Drukarka 3D – Oryginalna Prusa i3 MK3S (także do samodzielnego montażu) – Wszystko o produkcie

Krótka historia wielkiego sukcesu

Początek istnienia firmy, która spędza obecnie sen z powiek największym producentom drukarek 3D na świecie, miał miejsce w 2012 roku, kiedy to Josef Prusa – zapalony majsterkowicz i student praskiego Uniwersytetu Ekonomicznego – założył wraz ze swym bratem startup. Jego celem była komercjalizacja projektu nowej drukarki 3D. Tą technologią Prusa zainteresował się zaledwie trzy lata wcześniej, w czasach, kiedy jedynym popularnym w świecie pasjonatów nowych technologii projektem urządzenia samoreplikującego był RepRap. Już w 2010 roku Prusa zbudował swój pierwszy, jeszcze nieco nieporadny projekt drukarki 3D – Prusa Mendel, a rok później powstała ulepszona wersja urządzenia – Prusa Mendel Iteration 2. Drugi model był nieco uproszczony w stosunku do protoplasty zarówno pod względem konstrukcji, jak i ewentualnego serwisowania. Co bardzo ważne, obydwa projekty powstały na zasadach Open Source, a raczej – co bardziej pasuje do sprzętowego charakteru projektu – Open Hardware. Po dziś dzień każdy zainteresowany może pobrać modele 3D i wydrukować je w celu zbudowania własnego egzemplarza tej kultowej drukarki. Na marginesie warto dodać, że ta „samoreplikowalność” jest spuścizną projektu RepRap – i choć większość elementów konstrukcyjnych – począwszy od śrub, nakrętek i prętów, a na elektronice skończywszy – jest nadal pozyskiwana z „klasycznych” źródeł, to nawet w najnowszym modelu drukarki Prusa i3 MK3S spora część jego komponentów mechanicznych powstaje dzięki pracy sztabu klonów tegoż urządzenia non stop pracujących w hali produkcyjnej Prusa Research w czeskiej Pradze. Dalsza droga projektu wiodła przez trzecią iterację, czyli Prusa i3 MK2, Prusa i3 MK2.5 oraz – przedostatni w chwili powstawania tego artykułu – model Prusa i3MK3.

Prusa mendel i1 Prusa Mendel i2 

Prusa i3 MK3S – najnowsza i najlepsza z całej rodziny

Historia zmian wprowadzanych sukcesywnie w kolejnych wersjach drukarek Prusa pokazuje dobitnie, że firma uważnie słucha komentarzy użytkowników i – co ważne – bierze je sobie do serca, reagując na potrzeby odbiorców najlepiej, jak to możliwe. Najnowsza wersja, drukarka Original Prusa i3 MK3S, oferuje szereg usprawnień niedostępnych w wielu konkurencyjnych drukarkach, zarówno z podobnej półki cenowej, jak i nawet w wyraźnie droższych modelach. Wybitnie wysoki stosunek jakości do ceny wyjaśnia, dlaczego czeskie drukarki nieustannie zbierają nagrody w międzynarodowych konkursach branżowych. W porównaniu do poprzedniczki, wersji i3 MK2S, „trójka” ma o 1 cm wyższe pole robocze (jego wymiary to 25 x 21 x 21 cm). Grubość warstwy można ustawić w zakresie od 0,05 mm do 0,35 mm, przy czym – jak to zwykle bywa w codziennych zastosowaniach technologii FDM – najczęściej używane (w przypadku średniej wielkości detali) są wartości zbliżone do środka tego zakresu: 0,15 mm lub 0,2 mm.

Warto tutaj dodać, że współpracujące z drukarką Prusa i3 MK3S oprogramowanie – Prusa Slicer – oferuje bardzo wygodną funkcję pozwalającą na modulowanie wysokości warstwy w zależności od stopnia złożoności detalu na danym poziomie. Przykładowo, jeżeli do wydrukowania jest figurka na sporym postumencie, to całość podstawy można wydrukować na „grubej warstwie” (np. 0,3 mm), a najbardziej precyzyjne detale z użyciem znacznie cieńszych warstw, np. 0,1 mm. To usprawnienie pozwala na znaczną oszczędność czasu i to nie tylko w prototypowych wydrukach. Głowica drukująca może rozgrzewać się do temperatury maksymalnej 300^oC, stół zaś aż do 120^oC, dzięki czemu nie istnieją ograniczenia co do rodzaju materiałów, z jakich wykonane są stosowane w drukarce filamenty. Oprócz typowych odmian – np. PLA, ABS, TPU czy PET-G – Prusa i3 MK3S może pracować nawet z tak „egzotycznymi” materiałami jak filamenty na bazie drewna, włókna szklanego, nylonu, a nawet poliwęglanu.

