Как я печатал упоры для моноколеса и что из этого вышло
Привет, Хабр!
С недавнего времени в моём электро зоопарке появилось моноколесо Kugoo Kirin U4 (оно же KingSong KS18-XL). Откатав на нем около тысячи километров, я понял, что без упоров мне не обойтись. На различных маркетплейсах достаточно предложений по данному вопросу, но моя инженерная сущность (ну и немного жаба) предложила повременить с покупкой упоров и изготовить их самостоятельно. А что из этого вышло, далее под катом.
❯ Исходные данные
По материалам и оборудованию у меня имелось следующее:
- 3D принтер Flying Bear Ghost 5;
- Филамент из термопластичного полиуретана (TPU) от FDplast.
Данный принтер я использую уже довольно давно, он является «рабочей лошадкой» в моих DIY проектах. После покупки принтера, я сразу перенес податчик филамента на экструдер и оптимизировал его для гибких филаментов, добавив вставки их тефлоновой трубки в промежутки, чтобы избежать зажевывания. Ниже фото модернизированного экструдера.
TPU филамент у меня был в наличии, валялся в шкафу пару лет. Покупал для печати резиноподобных прокладок.
Диаметр, мм: 1.75
Вес нетто, г: 1000
Материал: Термопластичный полиуретан
Плотность: 1,25 г/см³
Темп. экструзии: 175–190 °С
Темп. стола: 50–70 °C
Скорость печати: 15–20 мм/с
Вес брутто: 1350 г
Производитель: Завод «ФДпласт», Россия
Дополнительные параметры:
Прилипание к столу: чистое стекло, БФ2, клей 3D
Адгезия: хорошая
Обдув: желателен
Постобработка: механическая и химическая обработка затруднена
Особенности: требуется доработка головки 3D принтера с целью устранения зазора между подающей шестерней и трубкой термобарьера. Предпочтителен директ экструдер
Твердость: очень низкая Шор А=75 ед
Морозостойкость и теплостойкость: -60+120 °С
Гигроскопичность: низкая
Контакт с пищевыми продуктами: нет
Химическая стойкость: стоек к большинству бытовых растворителей
Материал стоек к деформациям на растяжение и на сжатие
Преимущества:
Пластик flex для 3d принтера — сложный полиэфир, относящийся к пластичным полиуретанам и обладающий формой бесцветных гранул цилиндрической или линзовидной формы. Отличается высокой гибкостью, отсутствует запах в процессе печати, не поддается повторной переработке, используется при изготовлении обмотки для силового кабеля, используется в разработке дизайна подошвы обуви, для защитных аксессуаров смартфонов, в качестве декоративных накладок в салоне автомобиля. Идеально подходит для создания 3D-моделей архитектурных объектов, макетов человеческих органов. По своей структуре, он напоминает силикон, чем выгодно отличается от других, более жестких видов пластика.
Надежный, износоустойчивый, обладающий эластичностью и способный не разрушаться под воздействием низких температур, пластик может использоваться в агрессивной среде, связанной с воздействием щелочей, масла, жира или кислот.
Обладает высоким уровнем межслойной адгезии. Предельно стоек на разрыв, при деформации быстро восстанавливает первоначальную форму. Предлагаем купить пластик для 3d принтера от одного мотка, обеспечим своевременную доставку и дальнейшее сотрудничество на выгодных условиях.
Несмотря на то, что производитель рекомендует скорость печати 15–20 мм/с, в моем случае, скорость печати составляет 40 мм/с.
❯ Реверс инжиниринг
Реверс инжиниринг — какое приятное словосочетание, избавляющее тебя от моральных терзаний). Теперь можно сказать, что не своровал, а обратно спроектировал. Давайте же и мы обратно спроектируем наши упоры с понравившейся картинки товара на Алиэкспресс, тем более, продавец нам любезно указал габаритные размеры.
Для 3D моделирования я использую FreeCAD — САПР общего назначения с открытым исходным кодом. Загрузим, в качестве эскиза, нашу картинку с Алиэкспресс во FreeCAD приведем к необходимому масштабу.
И, буквально за десять минут, создадим трехмерную обратно среверсируем нашу модель упоров.
❯ 3D печать
В качестве слайсера для 3D печати, я использую Cura — слайсер 3D-моделей с открытым исходным кодом для 3D-принтеров. TPU филамент очень капризный материал, поэтому, ещё при первом знакомстве с ним, опытным путем подобрал параметры профиля для работы с данным материалом.
В качестве базового, я использовал профиль для HIPS пластика со следующими корректировками:
Высота слоя: 0,4 мм
Скорость печати: 40 мм/с
Температура стола: 30 ℃
Температура сопла: 200 ℃
Обдув: 100%
Диаметр сопла: 0,4 мм
Так выглядит наша модель в Cura. Так как модель упоров не входит в габариты области печати моего принтера, поэтому пришлось разделить её на две части.
Плотность заполнения при печати составляет 10%. Этот параметр влияет на упругость модели. В моем случае, предварительные тесты показали, что 10% заполнение соответствует моим критериям упругости упоров.
Было напечатано четыре части упоров, время печати каждой части составило ± 8 часов. Ниже на фото представлен результат.
Для склейки частей рекомендую использовать цианоакрилатный клей (суперклей), он отлично склеивает полиуретан. Для печати левого упора, не забудьте в Cura отзеркалить модели.
❯ Примерка и приклейка
После печати, я выполнил примерку правой части упора, чтобы проверить правильность модели и только после этого продолжил печать следующих частей.
После завершения печати всех элементов, пришло время наклеить наши упоры на моноколесо. Для начала нужно наклеить двухсторонний скотч на наши упоры, дополнительно нанеся небольшое количество суперклея на поверхность упора (это необходимо сделать из-за особенности адгезии полиуретана). Двухсторонний скотч я использовал марки New Glaxy, но рекомендую использовать 3М. Затем нам нужно удалить стоковые подушки с моноколеса и приклеить наши новые упоры. Чтобы убедиться в правильности крепления упоров, пригласим инспектора по качеству.
Ниже картинка моноколеса после полевых испытаний:
Фото из поездки:
❯ Итоги
Давайте подведем итоги. После печати и установки подушек на моноколесо, я отправился в тестовую поездку на расстояние более 50 км. С первых секунд поездки я ощутил значительное изменение комфорта в лучшую сторону и повышение отзывчивости моноколеса при управлении. Доволен ли я? Ещё как! Структура упоров имеет тактильно очень приятные ощущения, отсутствуют проскальзывания, очень хорошая фиксация ног. TPU пластик устойчив к механическим воздействиям и прочен на разрыв.
Теперь давайте поговорим о экономической целесообразности данной задумки и подсчитаем затраты:
- Филамент: ± 694 грамма (433 руб | $4,77).
- Электроэнергия: 32 часа печати (±0,96 кВт*ч | 4 руб | $0,044).
- Клей, скотч: ± 300 руб | $3,30.
Итого: 737 руб | $8,11
При этом, минимальная стоимость упоров на маркетплейсах 4 000 руб или $44,04. Из этого можно сделать вывод, что данная затея экономически выгодна и стоит реализации.
Пожалуй, на этом можно и завершать статью. Спасибо всем, кто уделил своё время, надеюсь мой опыт будет кому-то полезен. Если у вас возникли вопросы, пожелания или хотите поделиться подобным опытом, то добро пожаловать в комментарии.
❯ Ссылки к статье
Возможно, захочется почитать и это:
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
