Honzíkovy vláčky

DIY – Výroba malé vrtačky s využitím 3D tisku

Autor: Jan Hlaváček Vydáno: 1.7.2024

Před necelým rokem jsem na YouTube objevil návod od Kendina Yapa na amatérskou výrobu malé vrtačky, primárně určenou pro vrtání otvorů do desek plošných spojů. Inspirující byla především výroba převážné většiny dílů metodou 3D tisku. V průběhu doby jsem objevil celou řadu dalších návodů na malé vrtačky, ale stále jsem se vracel ke konstrukčnímu řešení nabízenému Yapem, byť mi bylo jasné, že pro zamýšlené univerzálnější využití vrtačky bude nutné do jeho řešení zasáhnout. Významně v tom pomohl Jirka Šafář (Miniatur). 

  Najít seznam dílů, které bude třeba vytisknout a dalších dílů, které bude třeba dokoupit, a podrobný návod montáže nebylo zase až tak složité. Kdo nechce ztrácet čas hledáním na YouTube a jinde, může kliknout ZDE. Otevře se mu portál ozn. Printables, za kterým stojí společnost PRUSA (česky Průša). Jelikož „dílo“ (vrtačka), jehož autorem je Kendin Yap, podléhá licenci Creative Commons (4.0 Mezinárodní licence), při jeho prezentaci je nutné uvést původ a nemá být využíváno komerčně. Je ovšem povoleno tzv. remixování, tj. upravování. Těchto podmínek využívám.

  Naše úprava vrtačky dle návodu Kendina Yapa spočívá v rozšíření jejích  užitných vlastností, tj. především zvětšení vertikálního zdvihu vrtací hlavičky, zvětšení rozsahu upínaných vrtáků, zvýšení výkonu motorku a pokud možno eliminaci výrobních nepřesností některých čínských dílů. Cílem bylo rozšířit možnosti vrtání drobných součástek či dílů při modelaření. Autor totiž svoji vrtačku vyvinul (a také to tak deklaruje) pro relativně úzký účel – vrtání otvorů v deskách plošných spojů, což de facto vyžaduje stále stejný průměr vrtáku a stačí velmi malý zdvih vrtací hlavičky. 

Obr. 1 – Upravená vrtačka dle původní koncepce Kendina Yapa

.

  S notně omezenou znalostí konstrukce drobných dílenských přístrojů a malými zkušenostmi 3D tisku se hned úvodem hluboce skláním před dokonalostí a promyšleností Yapova řešení. Vhodná kombinace a současně přizpůsobení vytištěných dílů profesionálním a komerčně dostupným dílům z čínské produkce (konkrétně mám na mysli vozík k 3D tiskárnám s lineárním vedením, vysokootáčkový motorek na 12 V nebo upínací hlavičky vrtáků) je vskutku dokonalé. I po úpravě, o které se zmíním níže, mi vrtačka splňuje všechny požadavky, které jsem očekával. 

_____________________________________________
DIY je zkratka z anglického do it yourself, tedy udělej si sám.

.

TIP: a) dva vozíky s vedením délky 100 mm jsou snad nejdůležitější součástí vrtačky. Zajišťují přesné svislé vedení skříně výtahu, vč. držáku s motorkem a vrtací hlavičkou bez výkyvů do stran. Právě 100mm délka vodicích lišt nebyla jeden čas na trhu dostupná. Lze ji samozřejmě nahradit lištami delšími (např. 150 mm). Upínací otvory pro šrouby odpovídají, ale zapomeňte na jejich řezání pilkou na železo apod. Ocel zdárně odolává i malému diamantovému kotouči. Odříznout přebývající kus vedení je obrovská fuška a bez dokonalého řezacího kotouče se to nepovede;

TIP: b) ještě větší svízel spočívá v nebezpečí vysunutí lišt z vedení ve vozíku – tím je zaděláno na velký problém, protože se vysypou droboučké ocelové kuličky lineárního ložiska; skládal jsem je zpátky dvakrát – pokaždé snad hodinu! 🙂

Obr. 2 – Vozíky pro 3D tiskárny s lineárním vedením přišroubované zezadu k držáku motorku (díl 12); mezi nimi je přišroubováno a přilepeno přímé ozubení (díl 11)

.

