Open Fab Lab Wiki OpenFabLab Brick/Workshop — Сайт русскоязычного фаблаб-сообщества

OpenFabLab Brick/Workshop

Материал из Сайт русскоязычного фаблаб-сообщества
(перенаправлено с «OpenFabLab 1.0»)
Перейти к: навигация, поиск
Oflgeneral.png

OpenFabLab - это личная мастерская-лаборатория, включающая open-source ПО, web-cервисы, материалы и оборудование, которое желающие смогут сделать самостоятельно, произвести серийно или купить.

В мире уже существует ряд популярных технологий НИОКР и прототипирования со своими достоинствами и недостатками:

Ofl-cons.png

Однако по-одиночке фрезерный станок, 3D-принтер и тому подобное оборудование практически бесполезны конечному пользователю. Он не сможет даже установить заготовку из листового материала во фрезер, если у него не будет "болгарки" чтобы отпилить ее от листа. Он будет вынужден покупать на оптовых фирмах огромные стальные плиты чтобы сделать шестеренку, если у него не будет литьевой установки. Он будет месяцами бороться с форматами G-кодов без полноценной связки CAD-CAM-CNC. В общем, можно представить некоторый минимальный комплект оборудования для эффективной работы. OpenFabLab 1.0 - это именно такой комплект. Начиная играть в конструктор, пользователь постепенно строит станки из конструктора, а с их помощью - настоящие станки.

Evolute.png

Содержание

Приоритеты

  • Предназначен в первую очередь для НИОКР и прототипирования
  • Совместим и в значительной мере основан на элекментной базе FreeGO.
  • Возможность самовоспроизводства
  • Возможность приобрести ядро и достраивать с его помощью периферию в нужной конфигурации
  • Доступность
  • Удобство в работе
  • Гибкость (универсальность)
  • Возможность использовать как готовые объекты, так и строить их с нуля, обучаясь на каждом шаге

Состав, описание и технологические возможности оборудования

  1. Большой 4D ЧПУ фрезер - основные работы
  2. Головка для FDM 3D печати - упрощение создания деталей сложной формы
  3. CO2 лазерная система к станку - мелкие детали, печатные платы
  4. Установка ЭЭО+ЭХО, в виде отдельного изделия или приспособления к ЧПУ станку
  5. ТПА - литье пластмасс, экструзия профилей, получение 3D-принтерного волокна из гранул
  6. Индукционная печь - литье металлов, создание сплавов, отсутствие необходимости хранить кучу видов заготовок
  7. Муфельная печь - запекание керамики, краски, эмалей, тефлона и термообработка металлов
  8. Гидроабразивная резка - резка керамики и быстрая резка металлов
  9. Плазменная горелка - безопасные стеклодувные работы + быстрая резка металлов на станке
  10. Устройство для смешивания и распыления стеклопластика - детали типа ванн, лодок, кузовов, композиты
  11. Вытяжной шкаф с раковиной и ванной - химия, пескоструйка, гальваника, порошковая покраска, работа с рудами
  12. Установка PVD+CVD - покрытия и тонкие детали, полупроводники
  13. Установка ЭЛЛ - микросхемы
  14. Установка для сжижения и разделения воздуха - жидкий азот, кислород, сухой лед
  15. Установка для разделения отходов на элементы

Кроме этого нужны: ручной инструмент, пресс, фрезер-сверлильник, токарник, вакуумная формовка, компрессор, гибка, сварка,

4-осевой ЧПУ станок

  • Лазерная резка, закалка, гравировка
  • Фрезерование
  • Точение
  • Электрохимическая и электроэрозионная обработка
  • FDM 3D печать
  • SLS 3D печать

Термоагрегат

  • Печь для плавки и термообработки материалов
  • Узел для литья металлов и пластмасс (термопластавтомат)
  • Гранулятор
  • Устройство получения порошка
  • Экструдер профилей

Шкаф с компрессором

  • Сушка
  • Окраска
  • Вытяжка для химических экспериментов
  • Сжатый воздух
  • Вакуум
  • Пескоструйная обработка

База ручного инструмента

  • Сварка
  • Болгарка
  • Паяльник
  • Стеклодувное дело
  • Прочее, в т.ч. молоток, ножовки по металлу и по дереву, нож монтажный, ножницы для бумаги и металла, линейка, угольник,штангенциркуль, шуруповерт-дрель, сверла, шило, пинцет, керн, напильники, лобзик, плоскогубцы, кусачки, бокорезы, отвертка со сменными насадками, термоклеевой пистолет, тиски, строительный фен.

