UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓNFACULTAD POLITÉCNICA

INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA

ÉNFASIS MECATRÓNICA

Profesor: Ing. Luis Poisson

Tema: “Impresora 3D Montada y Calibrada, CdRi3”

Integrantes:

● Mateo Sebastian Acosta Florentin

● Juan José Mongelós

San Lorenzo - Paraguay

2014

Índice de contenido

1. Introducción.............................................................................................................................32. Montaje....................................................................................................................................33. Problemas y soluciones aplicadas...........................................................................................3

Alimentación............................................................................................................................3Electrónica..............................................................................................................................3Plásticos:.................................................................................................................................4Mecánica:................................................................................................................................4Disipación de Calor, son recomendados 3 ventiladores:.........................................................5Software o Firmware:..............................................................................................................5Impresión:...............................................................................................................................5

4. Calibración:..............................................................................................................................65. Perfil de impresión resumido utilizado en Cura:.......................................................................76. Gastos Registrados.................................................................................................................87. Recomendaciones generales...................................................................................................98. Conclusiones.........................................................................................................................10

1. Introducción

En este documento se presentan los resultados obtenidos del montaje de una impresora 3D (Prusa i3), que luego será utilizada en el Club de Robótica de la Facultad Politécnica de la UNA.El Proyecto del montaje de una Impresora 3D para el Club de Robótica, bautizada como CdRi3,inició en agosto del 2013. Montar este tipo de impresoras puede parecer muy sistemático y mecánico, pero la verdad es que se presentan muchas situaciones nuevas para cada impresora montada. Es por eso que aquí incluímos problemas que tuvimos y cómo los solucionamos.

2. Montaje

El proyecto inició en agosto del 2013 y las compras (internacionales) de varias partes de la impresora realizamos en octubre, recibiéndolas en el mes de diciembre casi en su totalidad. Debido a contratiempo ocasionados por algunas piezas en mal estado, el montaje se postergó hasta marzo del 2014, debido a que se debían traer dichas piezas de exterior de nuevo. El montaje a grandes rasgos de la impresora no fue un problema, debido a la simplicidad del diseño y a la extensa documentación existente.

3. Problemas y soluciones aplicadas

Alimentación :

a. Problema: Fuente de poder utilizada en un principio era una de PC (ATX 350W), aunque funcionaba para probar, era insuficiente para la impresora, ya que el voltaje de alimentación bajaba drásticamente al conectar las resistencias térmicas y los motores, el cooler bajaba sus revoluciones cuando se activaba todo. La solución: comprar una nueva fuente de alimentación ATX 650W, noreales, comprado en paraguay.

Electrónica :

a. Problema: Se quemaron los drivers (Pololu A4988) de los motores PAP, debido a montar y desmontar sin cortar la alimentación. Solución: comprar nuevamente, mandamos traer el doble de lo necesario, de china.

b. Problema: El Arduino Mega 2560 perdió comunicación con la PC (aunque funciona el microcontrolador, no la comunicación serial). No determinamos la causa. Solución: comprar nuevamente, mandamos traer de china.

c. Problema: Nuevo Arduino Mega con el pin TX vino desoldado. Problemas de fabricación (made in china). Solución: identificación del pin y soldadura con estaño.

d. Problema: Rotura de los terminales del termistor 100k NTC 1% del hotend durante la manipulación. Solución: comprar nuevamente, mandamos traer dechina, mientras utilizamos de tolerancia indeterminada y sin la curva de resistencia que compramos en Paraguay.

Plásticos:

a. Problema: No recibimos 4 piezas necesarias para unir el marco de madera con el Eje Y de la impresora. Solución: fabricamos artesanalmente copias similares de madera.

b. Problema: Las piezas impresas de los finales de carreras que vinieron en el kit de plásticos no eran de buena calidad de diseño, lo que provocaba que los ejes de la impresora se descalibren, principalmente eje Z. Solución: una vez que la impresora funcionó, volvimos a imprimir las piezas con un diseño distinto, está pendiente hacer un diseño propio para permitir el ajuste preciso de la altura del eje Z.

c. Problema: Rotura de la guía que presiona el filamento por el tornillo con ranuras. causa: presionamos demasiado los tornillos). Solución: Pegar con La Gotita y cubrir con Poxipol, no volvió a presentar problemas.

d. Problema: Rotura de las paredes internas de la pieza central del extrusor por donde el filamento pasa. Causa de esto fue debido al bajo relleno de la pieza y que el filamento (PLA, mucho más rígido) se atascó. Solución: agrandar el canal e introducir un trozo de 1.8cm de caño de cobre utilizado para refrigeración (diámetro interno de 3mm).

Mecánica:

a. Problema: Los acoples flexibles metálicos que mandamos traer no eran del diámetro correcto (comprado: 5mm a 8mm, debia ser: 5mm a 5mm). Solución: sujetamos el eje del motor y la varilla roscada de 5mm por medio de un caño transparente y cintillas, esta técnica es muy utilizada, sin embargo se recomienda utilizar acoples flexibles metálicos.

b. Problemas: La correas GT2.5 que fue donada no era lo suficientemente largas. Solución: mandamos traer un kit de poleas y correa GT2.5.

c. Problemas: Dos correas de distintos proveedores ocasionan un error de aproximadamente 10% en los pasos/mm de cada eje (X e Y). Solución: al percatarnos que existía un error constante entre cada eje, solo ajustamos los valores correspondientes a los pasos del motor por cada mm de avance, esto lo hicimos por prueba y error, imprimimos una prueba, mediamos el error, corregimos y volvíamos a ajustar los valores, hasta quellegamos a unos valores de error que consideramos aceptables (0,1cm en 15cm).

Disipación de Calor, son recomendados 3 ventiladores:

a. Uno para refrigerar la electrónica (RAMPs + Arduino Mega R3)b. Uno más para el Hotend All Metal E3D V5 (al disipar el calor de la boquilla

hacia el cuerpo del hotend el filamento se fundía antes de llegar a la boquilla y se atascaba).

c. Uno de capas (necesario para imprimir PLA, el cual tiene una consistencia líquida más viscosa que el ABS y necesita enfriarse mucho más rápido).

Software o Firmware:

a. Software utilizado en un comienzo PrintRun + Slic3r. (multiplataforma, terminación poco atractiva, fácil utilización)

b. Cambiamos a Repetierhost + Slic3r. (multiplataforma, mejor integración con Windows, con visualizador 3D y de capas, fácil utilización)

c. Cambiamos nuevamente a Cura + PrintRun, decidimos utilizar este último. (multiplataforma, software de la empresa Ultimaker basado en Skeinforge y python logrando una calidad de impresión mucho mejor, además cuenta con visualizador 3D y un entorno muy intuitivo, buenos acabados, posibilidad de importar imágenes y pasarlas a 3D por el contraste de colores).

Impresión:

a) Problema: adhesión del ABS con la base caliente. Solución: Sin Solución aún; Utilizamos cinta Kapton por toda la superficie, también usamos espray fijador para cabello (Laca), sin embargo, todavía no tenemos una buena adhesión.

4. Calibración:a. Motores del eje Z no se movían, zumbaban. Problema de calibración del driver

de los motores de Z y también modificamos el firmware del Arduino Mega, Marlin V1. Solución: Aumentar la corriente del driver del eje Z y cambio del Feedrate de Z, en marlin V1 de 5 a “2”.

b. No hacía correctamente Home en Z. Problema de calibración en el firmware del mega, Marlin V1. Solución: Cambiar el parámetro Z_Home_Retract_MM del Marlin V1 a “3”

c. Auto-sintonización del PID.HotEnd:

Kp 14.50 Ki 0.65 Kd 80.55HotBed:

Kp 10.00 Ki 0.023 Kd 305.4

d. Corrimiento de la impresión en el eje Y, muchas pueden ser las causas pero fuimos descartando todas hasta que nos dimos cuenta que al hacer movimientosbruscos perdía pasos. Solución: cambiar el parámetro “#define DEFAULT_XYJERK” a “5” en el archivo “Configuration.h” del Marlin V1.

e. Configuración de la impresora en el Marlin V1:

X Y Z E0 DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {78.64, 71.95, 4000, 825.698} DEFAULT_MAX_FEEDRATE {500, 500, 2, 45} DEFAULT_MAX_ACCELERATION {4500, 4500, 100, 9000} DEFAULT_ACCELERATION 500 DEFAULT_RETRACT_ACCELERATION 500

5. Perfil de impresión resumido utilizado en Cura:layer_height = 0.3wall_thickness = 1.2solid_layer_thickness = 0.6fill_density = 40nozzle_size = 0.4print_speed = 45print_temperature = XX //depende del material a imprimirprint_bed_temperature = XX //depende del material a imprimirfilament_diameter = 1.75 //depende del hotend utilizadofilament_flow = 100 //depende del material a imprimirretraction_speed = 40.0travel_speed = 60bottom_layer_speed = 15cool_min_layer_time = 30fan_enabled = Trueskirt_line_count = 1fan_speed = 100 // para PLA recomendado 100%, para ABS 0%fan_speed_max = 100cool_min_feedrate = 2 // (mm/seg)

● Podemos resaltar que la velocidad de impresión no supere los 30mm/seg;● Las velocidades de movimiento no superen los 90 mm/seg;● El tiempo mínimo por capa utilizamos 30 segundos, y la velocidad se reduce hasta en

2mm/seg;● La velocidad de impresión de la primera capa no debe ser mayo a 15mm/seg;● La altura de impresión depende de la boquilla de impresión, 0.4mm en nuestro caso, es

de 0.3mm, es decir que la resolución de impresión es de 300um, puede bajar hasta los150um lo que da un acabado bastante bueno, sin embargo, el tiempo de impresión se duplica;

● El ventilador para las capas debe estar encendido para imprimir PLA pero no hace falta al imprimir ABS;

● El grosor de las paredes es de 1.2mm (3x0.4mm), es decir, que para el grosor de las paredes tenemos 3 hileras de impresión, esto nos ayuda a tener un mejor agarre entre capas, que la pieza no sea muy transparente, que tenga paredes más rígidas;

● La densidad de relleno al 40% es variable, es el que nos da un mejor resultado ya que al tener que tapar el relleno la líneas de impresión tienen una superficie uniforme, no se hunden o deforman. Para piezas que necesitan hacer esfuerzo es recomendable hacer un relleno mucho mayor.

6. Gastos Registrados

Cantidad Item Precio(US$)

Electrónica5 Motores NEMA17 44ncm $ 108,501 Kit:

1pcs MK2B heatbed1pcs Mega 2560 R31pcs RAMPS 1.4 Controller5pcs A4988 Stepper Driver Module $ 78,82

1 2004 LCD control Reprap Ramps 1.4 $ 24,401 juego de cables $ 11,502 Termistores $ 3,743 Finales de carrera $ 5,001 Fuente de PC ATX 650W $ 40,001 Ventilador (40mm) $ 6

Estructura1 Conjunto:

2 Varilla roscada M81 Varilla roscada M53 Varillas lisas 8mm6 Plancha de madera 10x45cm1 Plancha de madera 22x22cm1 Vidrio 20x20cm1 Juego de tuercas y tornillos4 Clip (tipo pinza) $ 62,00

1 Kit:2 Poleas GT25m Correa GT2tornillos de ajustellave allen $ 16,20

12 Rodamiento lineal LM8UU $ 10,064 Ruleman 626ZZ $ 8,573 Ruleman 608ZZ $ 5,002 Acoplamiento Flexible de Aluminio $ 6,68

Varios1 Piezas de Plástico (donación) $ 0,001 HotEnd E3D $ 99,381 Tornillo Hobbed Bolt $ 9,181 Laca Extra Fuerte $ 4,001 Cinta Kapton 50mmx33m $ 6,37

Repuestos10 Controladores de motores $ 32.510 Thermistores EPCOS 100K 1% $ 13.2

1 Arduino Mega $ 15.5Filamento

ABS Rojo $ 60ABS Lila $ 55PLA Naranja $ 55TOTAL (US$) $ 736.6 TOTAL (Gs) 3.314.700

7. Recomendaciones generales

● Correas de menor paso, poleas de mayor cantidad de dientes, para lograr un movimiento mucho más suaves, son recomendadas las que vienen en las impresoras a chorro, para mover el cartucho de tinta.

● Comprar kits de piezas, así se evitan muchos problemas de compatibilidad entre piezas y esperas interminables.

● No es esencial el Display + SD (costo 25U$$).● Utilizar varillas de acero inoxidable, mejora el acabado a largo plazo. ● Recomendamos utilizar Octoprint, programa que permite crear una página web para

controlar la impresora, así se puede acceder a la impresora sin problemas dentro de una red Wifi o desde internet si se cuenta con IP fija.

● Una de las alternativa al Arduino Mega + RAMPs es el Sanguinololu 1.3b que es con componentes smd y una terminación mucho más robusta, aunque a un precio relativamente mayor pero recomendamos gastar lo necesario en este apartado.

● Nosotro montamos la Prusa i3 pero para también recomendamos montar la Printrbot, la cual cuenta con unas dimensiones aceptables, un tamaño reducido y un volumen de impresión algo justo pero suficiente para muchos proyectos.

8. Conclusiones

● Si uno quiere montar una impresora tiene que ser consciente que las cosas no siempre van a funcionar de una, siempre existen posibilidades de averías, esto es normal y hay que tomar con calma, investigar y no dudar en preguntar a personas con más experiencias.

● Si considera que no va a tener el tiempo para dedicarle a montar un impresora, recomendamos comparar alguna comercial.

● Seguir los videostutoriales que existen en internet, de ser posible, verlos todos antes de empezar a montar.

● Tener mucho cuidado al trabajar por primera vez con la parte electrónica, si quiere hacer algún ajuste, no olvide desconectar la alimentación y utilizar destornilladores cerámicos de ser posible.

● Al realizar las compras internacionales tener en cuenta las opiniones de otros compradores, comprar el hotend de una tienda especializada, prever averías y comprar repuestos, termistores, resistencia de potencia, drivers de motores, cinta kapton, entre otros.

● Esperar tener la piezas plásticas para realizar la compra de los rodamientos, ya que existen distintos diseños de piezas plásticas.

● Es recomendado comprar un hotend all metal el cual te permite experimentar con nuevos filamentos, sin embargo el precio es mucho mayor que uno convencional..

● La gran ventaja que tiene montar una Prusa i3 es que es robusta y tiene una infinidad de posibilidades, doble extrusora, volumen de impresión expandible, cambiar a máquinaCNC.