Innowacje nawet na poziomie… sterownika silników

Początkujący użytkownicy drukarek 3D rzadko zastanawiają się nad tym, jakie komponenty znalazły się „pod maską” nowo nabytej maszyny. W przypadku najnowszej drukarki ze stajni czeskiego producenta także tutaj znajdziemy innowacje, które istotnie wpływają zarówno na jakość i niezawodność procesu drukowania, jak i ergonomię, a nawet… uproszczenie konstrukcji mechanicznej. Ultranowoczesne sterowniki Trinamic TMC2130 dają głównemu kontrolerowi drukarki ogromne możliwości niedostępne dla prostych sterowników typu stepstick stosowanych w większości tanich drukarek na rynku oraz w konstrukcjach amatorskich. Innowacyjna technologia StallGuard2^TM pozwala na ciągły pomiar obciążenia silnika, dzięki czemu możliwe było wyeliminowanie wyłączników krańcowych. Widać to doskonale podczas autokalibracji osi Z maszyny – prowadnica z głowicą i ekstruderem porusza się do górnych ograniczników, podnoszona przez dwie śruby sterowane za pomocą dwóch niezależnie działających silników krokowych. Kiedy sterownik pierwszego z nich wykryje wzrost obciążenia (ta funkcja jest realizowana przez pomiar natężenia prądu zasilającego cewki silnika), napęd jest zatrzymywany, a kontroler czeka na analogiczny sygnał z drugiego sterownika. Po tej operacji kontroler „ma pewność”, że prowadnica znalazła się dokładnie w maksymalnym górnym położeniu osi Z.

Funkcja StallGuard2^TM pozwala także na detekcję zgubionych kroków, co ma niebagatelne znaczenie w długoczasowej stabilności pracy drukarki – bez tego ulepszenia wszystkie zgubione kroki pracują na wspólny, iteracyjny błąd pozycjonowania głowicy (lub stołu roboczego), co przy dużych wydrukach może prowadzić do przesunięć pomiędzy warstwami detalu lub do innych błędów wymiarowych. Kolejną, znaczącą szczególnie dla użytkowników domowych zaletą zastosowania w drukarce Prusa i3MK3S sterowników firmy Trinamic jest tryb StealthChop^TM – funkcja ta pozwala na wyjątkowo ciche pozycjonowanie osi drukarki, co nie tylko umożliwia pracę w nocy, ale także znacząco zwiększa komfort użytkownika pracującego lub odpoczywającego w pomieszczeniu, w którym pracuje urządzenie.

Bezpieczeństwo ponad wszystko

Cicha praca i niezawodne pozycjonowanie to niejedyne istotne zalety najnowszej spośród czeskich drukarek FDM. Producent zadbał także o liczne modyfikacje, które dbają o bezpieczeństwo zarówno użytkownika oraz drukarki, jak i samego detalu produkowanego przez maszynę. Ważną, choć z zewnątrz niewidoczną zmianą, jest podwójna liczba termistorów – w drukarce Prusa i3 MK3S są aż cztery takie elementy, co w znaczący sposób poprawia niezawodność kontroli temperatury – jeden z nich mierzy temperaturę otoczenia, a we własny czujnik temperatury wyposażony został nawet czujnik P.I.N.D.A 2. Główny procesor sterownika drukarki potrafi także wykryć błędy wentylatorów spowodowane ich uszkodzeniem, przypadkowym odłączeniem (o co naprawdę trudno z uwagi na doskonale przemyślany sposób prowadzenia wiązek przewodów) lub prozaicznym, ale potencjalnie fatalnym w skutkach zablokowaniem łopatek wentylatora, np. przez fragment odciętego filamentu, który może wpaść do obudowy wiatraka.

Warto także dodać, że w drukarkach zastosowane zostały superciche wentylatory Noctuo, dzięki czemu urządzenia nie generują uciążliwego szumu, co ma miejsce w przypadku tanich wentylatorów stosowanych w wielu drukarkach. Najnowsze dziecko firmy Prusa Research potrafi także bez problemu poradzić sobie ze wznowieniem wydruku po nieprzewidzianej awarii zasilania sieciowego – to bardzo ważne, szczególnie w rejonach kraju o niższej jakości sieci energetycznej czy też w okresach zwiększonej podatności na przerwy w dostawie energii elektrycznej. Nietrudno przypomnieć sobie fatalne skutki orkanów czy intensywnych burz, które co roku przetaczają się przez Polskę. Prusa i3 MK3S automatycznie wznawia pracę po przywróceniu zasilania, co chroni wszystkie, także te czasochłonne wydruki, przed koniecznością rozpoczynania druku całkowicie od zera.