 

2. Univerzální napájecí adaptér – AC 110-240 V DC 12 V – výkon cca 2 A (podle použitého motorku); běžně dostupné v prodejnách s elektrotechnikou;

3. Koncový spínač 3pin KW11-3Z; Micro Switch; běžně dostupné v prodejnách s elektrotechnikou;

4. Vertikální DC napájecí konektor Jack Pro 5,5 x 2,1 mm; Jack Socket (5.5 X 2.5 mm);  běžně dostupné v prodejnách s elektrotechnikou;

5. Kolébkový vypínač; Rocker button: běžně dostupné v prodejnách s elektrotechnikou;

6. Kabely; 16AWG Silicone Cable: běžně dostupné v prodejnách s elektrotechnikou;

7. Kuličkové ložisko 10x15x4 (2x);  ball bearing (2 qty); vhodné nakupovat na čínském e-tržišti kvůli snadné dostupnosti a bezkonkurenčně nízké ceně; 

8. Pružina (2x); Spring (L:35 mm, Wire: 0.5mm, Diameter: 6 mm); 

TIP: vhodné nakupovat na čínském e-tržišti kvůli snadné dostupnosti a bezkonkurenčně nízké ceně; v určité toleranci se dají obdobné pružiny občas koupit např. i v prodejnách Hornbach (L – 37, průměr 7 mm). Pozor: průměr pružiny nesmí být větší než 7 mm, protože by neprošly otvory ve skříni, mohou být o několik milimetrů delší. Kupodivu pružiny (jejich tuhost) mají stěžejní vliv na funkčnost vrtačky.

9. Šrouby závitořezné; Screws (M2,2 – 2,3); běžně dostupné;   

10. Šrouby IMBUS M3, různé délky; imbus bolt: běžně dostupné;

11. Matice M3 (autor je v přehledu neuvádí); běžně dostupné;

12. Hobby motor –

TIP: motor dle návodu Yapa je hobby motor DC 370 380 12V 24V; ten jsme však vyměnili za motor nesoucí označení 12V 6000RMP (zakoupeno na čínském e-shopu); má průměr 30 mm, výšku 55 mm, osa má cca 15 mm. Tento motor má sice nižší otáčky, ale větší výkon. Pro jeho instalaci se však musí přizpůsobit díl držák motoru (12). 

13. TIP: Také mini vrtací sklíčidlo pro vrtáky 0,5 – 3,2 průměr otvoru 2,35 mm bylo vyměněno za kvalitnější a nepatrně větší typ s možností upínání vrtáků prům. 0,3 – 4,0 mm. Upínací hlavička se nasazuje na samostatný vodící trn s kuželovým osazením. Původní hlavičky nevynikají velkou výrobní přesností (tolerance otvoru a trnu). Hlavním problém je, že po instalaci „hází“. Nelze s nim provádět přesné vrtání, zejm. ne vrtáky malých průměrů. Ne že by námi použitá hlavička odpovídala „švýcarské kvalitě“, ale „házení“ je snesitelné. 

TIP: Použití nového motoru vyžaduje kvůli jinému průměru osazení čela upravit otvor v dílu držák motoru (12) a v dílu tepelná izolace motoru (10) (viz dále).

.

K provozu vrtačky budou dále potřeba: 

– sada vrtáků (podle potřeby),

– svěrák (podle potřeby), případně podložky z tvrdého dřeva

.

B. Díly vytištěné na 3D tiskárně 

  Tisk dále uvedených dílů lze realizovat na běžné 3D tiskárně s tavným vláknem. Autor (na YouTube), ale i firma PRUSA (na webu Printalbles – ZDE) uvádí nejen soubory .stl, které si tam lze stáhnout a z nich tisknout, ale i detailní materiály vláken pro tisk jednotlivých dílů. Ani jedno, ani druhé nepovažujeme za nutné zde opisovat. V této souvislosti upozorňujeme i na dokonalou video dokumentaci montáže publikovanou autorem na YouTube. 

