Encontro Reprap BR – Grupo de Estudos – 23/06/2012

Este final de semana realizamos um encontro espetacular, a começar pela organização e recepção proporcionada pelo amigo Paulo Fernandes e sua esposa Helen.

Contamos neste encontro com 6 impressoras operacionais derretendo plastico, e duas em fase de construção.

Prusa Mendel – Paulo Fernandes

Mesa XYZ – Alain

Prusa Air – JP

Prusa – Igor

Prusa – Eduardo

Prusa – Daniel

Modelo a definir – Luciano G.

Prusa Mendel Customizada – Anderson Cunha

Este encontro também marcou o aniversário de 2 anos do grupo de estudos, com direito a bolo e tudo.

(Da esqueda para a direita: Fábio Gilii, Jorge Lourenço Jr., Luis Viola, André Oliveira, Pedro Cardozo de Mello, Alain Mouette, Josenivaldo Benito Jr.)

Realizei duas impressões no encontro, e fui surpreendido pelos resultados obtidos, pois como estou no inicio do aprendizado e estou utilizando os software com suas configurações padrões, qualquer resultado é uma surpresa.

A única condição que pode ficar evidente nestas impressões, foi que em decorrência da estrutura da maquina os movimentos são consistentes e não sofrem qualquer interferência de vibração.

 

No encontro a turma CNC deu ao porta jóias uma função bastante nobre…….

A cachaça…

Jorge Lourenço

JP

Fábio Gilli

Bem agora é esperar o próximo encontro, para rever esta turma muito animada e com muito papo.

Grande Abraço

JP

Construindo a impressora 3D

Bem-vindo ao Imprimindo 3D.

Hoje inicio umas das tarefas mais difíceis do projeto da Impressora 3d, registrar neste Blog o andamento do projeto que inicialmente classifiquei como Prusa Air 2, por tomar como base este projeto, porem em decorreria da minha releitura a mesma mantem pouco do projeto original, desta forma preciso sua classificação.

Acompanho a bastante tempo o projeto Reprap, mais por muito tempo evitei me aproximar dele, pois sabia que no dia que resolve-se entrar para este mundo meus finais de semana estariam totalmente comprometidos.

Faço parte do grupo de estudo ReprapBR, que inciou suas atividades em medos de 2010, com o objetivo de estudar e implementar os recursos de impressão 3D utilizando como base maquinas CNC já existentes, este grupo é capitaneado pelo Alain Mouette, e teve como base para seu nascimento a “Masmora” de Sir Jorge Lourenço, esta que por sinal é a base para o nascimento/amadurecimento de outras comunidade de tecnologia, com a lista Plotter_Cressoft(administrador Lutcho) e o GuiaCNC(administradores Fábio Gilli e Jost), das quais participo e tenho como alicerce do meu conhecimento no mundo CNC, entre outros assuntos e temas que rolam, por serem listas bastante ecléticas.

Para quem pretende se aventurar no mundo maravilhoso das impressoras 3d, eu recomendo fortemente participar destas duas lista, pois as impressoras nada mais são do que CNCs(Prusas, Medels, Ultimaker, etc), e muito das melhorias que estão sendo desenvolvidas hoje, ou ainda nem foram pensadas para as impressoras, provavelmente já foram implementadas a anos nas CNCs(Fresadoras, routers, Laser, etc.).

O grupo ReprapBR aos poucos foi tomando corpo e hoje possui um grupo muito forte, com muita troca de experiencia através do fórum https://groups.google.com/forum/?fromgroups#!forum/reprapbr, e teve uma grande evolução a medida que novos participantes foram se juntado e chegaram com suas impressoras, e hoje muito plastico já foi derretido, com relatos muito bem documentado através do Blog dos participantes, como pode ser visto acessando eles através dos links abaixo:
Alain Mouette – Mesa XYZ
Antonio Santos – MakerBot
Henrique Muringa – Prusa
Hradec – Resina UV
Lynx – SeeMeCNC
Mauro Regina – Orca v0.3
Paulo Fernandes – Prusa
Rodrigo Reis – Prusa v2

O Inicio.

Como disso la em cima, posterguei minha entrada neste mundo fantástico pelo tempo que pude, porem depois que vi no grupo uma postagem do projeto Prusa Air 2, cometi a besteira de olhar e achar que poderia fazer algo diferente tomando este projeto como base.

A estrutura desta maquina com estes perfis chamaram minha atenção, e por ter uma empresa de corte e gravação a Laser e Router(Creative Laser), vi que poderia executa-lo tranquilamente.

Muito bem estruturada, porem ao meu ver poderia ser melhorada, principalmente quando a facilidade de montagem, e a eliminação da barras roscadas da estrutura, que apesar de sua facilidade na aquisição e manuseio exige muito tempo nos ajustes da montagem, o que se não for executado com precisão interfere diretamente no desempenho da maquina, e uma vez que já seria investido no corte dos perfis porque não pensar na estrutura como um todo usando deste recurso.

Como minha base para montar uma maquina desta é o mundo CNC, ROBUSTEZ e RIGIDEZ são essenciais, e por conta dos materiais que tinha a disposição para esta primeira experiencia este dois pré-requisitos foram cumpridos de primeira, como muito excesso diga-se de passagem, porem como disse usei material que já tinha e desta forma o investimento foi perto de zero.

Com isto nasceu a primeira versão da Prusa Air by JP.

Estrutura Prusa Air JP

E como pode ser visto na imagem abaixo é um pequeno quebra-cabeça, que pode ser montado em poucos minutos, a montagem utilizada na foto acima não demorou 5 minutos.

O material utilizado para esta estrutura foi o MDF de 15mm com uma fase branca, todos os encaixes são precisos e bem justos, de forma que o acoplamento acontece com uma interferência minima, mais suficiente para manter a estrutura rígida mesmo sem o travamento por parafusos que ocorre apenas em dois pontos.

Inicialmente a estrutura estava preparada para motores NEMA 17 originais do projeto Reprap, porem como minha ideia inicial seria utilizar materiais que eu já possui, fiz a alteração dos recortes para receber motores NEMA 23, das sucatas de impressoras que possuía.

Acionamento dos eixos

Quiz aproveitar este projeto para experimentar o acionamento dos eixos por cabo, em substituição as correias sincronizadas, e com isto realizei uma primeira montagem do acionamento do eixo Y.

Os primeiros Movimentos do eixo Y

[youtube]http://youtu.be/LJPkJBRMUCg[/youtube]

19/06/2012

Inicialmente achei que seria possível realizar o acionamento do cabo direto no eixo do motor, como pode ser visto no vídeo acima a primeira vista seria possível, porem após poucos minutos de acionamento o motor começa esquentar, por consequência o eixo do motor também, e a partir dai o cabo perde aderência com o eixo e o movimento se torna falho.

A solução para este problema foi desenvolver um pequeno carretel, que acoplada ao eixo do motor evitaria os problemas acima, na primeira versão que poder ser vista na imagem abaixo, fiz a fixação das pontas do cabo fica no próprio carretel, o que não foi muito bom para o ajuste de tração do cabo.

Este carretel foi construído com um pedaço de barra roscada de 1/2″, nele podemos ver que são criados duas bobinas, enquanto uma enrola o cabo a outra desenrola, como pode ser visto no vídeo abaixo:

[youtube]http://youtu.be/mGUGnAku9NA[/youtube]

Como sugestão do Alain e vendo a implementação deste tipo de acionamento em fotos(enviadas pelo Montanaro) de uma CNC Roland e da impressora Rima, resolvi refazer o carretel considerando o enrolamento das boninas “sobre postas”, isto é, a bobina que esta enrolando passa a usar o espaço da bobina que esta desenrolando, com isto o tamanho do carretel diminui quase que pela metade.

Aproveitando uma ideia tirada da impressora rima, fiz com que o cabo passa-se por dentro do carretel, com as duas pontas do cabo sendo fixados no carro, com isto me permitiu de foma simples implementar um sistema de ajuste de tensão do cabo utilizando parafusos, segue abaixo uma sequencia de imagens para ver esta implementação.

Nesta imagem é possível ver o canal criado no interior do carretel para a passagem do cabo.

 

 

 

 

Na imagem ao lado, o carretel já com o cabo.

 

 

 

 

Nesta imagem podemos ver as bobinas sobre postas, e com o tamanho do carretel bem menor que a primeira versão.

 

 

 

Como disse com esta implementação o fechamento das pontas do cabo passaram para o carro, e com isto pude realizar o ajuste de tensão utilizando um parafuso, perceba na imagem abaixo que fiz um furo logo abaixo da cabeça do parafuso para a passagem do cabo, com isto consigo um ajuste muito bom para a tensão do cabo.

Desta maneira a implementação do acionamento do eixo X e Y por cabo esta realizada, e até que os teste que ainda estão no inicio e a utilização no dia a dia mostre o contrário, posso dizer que é uma forma eficiente e barata de acionar estes eixos em nossas impressoras.

Para este desenvolvimento foi utilizado barra roscada das comuns de 1/2″, e para o cabo foi utilizado o cabo Spectra da Dyneema(similar ao Kevlar da DuPont) de 0,8 mm de diâmetro, vulgarmente chamada de linha de pesca multifilamento.

21/06/2012

A titulo de registro, tentei implementar o acionamento do eixo Z utilizando cabo, como pode ser visto na imagem abaixo, porem o peso deste eixo que carrega o eixo X ficou muito pesado, e impediu sua utilização.

Desta maneira o acionamento do eixo Z foi realizado utilizando barra roscada de 1/2″, como pode ser visto na imagem abaixo.

Para o conjunto de guias lineares foram utilizadas barras de aço 1020 retificada, sem nenhum tratamento superficial, o que demanda manutenção periódica para evitar o surgimento de ferrugem.

Todos os movimento são realizados utilizando rolamentos lineares LME12.

Extrusor

O conjunto trator do extrusor bem como o carro que o carrega, foi implementado em acrílico 10 mm, para criar as engrenagens foi utilizando o software Gear Generator, e todas as peças foram cortadas na router CNC.

O Hotend utilizando neste conjunto esta sendo desenvolvido pelo grupo de estudo, e seu detalhamento pode ver ser visto no Blog do Grupo, o bico deste hotend possui furo de 0,5mm, que é o diâmetro padrão de utilização, depois da etapa de aprendizado de utilização da impressora pretendo realizar teste com diâmetros menores.

Com a implementação do extrusor finalizei a etapa mecânica da impressora, e analisando o conjunto pude concluir que alcancei meu objetivo de ter uma maquina rígida e robustas, o que acredito contribuirá para obter bons resultado de impressão, visto que terei interferências estruturais.

Eletrônica

Para o acionamento dos motores de passo dos três eixos, foi utilizado uma placa chinesa com três eixos baseada no chip TB6560, imagem abaixo, esta controladora tem um bom custo beneficio, e pode ser encontrada facilmente em sites como Goodlukbuy e Aliexpress, este driver possui resolução de 1/16 para micropasso.

Para acionamento do motor do extrusor estou utilizando um driver que o Luciano G. me emprestou da Hobby CNC, conforme imagem abaixo.

Como controladora da impressora esta sendo utilizado o Arduino Mega 2560 chines, comprado no Aliexpress.

A interface de potencia e I/Os é a Ramps 1.4, nela utilizei os pinos de controle dos drivers de motor de passo Pololu para acionar meus drives externos.

 A alimentação da eletrônica esta sendo realizada por duas fontes, uma de 24V para os drivers dos motores de passo e uma fonte de 12V para alimentar a Ramps.

A fonte de 24V foi utilizada nos driver de maneira a ser ter melhor desempenho de velocidade nos motores, porem as velocidade máximas alcanças nestas impressoras não são tão grande assim, com isto mais a frente irei fazer um teste acionando os drivers com 12V, desta forma alem de economizar em uma fonte, ganho espaço no gabinete da impressora.

Instalação elétrica e primeiros testes

As ligações elétricas deste conjunto requerem muita atenção, pois qualquer bobeira pode gerar erros, que em muitas vezes fazem com que se percam horas a procura de solução.

Como nesta etapa a ansiedade de ver a maquina funcionando passei o último feriado trabalhando nela, e nestes testes iniciais fiz uma grande bagunça de fios, e contei com a autorização da patroa para fazer isto na mesa da sala de casa, como pode ser visto na imagem abaixo.

Comecei a montagem da eletrônica achando que iria ser moleza, mais me deparei com diversos desafios.

Por sugestão do Alain escolhi o firmware Repetier para controlar o Arduino.

Inicialmente pensei em fazer os primeiros testes sem instalar os Endstops, com isso perdi algumas horas achando que tinha problema no sinal de direção que iam para os drivers, pois os motores só se moviam para um lado.

Depois de muito fuçar encontrei uma configuração no Repetier que dizia que se os motores se movessem apenas para um lado,  a logica de acionamento do Endstop deveriam estar invertidas, no meu caso que inicialmente não tinha eles instalados isto era o causador dos problemas, na configuração original era esperado um sensor Normal Fechado, que indicaria o acionamento do fim de curso com a abertura do circuito, desta forma inverti esta lógica pude continuar os testes.

Depois de realizar os testes de movimento nos três eixos, achei que já estava perto de iniciar os teste com plastico, porem me deparei com outro problema, agora no driver do motor do extruder, ele não girava de forma alguma, neste ponto parei por horas, agora procurando por alguma configuração que poderia estar inibindo o movimento do motor, achando que a causa era estar com o bico do extrusor frio, ledo engano, o problema estava no driver, utilizei um driver que tinha a tempos parado na oficina, agora sei por que ele não estava em uso, estava com pau, para passar desta etapa peguei com o Luciano G. um driver emprestado, conforme descrito acima, troquei este driver e o motor do extruder rodou belezinha.

Com todos os movimento funcionando passei para a parte de aquecimento do bico e da mesa, esta etapa foi de primeira, não demorou já estava vendo o primeiro filamento saindo o bico, a imagem abaixo esta bem ruim, mais é o primeiro macarrão de minha impressora.

A partir daqui pensei vou arriscar imprimir algo, baixei o arquivo do apito, fiz o slicer com o  Slic3re mandei pra maquina, resultado…nada….a maquina apresentou um problema no eixo X, manualmente eu comandava ela para todos os lados, porem via gcode no Pronterface ela só ia para um lado, falando com o Alain e com o Luciano G. a hipótese mais evidente era Osmar, resolvi passar na Santa Ifigênia, comprei chaves fim de curso, termo retratil, etc.etc.etc….chequei em casa refiz todas as conexões, instalei os fim de curso e voltei para o teste, e o problema do eixo X desapareceu.

Neste dia já eram quase meia noite quando coloquei o arquivo do apito pra imprimir, nas primeiras tentativas não conseguia aderência do filamento direto no vidro aquecido, coloquei um pedaço de fita de kapton, e a partir dai aderiu muito bem e a impressão foi tranquila do inicio ao fim, exceto pelo fato do Slic3r ter gerado o arquivo com erro e ao invés de sair um apito, saiu um bloco solido em formato de apito.

A mesa aquecida foi feita com PCB usinada na Router CNC, com o termopar instado no centro dela a mesma apontou temperatura de 105 graus, não tive como medir na superfície do vidro.

Segue duas imagens do feito e um vídeo de um trecho da impressão, a qualidade não esta boa, mais da para ter uma ideia da primeira impressão, por conta do horário e da empolgação, não registrei tempos nem velocidades.

[youtube]http://youtu.be/c0N0EwdhF90[/youtube]

Como demorei muito tempo para registrar a evolução do projeto, muitos detalhes passaram desapercebidos , a memória já não esta muito boa, mais como acredito que um imagem vale mais de mil palavras, irei criar uma galeria de imagens de todos os detalhes da impressora, e qualquer duvida e sugestão podem me procurar.

O novo desafio

Agora inicia a etapa mais complicada do projeto, pois até aqui usei minhas experiencias no mundo CNC para desenvolver a impressora, tive alguns problemas comuns para o desenvolvimento de um equipamento deste, mais nada muito complicado de resolver(ainda tem umas pequenas gambiarras a resolver).

Agora começa o mundo novo que é a impressão 3d, onde a quantidade de variáveis é enorme, e a experiencia acumulada pela comunidade apesar de ser grande, como pode ser aferida nos resultados já obtidos e publicados, ainda esta longe da maturidade, mais acredito que com a velocidade e a quantidade de pessoas que trabalham neste projeto isto mudará rapidamente.

Abs

JP