Основные компоненты

Ядро: наборы деталей

Коробочка впечатлений

Предназначена для вовлечения в научно-техническое творчество самых маленьких, таких которые ни с цифрой, ни со словом еще толком не дружат. Основана на статье Список развивающих впечатлений для малышей. В коробочку входят в основном предметы для получения впечатлений из последнего раздела статьи "Впечатления со специальными предметами", такие как поляризующие пленки, люминофоры и прочее.

Электроника

Elecon.png

Механика

  • Аналоги LEGO(R) Technic
  • Шаговые, бесколлекторные, серво двигатели
  • Энкодеры
  • Детали FreeGO для авиамоделизма
  • Li аккумуляторы

Гидравлика и пневматика

  • Детали гидро- и пневмо-приборов
  • Приборы для вакуума и повышенного давления
  • Термодинамические приборы

Химия

  • Детали химических приборов
  • Электролизер
  • Нагревательный элемент
  • Горелка
  • Вытяжка

Блок питания

Блок питания 12 В 2 кВт позволяет гальванически развязать систему с электросетью, что повышает безопасность экспериментов. Напряжение 12 В используется для питания приводов станков и большинства технологических инструментов.

Механический инструмент

  • Сверлильно-фрезерный шпиндель
  • Болгарка, тиски и прочее
  • Ручной и ручно-цифровой мех. инструмент
  • Направляющие и прочие детали, позволяющие собрать ручные сверлильный, фрезерный, токарный станок и пр.

Координатная машина

  • Ось X (500 мм) - перемещение каретки инструмента (вправо-влево)
    • Представляет собой прямоугольную коробку
    • Направляющие - модификация OpenLine.Bearing
    • Привод - бесколлекторный двигатель с энкодером на каретке через зубчато-ременную передачу вращает закрепленные в подшипниках две гайки OpenNut по краям каретки.
    • Два винта закреплены стационарно (горизонтально) в станине
  • Ось Y (500 мм) - перемещение рабочего стола (к пользователю и от него).
    • Направляющие - модификация OpenLine.Ball
    • Привод - бесколлекторный двигатель с энкодером на каретке через зубчато-ременную передачу вращает закрепленные в подшипниках две гайки OpenNut по краям каретки.
    • Два винта закреплены стационарно (горизонтально) в оси Z
  • Ось Z (100 мм) - перемещение оси X (вверх-вниз)
    • Направляющие - модификация OpenLine.Bearing
    • Привод - бесколлекторный двигатель с энкодером на каретке через зубчато-ременную передачу вращает закрепленные в подшипниках две гайки OpenNut по краям каретки.
    • Два винта закреплены стационарно (вертикально) в станине
  • Ось A (360°) - патрон для вращения заготовки, закреплён слева за краем рабочего стола (движется вместе с ним по оси Y)
    • OpenRotaryHead
    • Бесколлекторный двигатель с энкодером и понижающая зубчато-ременная передача
    • Ось вращения параллельна оси X и лежит в плоскости рабочего стола.
    • В самом столе - своеобразная выемка для того, чтобы закреплять в поворотной оси крупные детали типа "диск" и типа "цилиндр"
    • В основе - Два больших упорно-радиальных подшипника
    • Сквозное отверстие в патроне для работы с длинномерными заготовками
    • Задняя бабка устанавливается при необходимости на рабочий стол, самоцентруется и самозакрепляется заходя в пазы
  • Каретка инструмента - прямоугольная коробка внутри оси X
    • Многофункциональная рабочая головка c фиксированными узлами
      • Места для крепления токарных резцов
      • Фокусирующие линзы лазеров CO2 и ПП (конечные звенья "летающей оптики") Возможно, гальво для отклонения лучей (достаточно, видимо, по одной координате) зеркалом (для SLS и гравировки)
      • Система подачи СОЖ, воздуха, продувки оптических элементов
      • Видеокамера и система подсветки
      • Лазерный указатель места обработки
      • Система определения высоты верхней грани заготовки
      • Входное отверстие пылесоса (для не допускающих воды материалов)
    • Место для быстросменных узлов (тяжелых), к которым относятся
      • Шпиндельный узел (бесколлекторный двигатель с энкодером) (ядро)
      • Электрододержатель OpenECM/OpenEDM (ядро)
      • Система дозирования порошков с отражателем (периферия)
      • Головка FDM (периферия)
      • Плазменная головка (периферия)
      • УЗ головка (периферия)
      • Гидроабразивная головка (периферия)
      • Произвольный пользовательский инструмент
  • Рабочий стол
    • Представляет собой прямоугольную коробку с Т-образными пазами и нанесенной сверху сантиметровой сеткой
  • Станина
    • Система фильтрации и рециркуляции СОЖ
    • Место для компрессора, чиллера, электроники, ЗИП
    • Защита от вылета СОЖ и стружки из зоны обработки
    • Представляет собой прямоугольную коробку