Automatyka w służbie użytkownika

Drukarka 3D Prusa i3 MK3S oferuje użytkownikowi szereg niezwykle przydatnych i doskonale oprogramowanych funkcji, które ułatwiają zarówno codzienne użytkowanie, jak i początkowe oraz późniejsze okresowe prace konserwacyjno-serwisowe. W obudowę głowicy drukującej wbudowana została sonda P.I.N.D.A 2 – specjalnie dobrany, indukcyjny czujnik odległości, którego zadaniem jest pomiar odległości głowicy od powierzchni stołu roboczego. Dziewięciopunktowa kalibracja wykonywana automatycznie na początku każdego wydruku pozwala na uniknięcie problemów, związanych z ewentualnymi krzywiznami stołu roboczego, a dokładniej – elastycznej nakładki. Jeżeli z jakichś powodów powierzchnia podkładu nie będzie idealnie równa (np. gdy niewielki fragment filamentu lub inne zabrudzenie znajdzie się przypadkiem pomiędzy nakładką a podgrzewanym stołem), drukarka automatycznie dostosuje pracę osi Z w celu zniwelowania wpływu krzywizny na jakość wydruku. Zwróćmy uwagę, że nieocenioną pomocą podczas tak precyzyjnego pozycjonowania napędów jest rozdzielczość opisanych wcześniej sterowników Trinamic, która wynosi aż 256 mikrokroków na jeden pełny krok silnika! To wszystko, w połączeniu z doskonale rozwiązanymi kwestiami mechanicznymi, sprawia, że użytkownik może z czystym sumieniem zapomnieć o trudach ręcznego poziomowania stołu. Mamy tu zatem nieocenione udogodnienie w porównaniu z manualną regulacją śrub, które w tanich drukarkach służą do poziomowania stołu.

Sonda P.I.N.D.A. 2.

Istotną zaletą oprogramowania drukarki Prusa i3 MK3S jest również funkcja ręcznej kalibracji grubości pierwszej warstwy oraz opcja zmiany tego parametru „w locie”, czyli już podczas drukowania finalnego detalu. Choć funkcja ta nie jest wykorzystywana zbyt często, to warto o niej pamiętać, gdyż w niektórych przypadkach istnieje konieczność delikatnej zmiany pionowego położenia głowicy, na przykład w celu uzyskania bardziej zwartej pierwszej warstwy (gdy wymaga tego docelowe zastosowanie drukowanego detalu).

Kolejnym elementem automatyki nowej drukarki 3D sygnowanej nazwiskiem Josefa Prusy jest nowy czujnik filamentu. W odróżnieniu od wcześniejszego, wykrywającego obecność filamentu na wejściu głowicy drukującej w sposób czysto optyczny, sensor po „liftingu” wykorzystuje metodę kombinowaną, tj. mechaniczno-optyczną. Teraz wsunięcie filamentu do wejścia ekstrudera powoduje przesunięcie niewielkiej dźwigni, co wywołuje (w sposób pośredni) reakcję czujnika optycznego. W ten sposób producent uniknął problemów, które pojawiały się we wcześniejszej wersji maszyny – w nowej edycji nawet całkowicie przezroczysty filament nie stanowi dla kontrolera żadnego problemu. Gra była warta świeczki, gdyż sensor filamentu spełnia dwa bardzo ważne zadania. Po pierwsze, ostrzega sterownik drukarki o osiągnięciu końca zapasu materiału na załadowanej szpuli – w takiej sytuacji drukarka przerywa pracę i czeka na zmianę szpuli. Po drugie, czujnik współpracuje z funkcją automatycznego ładowania filamentu: wystarczy wsunąć materiał do wejścia ekstrudera, by ten rozpoczął procedurę ładowania nowego materiału i przepychania gorącej dyszy w celu usunięcia resztek poprzedniego filamentu.