Soubory .stl pro 3D tisk vrtačky jsou tyto: 

1. 3D-BD-Adjustment Wheel (točítko upínacího šroubu výtahu).stl

2. 3D-BD-Arm (páka posunu výtahu).stl

3. 3D-BD-Arm-Part (koncovka páky posunu).STL

4. 3D-BD-Body-Left (levý díl skříně výtahu).stl

5. 3D-BD-Body-Right (pravý díl skříně výtahu).stl

6. 3D-BD-Cable-tube-part (chránič kabelů).stl

7. 3D-BD-Elevator-Column (sloup výtahu).stl

8. 3D-BD-Elevator-Column-Top-Part (horní koncovka sloupu výtahu).stl

9. 3D-BD-Foot (podstavce 4ks).stl

10. 3D-BD-Heat-Insulation-Part-For-Motor (tepelná izolace motoru).stl

11. 3D-BD-Linier-Gear (přímé ozubení).stl

12. 3D-BD-L-Motor-Mount (držák motoru).stl

13. 3D-BD-Main-Board (základová deska).stl

14. 3D-BD-Shaft (hřídel).stl

15. 3D-BD-Socket Holder (držák konektoru Jack).stl

16. 3D-BD-Spur Gear (ozubené kolo).stl

17. 3D-BD-Support-Part (podpěra sloupu výtahu).stl

  K jednotlivým dílům výše uvedeného přehledu uvedeme několik poznámek, zejm. pokud jde o jejich úpravu event. nutné překreslení s ohledem na úpravu vrtačky, o které píšeme.

  Točítko upínacího šroubu výtahu (1). Jeho průměr je 20 mm, délka 32 mm, povrch je vroubkovaný, aby šel šroub M3 zalepený v jeho středu dostatečně silně utáhnout. Šroub M3 musí vystupovat min. 17 mm z čela, jinak nepůjde ve výtahu utáhnout. Šroub M3 doporučujeme ve středu točítka zalepit kvalitním dvousložkovým epoxidovým lepidlem (UV lepidlo nejde v hloubce vytvrdit). Řešení je více.

  Páka posunu výtahu (2), na kterou se nasazuje koncovka (3), má ve spodní části oválný otvor, který pasuje s osazením na hřídeli (14). Páka je chytře koncipována pro nasazení na pravou nebo levou stranu vrtačky podle toho, jestli je obsluha pravák nebo levák. Páka nemá aretaci proti uvolnění z hřídele, což je naopak výhoda při odstavení vrtačky. Na náš vkus by ale možná bylo lepší, kdyby otvor a hřídel měly tvar osmihranu, ne-li mnohohranu.

Obr. 3 – Páka posunu výtahu (díl 2) se volně nasazuje na hřídel (díl 14). Leváci si hřídel jednoduše přesunou na druhou stranu. Oválný otvor pro nasazení páky je zřetelně vidět. Poloha páky se musí definovat ještě před sešroubování obou dílů skříně výtahu

.

  Dvoudílná skříň výtahu (4) a (5) má část levou a pravou. Při montáži skříně a všech souvisejících dílů (např. koncového spínače a dalších) je vhodné postupovat přesně podle návodu. Ušetří to čas a zbytečnou práci. Např. nechat si nasazení a fixací pružin až na konec montáže bude vyžadovat hodně kumštu a trpělivosti.

Obr. 4 – K vozíku je přišroubován první díl skříně výtahu (díl 5), ve kterém už je instalován koncový spínač (3)

Or. 5  – Do otvorů v bocích skříně je nutné instalovat kuličková ložiska (10x15x4)

Obr. 6 – Následuje vložení hřídele (díl 14) s nasazeným ozubeným kolem (díl 16)… 

Obr. 7 – …a přiklopení druhé půlky skříně a její přišroubování k druhému vozíku. Při této operaci je potřeba nastavit polohu páky (díl 2)

. 

