラに接続してみたところ、とりあえず認識/回転しましたので交換自体は問題なさそうです。あとは実際に加工してどれだけの性能がだせるか検証してみたいと思います。


■ノイズ対策

純正のモーターをみると『EMI Board』という基板がハンダ付けされています。
モーターのノイズ対策用の基板のようです。

▲EMI Board

　基板には0.01μFの3端子コンデンサ（RSで入手可）が２つあります。
ブラシモーターの場合構造上ブラシとコミューターの間でノイズが発生していますのでこういった基板でノイズ対策をしてるようです。
　この基板と配線を再利用するのが手っ取り早そうですがせっかくなんでEMI BoardをMODELAでつくってみることにします。

■EMI基板の製作

　回路設計に使うCADソフトはEagleが有名らしいのですが、RSコンポーネンツで購入する場合RSコンポーネンツが無料で配布しているDesignSpark PCB（http://www.designspark.com/）を使用すると便利そうだったので今回こちらのソフトを使用しました。
　
回路図はこんな感じです。

▲回路図

　コンデンサは手元にあった0.1μFのセラミックコンデンサを使用して、あとはフライホイールダイオードと電流測定用の出力ピンを追加しました。

　基板レイアウトはこんな感じです。

▲基板レイアウト

　こんな簡単な基板でもマニュアルと睨めっこし試行錯誤しながら丸2日かかりました^^;

　ここから更にMODELAで加工できるようにするのに四苦八苦するのですが、備忘録的メモで大まかに説明するとPDFに出力してイラレでDXFに変換してライノで読み込んでとなんかわけわからんことしてます。

▲イラレで読み込みDXFに変換

▲ライノに読み込みサーフェスに変換

▲Solidworksで外形調整

▲紙フェノール基板をテーブルに固定

▲配線パターン加工

▲外形加工

▲ダイオード、コンデンサ、出力ピン

▲miniDIN8ピンコネクタ

▲ピニオン

▲各パーツを半田付けしてモーターに取り付ける

▲完成

■検証　

まず加工する前に外部電源を使用して性能を検証してみました。

▲検証結果

　純正とくらべてトルクがないのか回転数が1割ちょっと落ちてるようですが加工には問題なさそうです。


　次回は実際に加工して検証してみたいと思います。

つづく

■関連記事
・スピンドルモーターの交換　その１
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/06/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その３
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/09/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その４
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/06/blog-post.html

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