茨城県つくば市でモバイルアプリ(iPhone、Android)のプログラミングをする日記です。あとWordPress、Raspberry Pi、Arduinoなど。

モバイルアプリ開発@つくば

ボンサイラボ製3Dプリンター「BS01」を組み立てる

投稿日:2014年10月23日 更新日:

こんばんは、okuzawatsです。

ボンサイラボ製の3DプリンターBS01の組み立て式のものを購入しました!
BS01を頑張って組み立てたので、実際に3Dプリントするところまで、その様子を書いていきます。
長文ですが、よろしくお願いいたします。

筐体

まずはBS01の筐体を組み立てます。

開封

筐体の組み立て

段ボールにパーツが入って届きました。
マニュアル類はウェブからダウンロードする仕組みです。

筐体の組み立て

筐体は木製です。
パキンパキンと部品を取り外していきます。

マイコンボードの取付け

BS01の底板にマイコンボードを取付けます。
始めにマイコンボードからドライバーを取外し、マイコンボードのみを底板に取付けます。
その際、スペーサーに手作業で加工を施す必要があります。
その後、マイコンボードをネジどめします。

筐体の組み立て

マイコンボードとドライバーが接続された状態で封入されているので、とりあえず取外します。
上がドライバー、下がマイコンボードです。
ピンが折れたり曲がったりしないよう、慎重に取り外します。
固いので、ジワジワと圧力をかけながら徐々に取り外していきます。

筐体の組み立て

取り外しに成功しました。
マイコンボードにはIduino MEGAと記載されております。
Arduino MEGA互換のPCボードのようです。

筐体の組み立て

いくつかのスペーサーについては、手作業で加工する必要があります。
わたくしの場合は、カッターでゴリゴリと削りました。
微妙な調整はヤスリがけをするのが楽です。
ヤスリで削ることで、容易に形を変えることが可能です。

筐体の組み立て

微妙な隙間にネジこむために、スペーサーにも微妙な加工が必要でした。
スペーサーをはめこむ場所を見て、うまくはまるように削っていきます。
加工する必要のあるスペーサーは、全部で3個です。

筐体の組み立て

マイコンボードの上下からスペーサーで挟み込んで、ネジとボルトで筐体に取付けます。
4本のネジで固定したら、取付け完了です。
なお、わたくしに届いたIduino MEGAの作りが雑でバリが邪魔だったので、Iduinoのバリをニッパーを使って除去しました。

ノイズフィルターと冷却ファンの取付け

次に、ノイズフィルターと冷却ファンを背面板に取付けます。ネジで止めるだけなので、特に難しことはありません。取付ける向きにだけ注意すれば良いと思います。

筐体の組み立て

ノイズフィルターの表側です。
一本のものが上、二本のものが下です。
ネジ止めするだけです。

筐体の組み立て

冷却ファンの表側です。
裏側のコードがノイズフィルターの方向に伸びるように取付けます。
取付けの向きについては、次に出てくる写真が参考になると思います。
これもネジどめだけですが、平ネジではなくトラスネジを使いますので間違えないでください。
わたくしは間違えてやり直しました。

筐体の組立て

マイコンボードを取付けた底板、ノイズフィルターおよび冷却ファンを取付けた背面板などを組立てます。
はじめに板に付いている凹凸をはめ込んで、その後にネジとボルトで固定することで組立てる方式になっています。

筐体の組み立て

マイコンボードのある板が底面、ノイズフィルターおよび冷却ファンを背面にして組立てます。
マイコンボードが向かって右側になるようにします。
また、マイコンボードのUSBポート(Bタイプ)用の穴があいている板は向かって右側、似たような板でUSBポートの穴がないものは向かって左側に取付けます。

