Voron2.4 构建(一)采购与准备

近期受群友影响(?),正好老机器的性能已不能满足一些打印需求,准备组建一台新的 3d 打印机。

由于预算不像之前那么紧张,新机器以性能稳定为主,兼顾性价比。那么开源的 Voron 就是一个非常好的选择,同时具有高性能和合理的价格。

Voron 有 4 个版本:

VersionDesc
0微型 CoreXY
Trident大尺寸 CoreXY(Z 轴为 3 丝杆平台)
2大尺寸 CoreXY(Z 轴为 4 电机控制的可动 XY 轴)
SwitchWirePrusa 结构机器

我们选择 Voron2,目前的版本是 Voron2.4r2。

BOM 生成

直接在 Voron Design

然后点左侧 Configurator 按钮打开向导,依此选择

  • Direct Feed (近端送料。推荐采用这种方式,远程挤出机的坑实在不想再踩)
  • New build. Give me the full BOM. (新机器)
  • Blind Joints (铝型材盲孔连接,此处会有个小问题,之后会说)
  • Generic cable chains (使用通用坦克链,3 个 M3 孔的那种)
  • 350mm Spec (打印平台大小,更大的构建体积意味着一次可以打印更多的模型,当然也需要更高的热床功率。我这里选择 350mm)

然后就会出来一个 BOM,直接下载,然后我们开始。

清单与购买

理论上只要按照生成的清单购买齐所有物品不就行了?但是里面有坑 怎么会事呢 下面我们将清单分类来看,逐个踩坑。

工具头

目前 2.4r2 bom 中自带的工具头是 Afterburner(AB),而新版工具头是 Stealthburner(SB)。SB 比起 AB 更轻,外观更好看,加入了 3 颗 LED。如果要选择 SB,需要在 VORON StealthBurner 下载专用 bom。


ab

sb

我这里选择 SB 头。

Note

SB 头比 AB 头会多出一些东西,如选择,购买时需要加入 bom 中:

  • M3x50 SHCS x2
  • M3x25 SHCS x7
  • NEMA14 36mm pancake Motor with 10 tooth gear
  • NeoPixel RGBW Mini Button PCB(照明,非必须)
  • StealthBurner PCB(可选,方便理线,推荐采用)

工具头的 STL 中,不同热端(如 E3Dv6,E3D Revo,Dragon等)对应的打印件是不一样的,请根据你想要使用的热端进行选择。注意固定热端的打印件需要有一定的耐温能力,因此不建议使用 PLA 打印。据说会化

热端

热端是用来融化材料并挤出的部件。可以根据自己的预算选择,不过要注意选择对应的 STL 文件进行打印,以免无法安装。

常用热端说明
E3D v6经典,便宜,耐用
E3D RapidChange Revo高级 E3Dv6(?)
Phaetus Dragon高功率,兼容 E3Dv6 喷头
Phaetus Dragon HF高流量版
Slice Engineering Mosquito

全金属的头可以承受 500 摄氏度的高温,因此也兼容大量的材料类型,同时也很贵。

本次建造中我采用龙 HF 热端。

Phaetus Dragon HF

框架

2020 铝型材。官方推荐的是 Misumi HFSB5-2020,实际上任何横截面尺寸近似的型材都可使用。不过如果采用 Blind Joints 方式紧固,横截面通孔尺寸需要满足攻丝的要求,即小于 5mm。

NameQtyNote
Misumi HFSB5-2020-3401340mm
Misumi HFSB5-2020-4301430mm
Misumi HFSB5-2020-4502450mm
Misumi HFSB5-2020-470-TPW10470mm (两端 M5 攻丝)
Misumi HFSB5-2020-530-LCP-RCP4530mm (两端侧面10mm处十字开孔)
OpenBuilds Angle Corner Connector4OpenBuilds 2020 角码(请注意一定是 2020 的)

如果找厂子定做,请一定不要忘记攻丝和开孔。

结构件

结构件为构建 voron 所必须的部件,一般使用 ABS 打印。请使用优质材料,按照官方推荐的参数进行打印。建议找朋友/群友打印,远离不明原料/填充率的淘宝黑商。