Заметки:

  • Именно такая компоновка обеспечивает минимальное плечо рычага при деформации координатного механизма силами резания. Проверена на примере большого металлообрабатывающего станка.
  • Жесткость машины должна обеспечивать уверенную токарно-фрезерную обработку пластика, дерева, цветных металлов. Для черных металлов и твердых сплавов использовать абразивные и электрические методы обработки.
  • Максимальные требования по скорости осей XY предъявляет FDM печать.
  • Максимальные требования по скорости оси Z предъявляет отвод инструмента при фрезеровании глубоких отверстий и пазов.
  • Все пять двигателей должны быть одинаковыми (бесколлекторный двигатель с энкодером и возможностью водного охлаждения из компонентов электромагнитного конструктора FreeGO).
  • Винты М8 - М16
  • Возможен вариант осей с гидравлическими приводами
  • Оптический датчик высоты и диаметра (формы) инструмента
  • Удобная смена режущего инструмента
  • Система удаления отходов без участия оператора (она же система очистки фильтра СОЖ) - конвейер в обработчик твердотельного мусора
  • Возможность установить катушку и ушко для намотки проволоки или волокна на что-то)
  • Автоматическое отключение и защита от разных видов отключений питания
  • Выдув пыли из направляющих

Полимеры

  • Термопластавтомат/экструдер
  • FDM-3D-принтер
  • Электроспиннинг
  • Дробление полимеров
  • Синтез полимеров

Металлургия

  • Получение металлов, сплавов, их гранул и порошков
  • Модульная печь для термообработки, порошковой покраски, грубого литья
  • Индуктор
  • Доработка экструдера/термопластавтомата для работы с металлами (литье, экструзия профиля, проволоки)
  • Порошковая металлургия
  • Керамика и эмали
  • Стеклодувные и кварцевые работы
  • Гидравлический пресс
  • Нанесение изоляции на проволоку
  • Нанесение фторопластовых покрытий (тефлон)

Электротехнологии

  • Сварка
  • Электрохимия
  • Электроэрозия
  • Плазма
  • Электро-и трибостатическая порошковая окраска
  • Гальванические работы

Оптика

  • Оптика
  • ПП лазер
  • CO2 лазер (40 Вт, линза с фок. расст. 63,5 мм с воздушным соплом)
  • SLS-3D принтеры
  • Фото, видео, бработка изображений
  • Дигитайзер
  • Спектрометр

Микро и нано

  • Магнетрон и распыление с ним
  • Электронные и ионные лучи
  • Литография
  • Полупроводники
  • Микроманипулятор
  • Электронная микроскопия
  • Зондовая микроскопия