筐体の組み立て

次に、「Z軸のモーターを取付けるためのブラケット」を組立てます。
これも、凹凸をはめ込んだ後にネジどめします。

筐体の組み立て

組立てたブラケットを筐体の本体に固定するんですが、指が届きにくい場所にボルトをはめ込まなくてはならず、なかなか手強かったです。
ピンセットなどを使って、落ち着いてやればできると思います。

筐体完成

筐体の組み立て

筐体が完成するとこんな感じになります。

テーブル

次に、テーブル(3Dプリントの台座となる部分)を組み立てます。

ヒーターベッドの組立て

まずはヒーターベッドを組立てます。

テーブルの組み立て

はじめにアルミの板(アルハイス)に平ネジをねじ込んでいきます。
ネジの山がなめないように、大きめのドライバーを使った方が良さそうです。
ここにシートを貼るので、アルミの表面を綺麗にふいておきます。

テーブルの組み立て

アルミ板の上に黄色いシート(ポリイミドシート)を貼ります。
これはアルミ版の表面の保護のためのものと思います。
ポリイミドは以下のような特徴を持つ高分子です。

芳香族と芳香族がイミド結合を介して共役構造を持つため、剛直で強固な分子構造を持ち、且つイミド結合が強い分子間力を持つためにすべての高分子中で最高レベルの高い熱的、機械的、化学的性質を持つ。(wikipediaより引用)

テーブルの組み立て

アルミ版の裏にヒーターを貼り付けます。
ヒーターを貼り付ける前に、ヒーターをナデナデしてあげると浮き上がりを防止できるとのこと(公式マニュアルより)。
アルミ版の穴とヒーターの穴を合わせて貼り付けます。

テーブルの組み立て

アルミ版の穴の横に導電グリスを塗布します。
ここにサーミスタを取付けるので、きちんと熱を測定できるように、ということでしょう。

テーブルの組み立て

サーミスタを取付けました。
ワッシャで挟み込むように取付けるんですが、サーミスタが壊れないように微妙なタッチで固定します。

なお、サーミスタとは「温度の変化につれてその抵抗値がきわめて大きく変化する半導体」で、ここでは温度制御用の温度センサとして使われていると思います。(参考

テーブルの組み立て

次に、断熱材をヒーターの上にのせていきます。
この際、サーミスタのコードを穴から出します。

これでヒーターベッドの組立ては完了です。

テーブルベースの組立て

テーブルベースを組立てます。
組立てた後、ヒーターベッドとガッチャンコしてテーブルの基礎となる部分ですね。

テーブルの組み立て

こういう形の板がテーブルベースになります。
はじめに、リニヤブッシュ(写真上)を所定の場所にはめ込んで、ネジとボルトで固定します。

リニヤブッシュとは、「リニアブッシングは、軸と転がり接触をしながら軸方向に無限直線運動する高精度な直動案内機器」(参考)とのことです。

テーブルの組み立て

リニヤブッシュを固定したところです。
3Dプリンタを使っていると緩みやすい場所らしいので、ギュッと締めておきます。

テーブルの組み立て

補強材をネジとボルトで取付けます。
補強材は3個、ネジは合計10箇所。

テーブルの組み立て

真鍮ナットをボルトで固定します。
これでテーブルベースは完成です。

ヒーターベッドとテーブルベースの接続

組立てたヒーターベッドとテーブルベースをガッチャンコしていきます。

テーブルの組み立て

はじめの方でヒーターベッドにねじ込んだネジにテーブルベースを挿入します。
スプリングが効いてフワフワしてます。

テーブルの組み立て

ネジに少量のグリスを塗布した後、ローレットナットでテーブルベースを押し込んでいきます。
とりあえずここでは、適当な高さまでねじ込んでおけば良いです。
公式のマニュアルでは、テーブルベースとアルミ版の距離として8mm程度を推奨しています。

テーブルの組み立て

ヒーターの配線を結束バンドで固定します。
断熱材を巻き込まないように注意が必要です。
おもいのほか細かい作業になります。
わたくしはピンセットを使いました。

テーブルの組み立て

2箇所目。ここでは、ヒーターとサーミスタの配線を結束バンドで固定します。

テーブルの組み立て

3箇所目。適当な長さにカットしたスパイラルチューブでヒーターとサーミスタの配線を束ねた後、結束バンドで固定します。

テーブルの組み立て

最後に、「Z軸原点ドグ」を取付けます。
名前から想像すると、縦方向の原点取りに関係しそうなパーツです。

テーブルの組み立て

Z軸原点ドグをテーブルベースにネジとナットで固定して、完成です。

テーブルの組み立て

これでBS01のテーブルが完成しました。

リミットスイッチ

次に筐体にリミットスイッチを取り付けていきます。

リミットスイッチの取り付け

リミットスイッチの役割ですが、プリンタのヘッドを原点復帰させる場合の基準点となるもののようですね。
そのため、X軸・Y軸・Z軸用に3つのリミットスイッチを取付けます。
なお、公式マニュアルによれば「BS01 は接点式でなく非接触型のオプティカルリミットスイッチを採用」しているので精度が良いそうです。

筐体の組み立て

リミットスイッチは、3つがくっついた状態になっております。
これをパキパキと分けていきます。
「bonsai Lab」の印字が見えますね。
オリジナルで作っているのでしょうか。

筐体の組み立て

3つに分けました。
割れ目にニッパーの刃を当てて力を入れて挟んだところ、綺麗に分かれてくれました。

筐体の組み立て

リミットスイッチを筐体にとりつけます。
上がX軸用、下がZ軸用のリミットスイッチです。
リミットスイッチと筐体の間にスペーサーをかませています。

筐体の組み立て

Y軸用のリミットスイッチです。
Y軸用のリミットスイッチにかませるスペーサーはX軸・Z軸のものより薄いものですので、注意が必要です。

Z軸用モーターの取付け

リミットスイッチとは関係ないですが、作業の都合上、ここでZ軸用のモーターを取付けておきます。

筐体の組み立て

モーターは日本電産サーボ製。
X軸・Y軸・Z軸ともに同じものを使っています。
以前は、別のモーターを使っていたようですね。

筐体の組み立て

モーターを筐体にとりつけて、さらに電線を接続してリミットスイッチの取り付けは完了です。

XYガントリー

続いてXYガントリーを組み立てます。

XYガントリーの組立て

X軸・Y軸のガントリーを組み立てます。
ヘッドをX軸とY軸二つのモーターで位置決めするためのものです。

XYガントリーの組み立て

X軸・Y軸のスライダーにホーローセット(いもねじ)を差し込んで仮止めします。
このホーローセットは、後でヘッドロッドを固定するためのものです。

XYガントリーの組み立て

同様にプーリーにもホーローセット(いもねじ)を差し込んで仮止めします。

XYガントリーの組み立て

スライダーロッドにスライダーとプーリーをセットします。
スライダーとプーリーの向きに注意。
特にプーリーには大小がありますので、気をつけます。
この後にスライダーロッドを取付けますが、その時に正しい向きで取付けるようにします。

XYガントリーの組み立て

スライダーロッドにベルトを通します。
大きいプーリーには大小のベルト、小さいプーリーには大きいベルトが対応します。

XYガントリーの組み立て

プーリーにベルトをのせたまま、筐体にセットします。
まずはY軸のスライダーロッドから行います。

XYガントリーの組み立て

スライダーロッドの端にベアリングをはめて、筐体の裏側からネジで固定します。

XYガントリーの組み立て

筐体の表側は、「クルクル」とネジで固定します。
クルクルはスライダーロッドが回転する時に一緒にクルクルと回るので可愛いです。

XYガントリーの組み立て

Y軸のもうひとつのスライダーロッドを取付けます。
プーリーに大きいベルトを通して、筐体にセットします。
この時にきちんと両方のプーリーにのせないと、ベルトは伸縮性があまりないのでベルトがはまらなくなってしまいます。

XYガントリーの組み立て

Y軸のスライダーロッドをネジとクルクルで固定した後、X軸のスライダーロッドも固定します。
X軸のスライダーロッドは、ネジのみで固定します。

XYガントリーの組み立て

スライダーに位置検出のためのドグを取付けます。

XYガントリーの組み立て

さらに、スライダーにベルトストッパーを仮止めします。

XYガントリーの組み立て

ベルトの張力を調整するために、ベルトにトーションバネを取付けます。

XYガントリーの組み立て

Y軸のスライダーの穴に棒(?)を通して位置を調整します。
調整したら、良い感じの位置でベルトストッパーを固定します。
また、治具を使ってプーリーの位置を調整・固定します。

XYガントリーの組み立て

X軸についてもY軸と同様にスライダーの位置を調整し、ベルトストッパーを固定します。
プーリーの位置も同様に調整・固定します。

これでXYガントリーの組み立ては完了です。

プリンタヘッド

続いてプリンタヘッドを組み立てます。
ヒーター、サーミスタ、冷却ファンなどを組み合わせていきます。

プリンタヘッドの組み立て

左からヘッドブロック、ヒーターブロック、ノズルです。
まずはこれらを組立てます。

プリンタヘッドの組み立て

ヘッドブロックにヒーターブロックを取付けます。

プリンタヘッドの組み立て

次にノズルを取付けます。

プリンタヘッドの組み立て

ヘッドブロックに導熱グリスを塗布します。

プリンタヘッドの組み立て

ヘッドブロックにヒートシンクをのせます。

プリンタヘッドの組み立て

「風ストップ」をヒートシンクのノズル側に挟みます。

プリンタヘッドの組み立て

ヒートシンクの上に冷却ファンをのせます。

プリンタヘッドの組み立て

さらにヒートシンクの上にフィンガーガードをのせます。

プリンタヘッドの組み立て

フィンガーガードをネジ2本で固定します。

プリンタヘッドの組み立て

ヒーターヘッドにヒーターを差し込みます。

プリンタヘッドの組み立て

次に、ヒーターヘッドにサーミスターを差し込みます。

プリンタヘッドの組み立て

スパイラルチューブを巻いてコードを束ねます。

プリンタヘッドの組み立て

ケーブルクランプでスパイラルチューブごとヒーターブロックにコードを固定します。

プリンタヘッドの組み立て

ホーローセットでヒーターをヒーターブロックに固定します。

これでプリンタヘッドは完成です。

フィーダ

続いてフィーダを組み立てます。
フィーダは、フィラメント材料を送る役割を担う物です。

BS01のフィーダ

アクリル板から切り出したフィーダのパーツです。
これを立体的に組立てます。

BS01のフィーダ

アームを組立てます。
2枚のアクリル板にスペーサーを挟み、スプリングを引っ掛けて、アクリル板をネジどめします。

BS01のフィーダ

ベアリングをアームにネジどめします。

BS01のフィーダ

フィーダ本体のサイドプレートにベアリングをはめ込みます。

BS01のフィーダ

ドライブロールとギヤを通したドライブシャフトを、サイドプレートにはめ込んだベアリングで挟み込みます。
ドライブロールとギヤは、あらかじめホーローセットでドライブシャフトに固定しておきます。

BS01のフィーダ

さらにトッププレートとボトムプレートをはめ込んで、ネジとボルトで仮どめします。

BS01のフィーダ

長めのボルトとスペーサーを使って、うまいことアームをフィーダ本体に取付けます。

BS01のフィーダ

ホーローセットでギヤを取付けたフィーダ・モータをフィーダ本体に取付けます。
一旦、ネジで仮止めしておいて、ギヤの調整を行います。
その後、トッププレートとボトムプレートを固定しているネジとともに、ネジを締めていきます。

BS01のフィーダ

長めのネジをフィード本体に取付けて、そこにアームのスプリングを引っ掛けます。

これでフィーダの組み立ては完了です。

配線

次は配線です。

X軸・Y軸モータの取付け

X軸、Y軸のモータを筐体に取付けていきます。

BS01配線

まずは、X軸・Y軸のモータに、ホーローセットを使ってプーリーを取付けます。

BS01配線

プーリーに駆動用のベルトを引っ掛けて、モータを筐体にネジどめします。

ヘッドの取付け

組み立てておいたプリンタヘッドを取付けます。

BS01配線

仮どめしてたいヘッダロッドを引き抜いて、ヘッダに差し込みます。
順番にX軸とY軸のロッドを通していきます。
スペースコロニーみたいな感じでかっこいいです。

電源盤の取付け

筐体に電源を取付けていきます。

BS01配線

まずは、電源盤に各パーツの電源コードを接続します。
左の3本のコードはコンセントから電源をとるためのコードとアース、右の6本はファンとドライバー基板につながっています。
ファンのコードはこれでいいのでしょうか?
あまり自信がないです。

BS01配線

電源盤を筐体に取付けます。
微妙な位置なので取付けに苦労しました。
筐体を横にしたり、筐体側の穴から覗き込んだりしながら電源盤の位置を調整して、一気呵成にネジどめします。

BS01配線

電源盤からコンセントに伸びる3本のコードは、こんな感じでコンセントとの接続部につながっています。

ドライバへの接続

各種のパーツをドライバに接続していきます。

BS01配線

こんな感じでドライバに配線していくわけですが、果たしてこれで正しいのか、どうか。

BS01配線

筐体を組立てた時に取付けておいたPCボードにドライバを差し込みます。
ピンが刺さっているのかわかりにくいので、心の目でピンを差し込んでいきます。

BS01配線

配線が終わると、こんな感じになりました。正しく配線できているのか全く自信はありませんが、まあ大丈夫でしょう。

Z軸の組み付け

最後にZ軸の組み付けを行います。
Z軸モータとテーブルを組み付けていきます。

BS01組み立て

Z軸ロッドを固定する天板を取付けます。
この段階では仮止めです。
グラグラする状態で放置しておきます。

BS01組み立て

Z軸モーターにカップリングを固定します。
この上にリードスクリューを取付けて、リードスクリューをグルグル回すことでテーブルを上下させる仕組みです。

BS01組み立て

テーブルに2本のZ軸ロッドを通して、筐体に固定します。
このZ軸ロッドを滑ってテーブルが上下します。

BS01組み立て

スクリューロッドを取付けて、テーブルを持ち上げたところです。
くどいようですが、スクリューロッドを回すとテーブルが上下に移動します。

BS01組み立て

筐体の内部はこんな感じです。
これでBS01の組み立てはだいたい出来上がりましたが、最後に本体の調整を行います。

BS01を組み立ててみた結果

BS01を組み立てて、試しに動かしてみた様子を動画にしてみました。
どうも、フィードがうまくいっていないようですね。

プラが射出されても、テーブルについてくれないパターンもあります。

BS01

テーブルに付かない場合の対策

調べてみると、室温やテーブルの温度が低いと上手くテーブルに付いてくれないようです。
室温を25℃まで、テーブルの温度を100℃まで昇温してプリントしたところ、上手く造形されました。

そして、できあがったモノがこちらになります。
BS01のサンプルSTLファイルをプリントしたものです。
本当は2倍に引き延ばして使うモデルらしいですが、1倍のままプリントしてしまいました。

BS01の出力

造形物が反る場合の対策

出力物が反ってしまう場合があるので、反り対策についても調べてみました。
テーブルに整髪料の「ケープ」を吹くと、造形物が反りにくくなるようです。
わたくしも試してみましたが、なるほど綺麗に出力されるようになりました。

長かったですが、無事にBS01の組み立てができました!

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