Samogradnja teleskopa, s obzirom da je cena gotovog proizvoda jeftinija od pojedinačnih komponenti, danas je dovođena pod veliki znak pitanja. Velika preciznost i dobar estetski izgled teško se mogu postići upotrebom neprofesionalnih alata.

Teleskopi Newtnovog tipa koji se nalaze na tržištu uglavnom su optimizovani za vizuelna posmatranja ili astrofotografiju, a cena im je veoma pristupačna. Uprkos svim argumentima koji su na strani kupovine gotovog proizvoda, pojava 3D štampača ipak nam otvara mogućnost da se istraže još neki aspekti samogradnje i konstrukcije teleskopa. Preciznost 3D štampača koji je u rangu kućnog proizvoda dostiže 0.1mm, što je sasvim dovoljno za izradu mehaničkih komponenti. Njutnovi teleskopi danas su optimizovani za astrofotografiju ili za vizuelna posmatranja, što zavisi od njegove svetlosne moći, izbora veličine sekundarnog ogledala i tipa montaže. Tako sam došao na ideju da napravim teleskop pomoću 3D štampača koji bi mogao biti dobar za vizuelna posmatranja ali i za astrofotografiju. 

Odlučio sam se za teleskop sa ogledalom prečnika 200mm i žižne daljine 1000mm. Pre nego što sam pristupio izradi teleskopa postavio sam nekoliko zahteva koji teleskop mora da ispuni:

1. Teleskop mora imati manju masu od oko 6kg kako bi se mogao montirati na EQ3 montažu.
2. Teleskop mora biti rasklopiv kako bi zauzimao minimalno mesta pri transportu.
3. Nakon sklapanja teleskopa, kolimacija mora biti idealna ili se mora minimalno korigovati.
4. Deformacije teleskopa u bilo kom položaju moraju biti minimalne.

Za izradu 3D modela koristio sam program FreeCAD koji se može besplatno preuzeti sa interneta. S obzirom na veličinu platforme za štampanje 3D štampača kojim sam raspolagao (Slika 1), delovi su morali biti konstruisani u segmentima. 

Slika 1. Štampač Creality Ender 5 Pro, sa dimenzijama platforme 220mmx220mm i maksimalnom visinom odštampanog dela 300 mm. 

Program za izradu 3D modela koji sam koristio vrlo je jednostavan jer ima ugrađene alate za konstrukciju osnovnih geometrijskih oblika: valjak, kocka, kupa itd. Program nudi jednostavne operacije sa skupovima pa se formiranjem unije i preseka lako konstruišu složeniji oblici. Translacija i rotacija formiranih oblika dodatno nam pruža mogućnost za konstrukciju i postavljanje geometrijskih formi na željeno mesto. Ovde ponekad moramo koristiti trigonometrijske funkcije radi proračuna preciznog položaja odgovarajućih delova. Kompletan model konstrukcije teleskopa koju sam uradio u gore pomenutom programu prikazan je na Slici 2.

Slika 2. Teleskop konstruisan u programu FreeCAD. 

Donji deo nosača optike (Slika 3.A) je konstruisan u varijanti od po 3 segmenta jer su ukupne dimenzije prevazilazile veličinu platforme 3D štampača. Na segmentu prikazanom na Slici 3.A.1 predviđen je nosač PC ventilatora dimenzija 6x6 cm što unosi mogućnost termalne stabilizacije ogledala. Obično se na teleskopima termalna stabilizacija može postići postavljanjem ventilatora tako da duva direktno u zadnju stranu ogledala, što nije idealno rešenje jer se oko centralnog dela na prednjoj strani ogledala formira sloj vazduha koji se tu i zadržava. Efektivnije hlađenje postiže se usmeravanjem toka vazduha koji struji neposredno iznad ogledala u pravcu normalnom na osu ogledala. Detaljna analiza problema termalne stabilizacije primarnih ogledala amaterskih Njutnovih teleskopa može se naći u časopisu Sky and Telescope (Januar 2002). 

Slika 3. Delovi teleskopa u standardnom formatu pripemeljenim za 3D štampu. 

Gornji deo nosača optike (Slika 3.B) takođe je konstruisan u tri segmenta. Segment prikazan na Slici 3.B.3 je predviđen za montažu fokusera koji sam takođe osmislio u programu FreeCAD i prikazan je na Slici 4. 

Slika 4. 3D model fokusera koji se može montirati na segment prikazan na slici 3.B.3. 

Segment (3.B.3) sam napravio i u varijanti za priključak metalnog fokusera sa zupčastom letvom otvora 1.25“ (Slika 5) koji se može nabaviti putem internet trgovine. U principu, konstrukcija ovog segmenta se može prilagoditi različitim tipovima fokusera modifikacijom postojećeg u programu FreeCAD. Takođe postoji mogućnost da se napravi adapter za DSLR foto aparat na samom segmentu, čime se može sniziti fokus i povećati korisno vidno polje sa sekundara. 

Slika 5. A) Izgled segmenta prikazanog na Sici 3.B.3 prilagođenog za standarni fokuser od 1.25” sa zupčastom letvom; B) Izgled odštampanog segmenta sa montiranim fokuserom. 

Pauk (Spider) je konstruisan tako da se pričvršćuje sa četiri šrafa za gornji segment (Slika 3.C.1). Na centralnom delu su napravljene 4 rupe za uvrtanje inbus šrafova za centriranje sekundarnog ogledala. Nosač sekundarnog ogledala je napravljen kao presek valjka i paralelopipeda pod uglom od 45˚ sa  centralnom rupom za uvrtanje inbusa (Slika 3.C.2).

Nosač primarnog ogledala je napravljen tako da se ogledalo pričvršćuje sa 6 inbus šrafova pomoću stezača takođe pripremljenim u programu FreeCAD (Slika 3.C.3). Sa donje strane nosač primarnog ogledala ima 3 rupe predviđene za šrafove koji služe za kolimaciju ogledala.  

Delovi prikazani na Slici 3.D predviđeni su za ojačanje konstrukcije kako bi se smanjila torzija teleskopa. Ovi delovi nisu neophodni ukoliko se teleskop koristi za vizuelna posmatranja, međutim za astrofotografiju će uticati na poboljšanje kvaliteta slike na dužim ekspozicijama.  

Svi delovi teleskopa su štampani na 3D štampaču Creality Ender 5 Pro, od materijala PLA debljine 1.75 mm crne boje istog proizvođača, pri čemu je utrošeno manje od 2kg materijala. Popunjenost štampe je bila podešena na 30% sa debljinom zidova od 1.2 mm. Ovim je postignuta ušteda materijala ali ne i gubitak na čvrstini jer se popunjavanje vrši u mrežastim strukturama koje dodatno ojačavaju štampu. Svaki sloj je bio štampan u debljini od 0.1 mm. Pri generisanju standarnog formata za 3D štampu uzete su opcije za veoma finu završnu obradu. Pri ovakvim podešavanjima ukupna dužina štampanja je očekivano duga i iznosila je za sve delove ukupno oko 430 sati! 

Odštampani delovi koji su sklopljeni prikazani su zajedno sa tražiocem i aluminijumskim profilima na Slici 6. Segmenti su spajani pomoću prohromskih inbus šrafova (Slika 6.A). Praktično, za sklapanje svih komponenti potrebni su standardni inbus ključevi. Za spajanje gornjeg i donjeg dela nosača optike korišćeni su evropski standardni aluminijumski profili 2x2020 (pomoćni) i 1x3030 (noseći). Gornji i donji deo teleskopa su pričvršćeni za aluminijumske profile pomoću kliznih matica, čime je postignuta mogućnost veoma precizne translacije gornjeg ili donjeg dela bez narušavanja prethodno nameštene kolimacije (Slika 6.(B, C)). Translacijom gornjeg dela može menjati rastojanje između primarnog i sekundarnog ogledala čime se utiče na položaj fokusa i stepen osvetljenosti celog vidnog polja.  Ukupna širina vidnog polja koja se može zahvatiti ovim teleskopom je 1˚18’.  

Slika 6. Izgled teleskopa: A) spremnog za sastavljanje ; B,C) sastavljenog i spremnog za montiranje; D) sklopljen i spakovan u kutiju. 

Transport teleskopa vrši se pakovanjem u kutiju koju sam napravio od šperploče (Slika 6.D). Ova kutija nakon sklapanja teleskopa može se koristiti za sedenje ili postavljanje laptopa u toku posmatranja.

S obzirom na postavljene zahteve u izradi 3D modela teleskopa i finalni proizvod, mogu se izvesti neki zaključci. Zahtev za ukupnu masu teleskopa je ispunjen jer ona ne prelazi 6 kg (Tabela 1) tako da se može montirati na EQ3 montažu. 

Tabela 1.

Deo teleskopa	Masa [g]
Donji deo sa primarnim ogledalom i ventilatorom	2665
Gornji deo sa sekundarnim ogledalom i pravljenim fokuserom	833
Ojačanje (3 komada)	257
Tražilac sa nosačem tražioca	437
Alu profili dužine 1m (2xEU2020 i 1xEU3030)	1634
Ukupna masa	5826

 

Teleskop je rasklopiv i lako se pakuje u kutiju za transport.

Sve rupe predviđene za šrafove za montažu su unapred bile nacrtane na 3D modelima tako da je preciznost 3D štampe obezbedila da se svi alu profili montiraju sa šrafovima koji savršeno stoje pod pravim uglom. Ovim je obezbeđeno da se teleskop veoma lako i brzo sklapa a da kolimacija teleskopa ostane stabilna pri višestrukim sklapanjima i rasklapanjima. Što se tiče deformacije teleskopa, prvenstveno torziona deformacija, mininizirana je uvođenjem tri segmenta za ojačanje. U praksi, kvalitet teleskopa u smislu stabilnosti fokusa i torzionih deformacija ostaje da se testira pri izradi astrofotografije.

S obzirom da se ovde radi o izradi prototipa teleskopa, korišćen je najjeftiniji materijal za štampu, a to je PLA. Najveća mana ovog materijala je njegova slaba termalna i UV stabilnost. Naime ovaj se materijal trajno deformiše čak i pri vrlo kratkom i direktnom izlaganju sunčevom zračenju. U tom smislu teleskop se ne sme sklapati na suncu, što i nije neki problem s obzirom da se teleskop koristi samo noću. Sa druge strane, sasvim slučajno, ispostavilo se da PLA materijal ima najbolje mehaničke karakteristike u odnosu na druge plastične materijale koji se mogu koristiti, npr. ABS, PET-G itd. Naime PLA u odnosu na druge materijale pruža najveći otpor na kidanje i elestične deformacije u svom radnom temperaturnom opsegu od -10˚ do 50˚ C. Prednost PLA materijala je takođe što je on biorazgradiv i nema štetnih isparenja pri štampanju.

Inače teleskop je testiran u procesu izgradnje za vizuelna posmatranja pri čemu se pokazao kao odličan astronomski instrument. Nakon ovog testiranja dodata su ojačanja za torziju (mada se pri upotrebi za vizuelna posmatranja nije primetilo da teleskop trpi deformacije uvrtanja) i napravljen je segment za gornji deo teleskopa na koji se može montirati metalni fokuser sa zupčastom letvom od 1.25”. Pri izradi ovog segmenta sasvim dobra preciznost je postignuta i sa štampom u slojevima od po 0.2 mm. Ovim se može sniziti ukupno vreme štampanja za oko 40%, s obzirom da se i dalje nosači primarnog i sekundarnog ogledala moraju štampati sa maksimalnom preciznošću, u slojevima od po 0.1 mm. Ono što prevazilazi okvire trenutnog procesa ove samogradnje, a ostaje kao mogućnost za unapređenje konstrukcije jeste upotreba drugih materijala za štampu kao i eventualna aktivna termalna kontrola istezanja aluminijumskih profila radi stabilizacije fokusa.