 Czujnik filamentu w Prusa i3 MK3S

Możliwości rozbudowy

Choć trudno wytknąć drukarce Prusa i3 MK3S jakiekolwiek braki czy niedogodności, konstruktorzy maszyny wzięli sobie do serca zasadę „im więcej, tym lepiej”, zostawiając już na etapie projektowania urządzenia pewne „furtki”. Jednym z przykładów jest gotowość modelu do rozbudowy za pomocą MMU2S – Multi Material 2S Upgrade Kit. Zestaw ten pozwala na automatyczne przeładowywanie aż do 5 różnych kolorów filamentu podczas jednego wydruku. MMU2S składa się z odpowiednio przygotowanego mechanizmu napędzanego przez trzy dodatkowe silniki krokowe odpowiedzialne za wybór, podawanie materiałów do ekstrudera oraz automatyczne przycinanie za pomocą wbudowanego, ruchomego ostrza. Moduł zakłada się na górną poprzeczkę ramy drukarki. Współpracuje on ze znajdującym się w zestawie buforem filamentu, który zapobiega plątaniu się poszczególnych filamentów oraz ułatwia zaaranżowanie przestrzenne stanowiska pracy. Jak to zwykle bywa w przypadku urządzeń firmy Prusa Research, funkcjonalności sprzętowe idą w parze z odpowiednimi zmianami w oprogramowaniu – nowy slicer sygnowany nazwiskiem Prusa obsługuje funkcję czyszczenia głowicy w momencie, gdy drukuje ona wypełnienie detalu – takie rozwiązanie nie tylko znacząco redukuje straty filamentu, ale też skraca czas wydruku, co ma szczególne znaczenie w druku wielokolorowym.

Modele wydrukowane z rozszerzeniem Multi Material 2S przy użyciu pięciu filamentów.

Kolejna możliwość rozbudowy maszyny we własnym zakresie wiąże się z zastosowaniem specjalnie przygotowanego złącza, znajdującego się na – także zaktualizowanej – płycie głównej sterownika, zwanej EINSY RAMBo. Złącze to pozwala na wstawienie do wnętrza obudowy elektroniki sterującej dodatkowego modułu – minikomputera Rasberry Pi Zero W zaopatrzonego w oprogramowanie OctoPrint. Tego typu modyfikacja pozwala na uzyskanie zdalnego dostępu do drukarki za pośrednictwem sieci Wi-Fi (przez przeglądarkę WWW), co niebywale ułatwia zarówno codzienne użytkowanie pojedynczej drukarki (zwłaszcza gdy użytkownik nie ma możliwości przebywania w pobliżu maszyny przez cały czas jej pracy), jak i zarządzanie farmą drukarek.

Montaż, który jest przyjemnością

Drukarkę Prusa i3MK3S można kupić w formie zmontowanego i wstępnie uruchomionego urządzenia lub jako zestaw do samodzielnego montażu. Profesjonalne podejście do kontroli jakości doprowadziło twórców maszyny do tego, że do opakowania każdej zmontowanej fabrycznie drukarki dokładają wydruk potwierdzający przebieg testów. Takie rozwiązanie jest doskonałe dla osób, które nie mają czasu lub ochoty na samodzielne składanie urządzenia. Jeżeli jednak chcesz zaoszczędzić około ¼ ceny gotowej drukarki, wybierz zestaw do samodzielnego montażu. Silne wsparcie w postaci doskonale opracowanej instrukcji składania, a także rozbudowanego forum użytkowników doskonale motywują setki szczęśliwych posiadaczy drukarki do poświęcenia kilku godzin na złożenie, uruchomienie i skalibrowanie urządzenia. Proces montażu rozpoczyna się od złożenia osi: najpierw Y, potem X i na samym końcu – Z. Następnie należy złożyć i zamontować oś ekstrudera, co stanowi najbardziej złożony ze wszystkich etapów pracy. Kolejne kroki to instalacja zespołu wyświetlacza LCD, stołu roboczego, zasilacza i głównego kontrolera. Co ważne, instrukcja dostępna na stronie internetowej producenta jest niezwykle przejrzysta, bardzo dobrze zilustrowana i dostępna w języku polskim.

Podsumowanie

Najnowsza drukarka czeskiego potentata, Original Prusa i3 MK3S, jest doskonałym przykładem urządzenia, które dzięki nieustannemu rozwojowi i sumiennemu wdrażaniu poprawek oraz ulepszeń, stało się ikoną w swojej branży. Nic więc dziwnego, że z drukarki korzystają zarówno amatorzy, jak i firmy oraz uczelnie. Marka Prusa Research stała się synonimem jakości i niezawodności, co potwierdzają kolejne nagrody przyznawane sztandarowemu produktowi tej firmy – i nic nie wskazuje na to, aby tendencja ta miała się w najbliższej przyszłości zmienić.