  • 喷嘴直径:0.4mm
  • 层高 2.0mm
  • 填充 40%

打印中请选择和你买的物料对应的文件。这些东西可能有:热端固定件,拖链固定件,PCB 固定件等。

不过我这里选择 CNC 加工。要注意的问题是由于普通的三轴 CNC 加工能力的问题,有些件可能拿回来和官方模型有点区别。大不了就上砂轮呗?你强任你强,老子有砂轮 另外既然要 CNC ,当然可以扬掉相当一部分的热熔螺母,直接在金属件上进行攻丝代替。因此要注意螺丝的长度。

紧固件

bom 中提供的数量是最低数量。这种容易丢的小零件建议多买点。

如对尺寸有疑问,可以参考对应标准。不过一般店铺的货问题都不大。

Note

一般标准为

TypeStandardNote
SHCSDIN 912杯头内六角
BHCSISO 7380-1圆头内六角
FHCSDIN 7991平头内六角

bom 如下(包括机身与 AB 头。如需 SB 头请额外购买 SB 头所需紧固件)

NameQtyNote
M5x40 SHCS22
M5x30 BHCS22
M5x16 BHCS35
M5x10 BHCS35
M5 Post-install T-nut682020铝型材用钢珠 T 型螺母
M5 Hexnut16
M5 1mm Shim425x10x1 DIN 988 平垫
M4x6 BHCS7
M4 Knurled Nut (DIN 466-B)4垫高热床铝板用。其实只要找个9.5mm高度较为稳定的代替品即可
M3x8 SHCS187
M3x6 FHCS8
M3x6 BHCS11
M3x40 SHCS30
M3x30 SHCS25
M3x20 SHCS22
M3x16 SHCS20
M3x12 SHCS41
M3x10 FHCS4
M3 Washer3DIN 125
M3 Threaded Insert (M3x5x4)110注意要买斜纹热熔螺母,高度要足够
M3 Post-install T-nut1032020铝型材用钢珠 T 型螺母
M3 Hexnut6
M3 Hammer Head T-nuts602020铝型材用 T 型(蝶形)螺母
M2x10 Self-tapping Screw16自攻螺丝(塑料用)

关于铝型材用螺母

Post-install T-nut 为钢珠 T 型螺母(可以直接压进型材中,方便定位,就是略贵)。可以用铝型材滑块代替,便宜且稳定性更高,不过要在型材组合前提前装入铝型材。

如能提前安装且定位,建议所有蝶型螺母用钢珠/滑块螺母替代,稳定性更高。

关于螺丝

建议全部采用 12.9 级螺丝。如果不想糊的到处都是油,可以买镀镍的那种。

动力系统

注意

请一定要购买高质量的同步轮。劣质的同步轮很大概率同心度不达标,一旦出现打印瑕疵,通常很难查找和定位问题。不要使用塑料打印件

NameQtyNote
GT2 80T Pulley (5mm ID 6mm W)4这个可能有点难买,注意质量
GT2 20T Pulley (5mm ID 6mm W)3W 是皮带宽度,T 是齿数
GT2 20T Pulley (5mm ID 9mm W)4Pulley 是传动轮
GT2 16T Pulley (5mm ID 6mm W)4ID 是内径
GT2 20T Toothed Idler (5mm ID 6mm W)2Idler 是惰轮
GT2 20T Toothed Idler (5mm ID 9mm W)4
F695 Bearing20轴承,F 是带法兰的
625 Bearing12
Ø5x60mm Shaft D Cut45mm 不锈钢 D 轴
Ø5x35mm Shaft (trim to size)1对应位置铣 D 槽(这个东西用来当做 Z 轴限位,其实用全通 D 轴或者光轴都问题不大
GT2 Belt Loop (6mm W) - 188mm4GT2 闭口同步带
GT2 Open Belt LL-2GT-9 (9mm wide) - 1200mm4GT2 开口同步带,W 是宽度
GT2 Open Belt LL-2GT-6 (6mm wide) - 2000mm2建议买 Gates 等高质量同步带
BMG Extruder Components Kit1BMG 挤出机套件
Linear Rail MGN9H 400mm6线轨,如果你有钱,直接买上银
Linear Rail MGN12H 400mm1如果没钱,国产的林邓也能用,建议做防锈和轻预压

电气

警告

请从正规渠道选择质量可靠的电气部件,并做好接地,防电和防火措施,谨慎操作。质量不达标的设备,或不当操作可能引发包括但不限于触电、火灾等人身伤害情况。本文作者不会对您的这些情况承担任何责任。

警告

如果要采用更高功率的加热器,请对应调整电源和 SSR 的功率,防止过载。

关于扩展性

如果要采用 65W 或更高功率的加热头,或者有加 ERCF 的打算,可以采用 300W 以上的电源,留充足的余量。

NameQtyNote
Omron D2F-01L Micro Switch3用于限位开关(有 pcb 套件可以买)
Inductive Probe (See sourcing guide)1接近开关,推荐欧姆龙 TL-Q5MC2-Z
40x40x20 Centrifugal Fan (24V)1涡轮风扇(SB 头的话,请购买50x50x15风扇)
40x40x10 Axial Fan (24V)1普通风扇,不过有些主板支持不同电压,可以自己选择购买
Mini 12864 Display1可选,请根据自己的主控板购买
TycoElectronics 10EGG1-1 Filtered Power Inlet (NA/UK)1带保险丝 3 芯 AC 座子
TycoElectronics 10EGG1-2 Filtered Power Inlet (EU)1根据当地电压购买
Medium Blow Fuse 5x20mm 4A (220V mains)2220V4A 保险丝(根据当地电压购买,别忘了多买一个备用)
Keystone CAT6 Insert (Optional)1网线口(可选)
60x60x20 Fan (24V)3电气仓散热风扇
Controller with 7+ Stepper outputs1至少有7个电机口的主控板,如Octopus,Spider,MKS Monster 8 等
TMC2209 Stepper Motor Driver7TMC2209驱动器模块(可用2206 2216等)
USB Cable for selected controller1USB 连接线
RaspberryPi 3B+ or better1性能足以运行 klipper,moonraker,fluidd 的派,如 orange pi,mini pi,RK3399 等都可代替
Mean Well LRS-200-24 PSU1明纬 24V 200W 电源
Mean Well RS-25-5 PSU1用于给派供电的 5V 电源
Omron G3A-210B-DC5 SSR1固态继电器,用于给 AC 热床供电。也可用G3NB 代替,请确保有足量功率
DIN Rail Mount Bracket for G3A SSR1SSR 的 C35 导轨扣具
BAT85 Diode1给接近开关的二极管
C13 Power Cord1AC 电源线
Thermal Fuse (125C)1温度保险丝(安全设备,如你的硅胶加热垫自带则可以不买)
NEMA17 Motor 17HS19-2004S120mm 饼干 42 步进电机,给 AB 头的 Clockwork 挤出机用,如果用 SB 头则不需要
NEMA17 Motor 17HS08-1004S642 步进电机

主控板我就懒得搞事情了,直接选择上下位机二合一的 Mks Skipr。资料在 这里。上位机是一块 RK3328 1G RAM 16G EMMC,可以满足需求。

MKS Skipr

7 个电机驱动可以满足 Voron2.4 的需求。比起 Mks Monster 8 少了一个电机口,因此多出 6 个 Reserved IO ,可以满足一些奇奇怪怪的需求(LED,灯带,ERCF filament sensor 等)

IO

当然,如果不用 ADXL345 和 MAX31865,又会得到 7 个额外的可用 IO。甚至怀疑可以用这些额外的 IO 来替代 ERCF Easy BRD

电机 XY 轴使用了较厚一些的电机,4 个 Z 轴使用了普通的电机。

关于电机选择的一些讨论

由于 Z 轴使用了减速的设计,因此 4 个 Z 轴可以使用 1.8 度的普通电机问题不大。

而 XY 轴,选择 0.9 度还是 1.8 度电机是个问题。

首先,使用 0.9 度的电机以达到更高位置精度的。有人可能会觉得 0.9 度的电机可能达不到很高的速度,我们来看 klipper 的 文档,截取一段:

Micro-controller1 stepper active3 steppers active
16Mhz AVR157K99K
20Mhz AVR196K123K
...
STM32F4073652K2459K
STM32F4463913K2634K

以现在主流主板采用的 STM32F407 来说,2459Ksteps/s的速度意味着在普通 20 齿驱动轮的配置下,0.9 度/16 分 = 160 steps/mm 的极限速度为 15.36875m/s,定位精度为 0.00625mm。这个极限速度已经远远超出了正常的打印速度,所以完全不会出现速度跟不上的问题。

还有另一个问题需要讨论:即 microstep 和扭矩的问题。

这篇文章 说明了 0.9 度电机的一个问题:为了达到和 1.8 度电机相同的速度,需要一倍的细分数量。即 1.8 度电机 16 分的情况下,0.9 度 电机需要 32 分。细分越多,电机扭矩增加的就越慢,可能会带来定位精度的问题:

The real compromise is that as you increase the number of microsteps per full step, the INCREMENTAL torque per microstep drops off drastically. Resolution increases. However, accuracy will suffer.

当然 INCREMENTAL torque 和电机本身的扭矩 torque 是两回事。这种问题仅限于速度过高和以及加速度过高的情况,也就是 0.9 的电机的加速性能和高速性能会略差。不过一般情况下应该问题不大,可以通过调整电机的电流来解决。

总体来看我认为区别不大,所以选择较便宜的 1.8 度电机。

打印平台

煎蛋台

警告

请确保打印平台铝板接地良好,不要对硅胶加热垫进行裁剪,开孔等任何操作。

NameQtyNote
MIC6 5/16” Plate - 14”x14”1350x350x8mm 热床铝板(如果使用 MIC6,注意识别假货。自己加工请一定注意孔位和平整度
Adhesive Magnetic Sheet - 14”x14”1高温软磁 请确保能耐 110 度温度
Spring Steel Flexible Print Surface - 14”x14”1350x350mm 弹簧钢 PEI 喷涂平台
Keenovo Silicone AC Heater w/ thermistor - 300x300mm (650W)1AC 硅胶热床,建议 650W 及以上。注意接地(如果有),接热保护开关

PEI 喷涂平台一般有三种:光滑表面,磨砂表面,有纹路的磨砂表面。其打印附着力依次增加,而表面平整度依次递减。记得买之前看一下。

可以看你喜欢什么样的底面来选择。当然也可以我全都要

杂项

NameQtyNote
Rubber Foot (1.5x.75”, 38x19mm)4减震橡胶脚垫
DIN 3 Rails (35mm W) - 465mm2C35 导轨
Fume Extractor Carbon Filter Element-活性炭过滤棉,打印的时候使用 其实还不如直接排气到室外去
4mm Threaded Bowden Coupler14mm 气动接头
3M VHB Tape 595213M 胶带
Loctite Blue Threadlocker Stick1螺丝胶(对手拧的扭矩有自信可以不用)
Mobil EP1/2 Grease1线轨润滑脂
Single Sided Foam Tape 1mm Thick (5m)11mm 厚海绵胶带(封箱用)
Single Sided Foam Tape 1mm Thick (5m)15mm 厚海绵胶带(封箱用)
Ø6x3mm Neodimium Magnet86x3mm 永磁体(霍尔限位开关,正面面板用)
PTFE Tube (4mm OD 3mm ID) - 1000mm1铁氟龙管 OD外径 ID内径
PTFE Tube (4mm OD 2mm ID) - 300mm1实际上只需要 2mm 内径即可
Nylon Cable Ties, Small (.07-.10”, 1.8-2.7mm wide)42尼龙扎带

润滑可以采用 Mobil EP2(虽然少量的不太好买),或者 NSK PS2。如果要高速打印,可以采用 NSK NGL,比 PS2 贵一些。不建议采用一些成分不明的无牌润滑。添加润滑脂之前,要先把线轨上原有的防锈油全部擦除,然后上润滑。

面板/封箱板

比起亚克力板,更建议采用 PC 板。如果不打印 ABS,PA 等对腔温有要求的材料,为了节省成本可以不买。(而且这些鬼东西真的很重)

NameQtyNote
Coroplast Sheet - 469x469x4 mm2
Coroplast Sheet - 483x503x4 mm1
Acrylic Sheet Clear - 241.5x503x3 mm2透明亚克力板
Acrylic Sheet Clear - 483x503x3 mm2
Acrylic Sheet Clear - 483x483x3 mm1

如果要找人加工,可以去 Voron 的 github 获取图纸。不要直接按这个大小切割,那会用不了。有几张板子要开孔。

线材/连接件

NameQtyNote
18AWG Wire (3m total)1用于 AC 部分
20AWG High-flex Wire (3m total)1柔性电线
22-24AWG High-flex Wire (min 19 strand)(76m total)1柔性电线
Female Spade Crimp Terminal (18-22AWG, .250”, 6.35mm)7插簧(建议和 AC 电源座子直接买套件省事)
Fork Spade Crimp Terminal (18-22AWG, #10)5叉形端子
Ring Crimp Terminal (16-22AWG, #6)1环形冷压端子(接地用)
JST XH Connector, 3 Position Male/Female Pair plus Pins1即 XH2.54 端子加胶壳
Connector kit matching your controller choice (usually JST-XH)1适合你主板的接头(一般是 XH2.54)
Crimp Ferrule Kit (covering sizes 24AWG to 18AWG)1冷压端子
MicroFit3 Connector Plug 4 Position4其实就是 MX3.0 胶壳
MicroFit3 Connector Plug 3 Position1
MicroFit3 Connector Plug 2 Position2
MicroFit3 Connector Receptacle 4 Position4MX3.0 胶壳
MicroFit3 Connector Receptacle 3 Position1
MicroFit3 Connector Receptacle 2 Position2
MLX Power Receptacle 3 Position (bed wiring)1MLX 接头(其实也可以换成其他足电流接头)
MLX Power Plug 3 Position1
MLX Male Pin6MLX 端子
MLX Female Pin6
MicroFit3 Female Pin40MX3.0 端子
MicroFit3 Male Pin40
WAGO 221-415 Lever-Nuts3WAGO 5 位快速接线器
IGUS E2i-10-10-018-0 Chain (405mm)2建议使用一般的坦克拖链 R18 W10 H10
IGUS E2-100-10-12PZ Chain Ends (set)2注意根据孔位选择 STL
IGUS E2-15-10-028-0 Chain (545mm)1R28 H15 W10
IGUS E2-150-10-12PZ Chain Ends (set)1

关于电线

拖链中使用的线缆一般有特定标准,如硅胶线,PTFE 线。加热棒使用线材建议为 18AWG 硅胶线或 PTFE 线,其他线材为 22 到 24AWG 的 PTFE 线。

工具头其他线材,如果有钱可以使用 AFR250 镀银线,也可以用 FF46-2 国标线替代(均为铁氟龙线)。不建议采用不能在拖链中使用的较硬或其他不耐磨的线材。

工具

如果你之前从未组装过打印机,你可能还需要一些工具。

NameNote
游标卡尺用来测量距离,校准机器。最好是数显的
万用表排查问题,检查压线质量等
电烙铁用来加热热熔螺母。必要的时候也可以焊接端子
热风枪吹热缩管
六角钥匙安装紧固件
剥线钳/压线钳安装端子
剪钳处理电线/打印材料等
组合螺丝刀
六角扳手拆装打印头,加热块等

可选物品

这些东西通常没有必要,不过如果出了难以排查的问题,会方便定位问题。

NameNote
热像仪检查热床温度均匀度、电机温度、驱动温度等
示波器检查电机驱动波形,调整 TMC 的参数等
逻辑分析仪检查各个界面通信
千分尺检查各种同步轮的同心度
猫猫一只心情+1
血压计(?)

其他

最后不要忘记买几卷料来测试机器

总结

东西真是又多又杂,很容易漏掉。建议打印个单子买一项划去一项。

一堆东西买下来花个 2k-4k 应该很正常。不想折腾且对钱包有自信的可以买成品,不过那就...

最后修改:2022 年 09 月 09 日
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