Micronano.png

Элементарные частицы

  • Ядерные реакции
  • Камера Вильсона
  • Ускорители и детекторы
  • Масс-спектрометр

Elch.png

Периферия (строится при помощи ядра, но не нужна для его репликации)

  • Податчик длинномерного материала с тремя роликами
    • Возможность плавно прогонять через электрохимические калибры или индукционную (ТВЧ) закалку длинномерные заготовки
    • Обработка длинных и подаваемых с ленты материалов и профилей
    • Он же - станок для гибки металлических профилей
  • Гибочное приспособление для металла и с подогревом - для пластика

Расходные материалы

  • Материалы
  • Реактивы
  • Минералы

Mrm.png

Программное обеспечение

Основными программными инструментами в OpenFabLab 1.0 являются FreeCAD и Jupyter (ранее известный как IPython).

Freecad jupyter.png

Предполагается добавление во FreeCAD следующих функций:

  • Подготовка управляющих программ для ЧПУ и управление станком
  • Быстрое конструирование из блоков FreeGO как в LDD или LeoCAD
  • Работа с фотодигитайзером OpenFD
  • Физическое моделирование (Algodoo/Blender/Elcut/TPT)

В проекте используются микроконтроллеры под управлением MicroPython. Это позволяет использовать один и тот же язык и интерфейс (Jupyter) для программирования ПК и МК, что упрощает освоение системы начинающими, освобождает от необходимости установки и освоения лишнего ПО и переключения между разными IDE.

Web-сервисы

  • Навигатор по научно-техническим знаниям для эффективного обучения
  • Банк 3D моделей и технологий для расширения системы
    • Модели и технологии OpenFabLab
    • Модели и технологии OpenFab
    • Модели и технологии FreeGO
  • Площадка для сетевых НИОКР

Компоновки

Система может быть развернута в нескольких компоновках в зависимости от наличия места и условий для работы.

Стол

Стартовая минималистичная компоновка для работы в жилом помещении "без шума и пыли" на рабочем столе.

Table.png

Угол

Компактная звуко-, пыле- и влагоизолированная компактная мастерская с вытяжкой в углу комнаты. Включает в себя много ячеек для хранения и средних размеров координатный станок вертикального типа.

Room.png

Комната

Мастерская для тех, кому есть где развернуться.

Химический состав ядра

Базовые элементы: Fe, Cu, Sn, Si, C, O, N, H, Na, Cl

Типичные источники элементов
Материалы Элементы
Металлолом Fe, Cu
Печатные платы и провода Cu, Sn, Si, C
Песок, кварц, кварциты, кремень, полевые шпаты, силикаты и алюмосиликаты Si, O
Стекло Si, O, Na
Вода O, H
Соль Na, Cl
Воздух O, N
Органика С
Уголь С
Касситерит Sn, O
Прочие руды Fe, Cu, Sn, Si, O, Na, Cl

Базовые материалы (получаемые из базовых элементов):

  • Металлы
    • Железо в т.ч. для железо-воздушных и натрий-железо-хлорных аккумуляторов (если такие есть)
    • Сталь
    • Чугун
    • Ферросилиций
    • Медь
    • Олово
    • Бронза
    • Баббит 90 % Sn, 10 % Cu;
    • Натрий
  • Оксиды
    • Олова - для прозрачного проводящего покрытия, абразивов, анодов, полупроводник
    • Меди - как полупроводник
    • Кремния - кварц, стекло
    • Железа - ферриты, память
  • Хлориды
    • Олова - для металлизации пластиков
    • Натрия - для электрохимической обработки
  • Карбиды
    • Кремния - нагреватель, полупроводник, светодиод
  • Кислоты
    • Соляная
    • Азотная
  • Основания
  • Едкий натр
  • Аммиак
  • Органика
    • Полимеры
    • Кремнийорганические соединения
    • Растворитель
    • Смазочный материал

См. также

Предыдущие эскизы

Личные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты