MOST RepRap Primer/pt

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  Uma versão MOST Mendel Prusa RepRap - Verão de 2013
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  Delta RepRap MOST - Versão Verão 2014 -- configuração recomendada <$500

A impressora 3D RepRap é uma prototipadora auto - replicante que utiliza um método de fabricação conhecido como modelagem por deposição fundida (FDM) para construir objetos físicos a partir de modelos 3D gerados por computador. Por ser uma tecnologia de código aberto , é acessível a todos os interessados. Usuários e desenvolvedores de tecnologia de código aberto tornam-se parte de uma comunidade global e são incentivados a aprimorar projetos, reaplicar a tecnologia e compartilhar suas descobertas e inovações com essa comunidade.

A impressora RepRap utiliza eletricidade e filamento plástico para produzir objetos. O filamento é semelhante ao usado em roçadeiras (na verdade, algumas pessoas já imprimiram com filamento de roçadeira) e geralmente é feito de ABS ou PLA . O filamento vem em bobinas ou rolos e normalmente é vendido por peso. Dois diâmetros de filamento são comumente usados: 1,75 mm e 3 mm.

Como acontece com toda tecnologia digital, a impressão 3D está repleta de siglas e jargões. Esta não é uma lista exaustiva, apenas uma lista útil dos termos mais utilizados.

Na verdade, não é tão assustador quanto parece. Uma lista de materiais é simplesmente uma lista das peças necessárias.

Um arquivo SCAD é um arquivo criado no OpenSCAD , um software para criação de modelos CAD (desenho assistido por computador) sólidos em 3D. É um software gratuito e está disponível para Linux /UNIX, Windows e Mac OS X. O OpenSCAD pode exportar arquivos STL para impressão.

Um arquivo STL (atribuído à STereoLithography) é um arquivo que descreve uma forma 3D como uma coleção de facetas contíguas (um conjunto de triângulos conectados) e serve como o arquivo 3D fundamental a partir do qual as impressões são feitas.

O código G é um arquivo ASCII que serve como conjunto de instruções para uma determinada impressão. É essencialmente o mapa que leva à obtenção de um objeto impresso, informando à impressora onde e com que velocidade mover os eixos, qual a temperatura ideal para o bico de extrusão e a mesa aquecida, e o que fazer quando a impressão estiver concluída. O código G é o que o controlador da impressora traduz em ação.

O fatiamento é o processo de traduzir um modelo de software 3D (um arquivo STL) em código G. O fatiador (software de fatiamento) faz exatamente o que o nome sugere; assim como uma fatiadora na seção de frios de uma padaria, ele pega uma grande forma 3D descrita por um arquivo STL e a fatia em camadas finas consecutivas na direção z (vertical).

A impressora MOST utiliza o controlador de impressora Melzi . O controlador de impressora é o cérebro do sistema. Ele transforma o código G em ação, gerenciando os motores de passo, monitorando a temperatura do bico extrusor e da plataforma de impressão aquecida, e notificando o usuário sobre o status e erros. Ele depende de um tipo especial de software chamado "firmware". Existem diversas versões de firmware RepRap disponíveis; a impressora MOST utiliza o Repetier . O firmware é escrito em uma versão de C++ projetada para operar com as placas de prototipagem Arduino de código aberto , nas quais o controlador de impressora Melzi é baseado. A maneira mais acessível de configurar o firmware é utilizando o Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) do Arduino.

O controlador da impressora é baseado em uma plataforma eletrônica de código aberto conhecida como Arduino . As impressoras RepRap só se tornaram possíveis com o advento do Arduino; não estaríamos fazendo o que fazemos hoje se não fosse por essa tecnologia excepcional.

A IDE do Arduino é um software usado para desenvolver programas que serão executados no Arduino e em placas baseadas em Arduino.

O firmware é, na verdade, um software. É um programa que roda no controlador da impressora, traduzindo o código G em ações, processando entradas e fornecendo feedback ao usuário. É escrito em C++, portanto é legível por humanos, mas pode ser intimidante para quem não tem experiência. É necessário familiarizar-se com algumas partes do firmware, pois há atualizações regulares e, com maior experiência com a impressora, os usuários desejarão ajustá-la, o que geralmente exige acessar o firmware.

A extrusão é um processo no qual o material é empurrado através de uma matriz para formar uma forma contínua ou semicontínua com uma seção transversal determinada pelo formato da matriz. No caso da impressora RepRap, a extrusão produz apenas um filamento de diâmetro menor, mas, mais importante, aumenta a temperatura do filamento de forma que ele se funda com o filamento depositado anteriormente (daí o nome FDM). O formato do objeto produzido pela impressora é determinado pela trajetória do bico extrusor sobre a plataforma de impressão.

A extrusora da impressora MOST é uma extrusora do tipo Bowden (extrusora Bowden). A extrusora RepRap é composta por duas partes: um hot end e um cold end. O cold end é o mecanismo de acionamento da extrusora, onde o filamento à temperatura ambiente é comprimido entre um rolo texturizado e um rolete guia, sendo então forçado para dentro do hot end. No hot end, o filamento é aquecido imediatamente antes de ser extrudado sobre a plataforma de impressão ou o objeto a ser impresso. Existem diversos designs de componentes de extrusora. A impressora MOST Prusa é projetada para filamento de 3 mm e utiliza um mecanismo de acionamento Wade's; a MOST Delta é projetada para filamento de 1,75 mm e utiliza um mecanismo de acionamento Airtripper. Ambas utilizam um hot end tipo J com um bico de 0,5 mm.

Um cabo Bowden é um cabo flexível envolto por uma bainha (tubo) que permite seu movimento de vaivém e até mesmo certa compressão, já que a bainha impede que ele se dobre. Utilizamos um cabo Bowden para possibilitar a separação entre a extrusora e o hot end. Dessa forma, apenas o hot end precisa ser movido sobre a mesa de impressão, enquanto a extrusora, mais pesada, fica posicionada lateralmente. Isso permite uma impressão mais rápida.

Parafuso fresado: O parafuso fresado é a parte texturizada do acionamento da extrusora. Ele possui dentes que penetram no filamento, de modo que o torque produzido por um motor de passo seja convertido em movimento linear no filamento. (A fresagem é um método de usinagem comumente usado para produzir engrenagens. Todas as engrenagens da RepRap são impressas em vez de fresadas.) A MOST Prusa utiliza um parafuso fresado em sua extrusora Wade.

Engrenagem de acionamento: Uma engrenagem de acionamento faz o mesmo que um parafuso fresado, só que não é um parafuso. A engrenagem de acionamento mk7 é popular e geralmente é o componente que realiza o trabalho no acionamento Bowden do extrusor Airtripper . A impressora MOST Delta utiliza um Airtripper, incluindo sua engrenagem de acionamento mk7.

A roda de pressão lisa é chamada de polia guia. No caso da impressora RepRap, geralmente é um rolamento de skate (608zz ou equivalente). A polia guia é pressionada contra a engrenagem motriz por molas.

O hot end é composto por um aquecedor e um sensor de temperatura (termistor) cuidadosamente agrupados em uma zona de fusão metálica. Ele é aquecido eletricamente e a temperatura é controlada e ajustada com precisão, de acordo com o material do filamento que está sendo extrudado.

O bico é o ponto por onde o filamento extrudado sai da extrusora. Existem dois diâmetros de bico comuns: 0,5 mm e 0,35 mm. É importante observar que existe uma relação entre o diâmetro do bico e a espessura ideal da camada.

A MOST Prusa é baseada em uma Prusa Mendel , que é um robô pórtico ou cartesiano composto por três eixos lineares, x, y e z, cada um acionado por motores de passo controlados individualmente. Os eixos x e y utilizam correias e polias sincronizadas, enquanto o eixo z usa um par de fusos de esferas acionados individualmente. A posição precisa dos eixos é mantida pelo controlador da impressora (que também gerencia as temperaturas) e baseia-se no registro do número de "passos" dados por cada motor após o retorno à posição inicial.

O eixo x da MOST Prusa é montado em torno de peças de plástico preto. Ele é suspenso no eixo z.

O eixo Y da MOST Prusa é montado em torno de peças de plástico branco. Ele é fixado diretamente à estrutura e serve de base para a plataforma de impressão.

O eixo Z da MOST Prusa é montado em torno de peças de plástico amarelo. Esse eixo se move sobre fusos de esferas controlados por um par de motores de passo montados no topo da impressora.

Um motor de passo é um motor elétrico que se move apenas um número fixo de graus por vez e, portanto, pode ser usado para controle de movimento e posicionamento relativamente precisos. O número de "passos" em uma rotação completa é determinado pelo projeto do motor. As impressoras MOST usam motores de 200 passos (1,8 graus); 200 passos são necessários para completar uma revolução de 360 ​​graus.

Os motores de passo podem ser controlados eletricamente para realizar passos fracionários, de modo que um motor de 200 passos possa, na verdade, realizar 800, 1600 ou até mesmo 3200 passos para completar uma revolução. Isso é chamado de micropasso e é utilizado pelo controlador da impressora para aumentar a resolução da impressão. O controlador Melzi está configurado para micropasso de 1/16, portanto, realiza 3200 passos por revolução.

Um interruptor de limite é um interruptor com uma alavanca que é acionada por algo no eixo ao qual está associado, indicando que o eixo atingiu sua posição extrema (inicial). A maioria dos softwares de controle usa essa posição como a origem do espaço imprimível.

O processo de homing consiste em determinar a origem física de cada um dos três eixos. Isso é feito movendo cada eixo até que um interruptor de limite (fim de curso) seja acionado. Esses pontos são então armazenados pelo controlador da impressora, que registra o número de passos no sentido horário e anti-horário. O homing ocorre antes do início de qualquer impressão e é fundamental para o controle de movimento e posicionamento na RepRap.

Uma correia dentada é basicamente uma engrenagem flexível. É uma correia com dentes moldados e o "passo" da correia é a distância entre o mesmo ponto em dentes vizinhos (semelhante ao período de uma onda senoidal). A impressora MOST usa correia dentada T5; a distância entre os centros de dentes vizinhos é de 5 mm.

Um fuso de esferas é simplesmente uma haste roscada sobre a qual desliza uma porca cativa. A porca é fixada pelo elemento de deslocamento linear, de modo que não gira com o fuso de esferas, daí o termo "cativa". Existem quatro porcas cativas na impressora MOST Prusa: uma acima e uma abaixo das extremidades do eixo X (tanto do eixo intermediário quanto do motor). Os fusos de esferas podem ser muito precisos, o que é importante no eixo Z, já que a altura da camada é tipicamente uma pequena fração de milímetro.

A folga é o resultado do espaço entre peças engrenadas, como engrenagem com engrenagem, polia com correia dentada ou fuso de esferas com porca de fixação. Não é um problema significativo no projeto da impressora MOST, mas vale a pena estar ciente. As engrenagens de plástico do acionamento da extrusora se desgastarão, criando mais folga, que se manifestará durante a retração do filamento; com o tempo, uma quantidade crescente de movimento será consumida para compensar o aumento da folga - menos filamento será retraído. A folga é um problema realmente sério onde alta precisão é necessária, como no eixo Z. Felizmente, a gravidade e uma pequena mola resolvem o problema; o eixo X é sempre pressionado para baixo na porca de fixação inferior, eliminando efetivamente a folga.

A impressora MOST utiliza dois tipos de rolamentos. Um deles é um rolamento rotativo chamado 608zz, um rolamento de skate barato, e o outro é um rolamento linear chamado LM8UU. Os identificadores dos rolamentos (608 e LM8UU) são usados ​​coloquialmente ao se falar de impressoras.

Todos os movimentos realizados pela impressora são feitos através do acionamento dos motores, que giram uma determinada quantidade de material. Essa rotação é convertida em movimento linear por meio de: 1) uma correia dentada e polia, 2) um fuso de esferas e porca de fixação, ou 3) um rolo de pressão e filamento.

No caso das correias de distribuição, a rotação da polia faz com que um certo número de dentes da correia passe pelas engrenagens da polia. As impressoras MOST usam polias de 12 dentes, portanto, uma revolução completa resulta em um movimento linear de 60 mm (12 dentes × 5 mm/dente). Como os motores têm 200 passos/revolução e a impressora Melzi utiliza micropassos de 1/16, são necessários 53,333 passos no total para mover a correia de distribuição 1 mm ((200 passos/revolução × 16 micropassos/passo) / 60 mm).

Os fusos de esferas são praticamente iguais, exceto pelo passo da rosca. Uma haste roscada M8 tem um passo de 1,25 mm; são necessários 3200 passos para completar uma revolução (200 passos/revolução x 16 micropassos/passo), portanto, são necessários 2560 passos para mover uma porca cativa 1 mm ao longo da haste roscada (3200 passos/revolução / 1,25 mm/revolução).

Os rolos de pressão devem se comportar como engrenagens, então seria possível calcular os passos/mm do movimento do filamento se o acionamento da extrusora por engrenagens e o rolo de pressão fossem tratados como uma transmissão. No entanto, o rolo texturizado interage de forma diferente com diferentes materiais de filamento e até mesmo mudanças de cor no mesmo material podem resultar em comportamentos diferentes no sistema da extrusora (devido à contrapressão no acionamento da extrusora, à maciez do material e provavelmente a outros fenômenos interessantes). Na prática, os passos por milímetro de filamento são determinados empiricamente, medindo-se a quantidade de filamento realmente extrudado e multiplicando-se os passos pela razão entre o movimento esperado e o movimento real. Isso não é algo para se entusiasmar; existem muitas maneiras de manipular a taxa de extrusão e, no final das contas, o que importa é que a impressão produzida seja dimensionalmente correta e esteticamente aceitável.

Tudo isso é importante porque o firmware usa essas informações essenciais para mover todos os eixos na medida certa. Se esses valores estiverem incorretos, a impressora não produzirá uma impressão com as dimensões corretas do modelo e provavelmente nem mesmo uma impressão utilizável (lembre-se de que o software de fatiamento calcula todos os movimentos com base no volume de filamento necessário para preencher o espaço). Os usuários da impressora devem definir esses valores no firmware, e os termos "passos por milímetro" e "E passos por milímetro" são frequentemente usados. O primeiro termo se refere aos três eixos lineares e o segundo se refere à extrusora (E = extrusora).

Praticamente tudo o que foi dito acima sobre a MOST Prusa também se aplica à impressora MOST Delta, exceto pela cinemática, que é bastante diferente. Enquanto o design da impressora cartesiana usa um único motor para mover um único eixo linearmente, a impressora delta move simultaneamente todos os motores para posicionar o efetor final. Em vez de ter um volume de construção prismático retangular reto, a delta tem um volume de construção aproximadamente cilíndrico.

The delta doesn't really have axes (x, y, z), so the three linear motion control portions of the printer are referred to as "towers" or "apexes". It's still important to uniquely identify the apexes since each has a motor and an associated limit switch and the order in which all of these are wired to the controller board matters. All of the controller boards are designed for Cartesian printers, their motor and limit switch terminals are labelled "x", "y" and "z", so it's only logical to identify the apexes to match. If during commissioning of the printer you notice that the print is mirrored (for instance print is legible when its reflection is viewed) the reason is probably that the x and y towers are reversed on the controller. Swap the x and y motor leads and their respective limit switch leads and the printer should print correctly. (Warning: never connect or disconnect motor wires while the power is on!)

Whereas calibration of a Cartesian printer requires only knowledge of the belt pitch, number of teeth on the pulley and steps to complete a revolution of the pulley, delta printers require additional data to ensure that prints are produced to scale and the end effector moves in the x-y plane while printing. The distance between the tie rod pivot points and the effective radius of the printer must also be accurately known. It is also extremely important that care is taken during assembly of the printer to ensure that the apexes are equally spaced and the lengths of the tie rods are identical and carefully measured. One additional requirement is that the carriages all engage their respective limit switches in a plane parallel to the build platform. This is done by setting the height of the limit switch adjustment screws on each of the carriages.

Delta printer kinematics are less intuitive than that used by Cartesian printers and calibrating them can be challenging, but there are payoffs. Delta's have significantly larger build envelopes in a similarly sized footprint, and once calibrated typically require less twiddling to keep going. The MOST Delta design is very robust and tolerates transporting much better than does the Prusa design. Deltas are also much easier to build and have fewer parts, so they're cheaper, too. Finally, the design is easily adapted to different purpose, making it very flexible.

The heated build platform is a circuit board that does nothing but produce heat. Heat helps the initial layer to stick to the build surface and helps reduce warping of the part during printing. This isn't strictly required and greatly increases the requirements on the power supply. The MOST Prusa has a heated build platform; the MOST Delta does not (but it can be added easily, if the power supply is also changed).

The RepRap is built with metric screws, which aren't as common in the US as in other parts of the world. Metric screws have a pretty simple naming convention - M followed by a number representing the diameter of the screw followed by the length of the screw. M2 is a 2mm diameter standard thread screw; M2×10 is a 2mm diameter screw 10mm long below the cap.

Retraction is simply backing the filament out of the extruder. It is necessary when moving from one print point to the next when no filament should be extruded, like between adjacent printed parts. The Bowden design stores energy in compressed filament between the drive and hot end and tension in the Bowden sheath. Additional energy is supplied by a change in density upon heating the filament in the hot end. Between these (and probably other fascinating phenomena) there is a tendency for plastic to ooze out of the nozzle even after stopping the extruder drive. The amount of oozed material is minimized by backing filament out of the hot end; the extruder drive is put in reverse. The amount of filament retracted is set during the slicing operation.

The slicer does all the math to figure out the volume of plastic to extrude per length of extruder nozzle distance travelled. It's all volumetric, but it's expressed in g-code in linear distance (mm of filament), hence the importance of getting E steps reasonably accurate in firmware. Ultimately, though, the extrusion rate changes and the user must tweak settings to produce a good print.

Over extruding is a condition in which too much filament is extruded. It's revealed by the presence of bumpy vertical sides, bulbous prints and the nozzle grinding over the top of the print due to insufficient clearance. A quick way to assess minor over extrusion is to rub a finger over solid infill layers at the top of the print and note how smooth it feels. If it has a shark skin-like feeling (rougher in one direction) then the extrusion rate is too high. If it's smooth then the extrusion rate is just right or too low.

Under extruding is the opposite condition - too little filament is being extruded. It manifests itself by extrudate tearing during long partial infill runs in the interior of the print and holes or gaps in solid infill layers. Feeling partial infill layers with a fingertip is useful for diagnosing - if the print feels sharp, then tearing is taking place.

Don't make assessments of extrusion rates based on the first few layers or on a single solid infill layer. Patience pays off; watch the printer and assess at various points during the print.

A subextrusão pode ser causada por mais do que apenas configurações incorretas: pode haver algo bloqueando o bico ou a temperatura pode estar muito baixa para derreter o filamento o suficiente. Nesses casos, o motor da extrusora não conseguirá empurrar o filamento pelo bico na velocidade programada. Isso é perceptível como um estalo causado pelo filamento pulando na extrusora ou, em casos mais graves, um ruído de atrito. Ao colocar dois dedos no filamento na entrada da extrusora, também é possível perceber quando o filamento está ou não se movendo.