  Chránič kabelů (6) je hodně nadbytečná součástka. Nemá pochopitelně vliv na funkčnost ani bezpečný provoz vrtačky. 

  Sloup výtahu (7) definuje manipulační vertikální výšku možného vrtání. V původním provedení (vrtačka pro otvory do DPS) není co řešit. Vše je pro tento účel vymyšleno dokonale. Jen výměna vrtáčků chce trošku zručnosti (pod hlavičkou není pro tento úkon dost místa). 

TIP: Naše řešení vrtačky spočívá ve zvednutí celého sloupu výtahu (7) nad základovou desku (13) o 50 mm. K tomu byl vytištěn nový díl (na obr. 9, 10 a 11). Rozměrově vychází z půdorysu dna sloupu (7) a podpěry sloupu výtahu (17). Mezi patkami dna sloupu a základovou deskou (13) jsou čtyři dlouhé šrouby M3 stažené matkami (přes podložky), resp. závitové tyče.

TIP:  Druhá možná úpravy sloupu výtahu (7) spočívá v proříznutí, resp. propilování manipulační štěrbiny pro upínací šrouby výtahu (1). Jde o to, že prodloužení této mezery o cca 15 mm umožní celkově větší rozsah posunu skříně výtahu. Samozřejmě, tuto úpravu lze uskutečnit už na výkresu příslušného souboru .stl (7) ještě před tiskem dílu. 

  Horní koncovku sloupu výtahu (8), ve které je instalovaný vypínač, je vhodné v lůžku sloupu přilepit až po dokončení elektrické instalace.

Obr. 8 – Horní koncovka sloupu výtahu s vypínačem

.

  Tisk čtyř podstavců (9) jsme zcela vynechali, protože jsme pod základovou desku (13) použili mnohem lepší tzv. gumové zarážky dveří (prům. 20 mm, výška 10 mm), které prodávají v Hornbachu. Jsou měkké, pružné a vrtačka neklouže po stole.

  Za důležitou považujeme zmínku o dílu tepelná izolace motoru (10), který by se měl tisknout z odolného plastu ABS nebo ASA – pokud samozřejmě ona podložka nebude vyrobena z ploché teplu odolné fólie. Jde o to, že všechny vytištěné díly jsou odolné jen do teploty okolo 50° (PLA) resp. 90/100° (ASA/BSA). Při delším užívání vrtačky se může motorek zahřát a proto je nutné toto teplo izolovat od kontaktu s dílem držák motoru (12).

  Z montáže vrtačky vyplynul poznatek, že díl přímé ozubení (11), nestačí na určeném místě na rubu držáku motoru (12) fixovat pouze dvěma plánovanými závrtnými šroubky M2,2. Aby se ve střední části ozubení neprohýbalo, po celé ploše jsme ho přilepili „černou gumou“.

  Z obou stran přímého ozubení se přišroubují imbus šroubky M3 lišty (vedení) vozíku. Opakovaně připomínáme opatrnost, aby lišty nevypadly z ložiska a nevysypaly se kuličky. Matice M3 zapadnou do přesně vytištěných otvorů. Nic proti ničemu není jejich pojištění kapičkou vteřiňáku.

  Předposlední poznámka se týká nasazení ozubeného kola (16) na hřídeli (14) v ložiscích instalovaných do pravého a levého boku skříně. Pokud jde o nasazení ložisek do stěn skříně, problémy jistě nevzniknou. Pokud pojmete nápad, že ložiska budou ve svých otvorech fixována vteřiňákem, nic proti tomu. Taky jsme to tak pro sichr udělali. Ale až úplně nakonec po jejich doklepnutí na místo a jen kapičkou lepidla – a hlavně bacha na zatečení lepidla mezi kuličky ložiska. 

  Více přemýšlení to chce při nastavení ozubeného kola (16) do záběru s přímým ozubením (11). Vzhledem k velkému modulu ozubení je přestavení jen o jeden jediný zub dost znát na poloze páky. Vhodnou polohu páky je dobré si vyzkoušet. Několikrát. Pak je teprve vhodné skříň sešroubovat. 

  Poslední poznámka se týká základové desky (13). V původním provedení je základová deska opatřena otvorem pod vrtákem (tak se to u vrtaček dělá), ale také podélnými mezerami pro uchycení přesného dílenského svěráku. No, jestli to někdo využije, těžko říct… To není až tak podstatné. 

  Podstatnější z naší zkušenosti je, že tisk desky, která má celkové rozměry 150 x 180 mm a plánovanou tloušťku 20 mm, byla pro tiskárnu pěkná „kláda“, zvl. když zespodu není vyprojektováno odlehčovací a současně zpevňovací žebrování. Deska se dokonce při tisku prohýbala (nejspíš teplem), takže byla vytištěna jen v tloušťce 10 mm. 

  Výsledkem je, že deska není zcela stabilní, mírně se prohýbá při záběru vrtáku skrze pohyb páky. To je pochopitelně i vinou zvětšené síly na páce v důsledku zvednutí stojanu o 50 mm. Vyzkoušíme proto řešení spočívající ve vytištění podpůrné desky, která bude mít ono žebrování a jež bude zespodu přilepena epoxidovými lepidlem k základové desce. To by ji mělo učinit stabilnější. Anebo záměnou tištěné desky deskou z pertinaxu. 

Obr. 8 – Elektrické zapojení vrtačky podle autora  je účelné. Vypínač není nezbytný jen pokud je tento  též na DC napájecím adaptéru. Naopak koncový třípinový spínač je užitečný, protože v režimu „zapnuto“ zajistí roztočení motorku v okamžiku, kde se pohne s pákou posunu skříně výtahu

.

Závěrem

  Ve spodní poloze skříně výtahu je mezi vrtací hlavičkou a plochou základové desky vzdálenost 55 mm, v horní poloze pak 90 mm. Z horní polohy lze pákou stáhnout vrtací hlavičku až 25 mm nad základovou deskou. Samozřejmě, toto měření bylo provedeno bez vrátků. Jejich instalace do hlavičky je ale snadná, místa je tam dost.

  Nutné zdůraznit k eventuální kritice, že vrtačka zhotovená 3D tiskem de facto z plastových dílů nemůže mít stejné pevnostní a tudíž i užitné vlastnosti jako vrtačka, která má základní funkční díly konstruované z ocelových či jiných kovových dílů. To je třeba mít na vědomí. V modelářské práci je ale bezpočet situací, kdy jednoduchá „plastová“ vrtačka bohatě postačí. Z vlastní modelářské zkušenosti vím, když potřebuji pro svá N-ka něco vyvrtat, že je to obvykle v intervalu průměrů vrtáků od 0,5 do cca 2, maximálně 3 mm. A většinou do plastu, vč. ztvrdlého resinu či epoxydu, měkkého dřeva, příp. mosazeného plechu apod. Nikdy ne do oceli, navíc velkým průměrem vrtáku. Na to mám jiné nástroje. Co je ale užitečné, že s touto vrtačkou nemusím „hlídat“ svislou osu, jako když držím svého Proxxona v ruce. Možná vznikne otázka, proč nepoužívám stojan pro vrtačku Proxxon? No, protože zabírá hodně místa na stole. 

  Jinými slovy – nikomu nic nevnucuji. A panu KendinuYapovi děkuji za dokonalé řešení malé jednoduché vrtačky. Jen tak pro zajímavost, koho to zajímá: Stejný autor zveřejnil obdobnou výrobu dalších hodně užitečných strojků. Stačí zalistovat na jeho webu. 

.

Několik obrázků vrtačky po naší úpravě 

Obr. 9, 10 – Celkový pohled na upravenou vrtačku. Patrný je vložený díl zvedající stojan, který zvětšuje manipulační vertikální výšku možného vrtání. Patrný je i větší motorek i vrtací hlavička

Obr. 11 – Detail vloženého dílu zvyšující vertikální limit

Obr. 12 – Detail umístění vratných pružin

 

Rubrika: DÍLNA, Nápady, Nářadí, ZPRÁVY
Počet přečtení: 2 020 | Tisknout: | Poslat: