Diario di una stampante 3D

Sei interessato alla realizzazione di una stampante 3D? Con questa guida, tenterò di dare un idea a chiunque voglia buttarsi in questo tipo di progetto, valido qualsiasi sia il modello, parlerò dei vari componenti, problemi e soluzioni che ho incontrato durante la realizzazione di questo stendi-panni hi-tech.

Stampante 3D appena nata

Stendi-panni appena funzionante

Ho cominciato ad interessarmi alle stampe 3D a metà del 2013, e verso dicembre cominciai i primi acquisti che sarebbero arrivati nei mesi successivi (dalla Cina col furgone). Preparatevi mentalmente, la calibrazione richiederà qualche mese per essere perfezionata.

Cosa occorre sapere?

Come funziona la stampante 3D?

La teoria è semplice, data usa serie di coordinate X, Y e Z che formano un modello, verranno colate delle linee di plastica calda in successione fino a formare e riempire uno strato, quindi si passa allo strato successivo e strato dopo strato si ottiene un oggetto reale, questa tecnica è chiamata Modellazione a deposizione fusa. Ma se sei qui probabilmente già lo sai 🙂

Che plastica si usa?

Ci sono tanti tipi di materiali, i principali sono PLA e ABS. Il primo, biodegradabile ed inodore è l’ideale per iniziare data la facilità con cui lo si può stampare ed i pochi accorgimenti richiesti.
Il secondo, ABS, è più resistente e flessibile, ma rilascia gas tossici durante l’estrusione e richiede un piano riscaldato fino a 110 gradi per evitare il deformarsi dell’oggetto stampato.

Altri materiali: FLEX, Laybrick, Laywood, Nylon, Filamenti metallici

Ma.. a cosa serve?

Ottima domanda, a cosa serve una stampante 3D?

Da lavoretti di casa come rotture di manopole, supporti, riparazioni, modellismo, prototyping, maschere e costumi.. Si è fatta spazio anche in ambito medico e stilistico (???).

Iniziamo?

Cosa è servito per cominciare?

  • Un telaio
  • Motori (Stepper)
  • Arduino
  • HotEnd
  • Alimentatore

Il telaio

potrebbe essere realizzato totalmente da zero, serve una ferramenta ben attrezzata vicino. Siccome abito lontano dal mondo, ho optato per comprare un Kit Telaio e risparmiare tempo, che comprende, supporti di plastica, barre filettate, lisce, qualche cuscinetto.. Per un totale di 160 €.

Il telaio è una parte molto importante della stampante 3D, infatti questo (non solo) ne determina la precisione e la qualità finale. Un buon telaio deve essere preciso e compatto, i motori non dovranno lavorare sotto sforzo e tutta la struttura non deve vibrare. Quello della PrusaMendel i2 si è rivelato un abominio.

Gli Stepper

anche detti passo-passo sono motori particolari che ad ogni impulso eseguono una piccola rotazione di circa 1un grado, questo dipende dai passi per rivoluzione del motore stesso, per la mia stampante 3D ho preso dei NEMA17 da 400 steps, quindi 360°/400steps = 0.9° per impulso.
Sono necessari 5 motori, 2 per l’asse verticale, l’estrusore, il carrello, e il movimento della testa. Circa 70 €.

  • Questo modello è un po’ ingombrante, sono necessarie alcune preghiere per farlo entrare nella Prusa i2
  • I motori utilizzati per le stampanti 3D sono Bipolari

Arduino

Arduino MEGA! Il capo di ogni progetto DIY, il cuore delle stampanti, è accompagnato da una scheda appositamente studiata, mentre scrivo, la RAMPS 1.4, nata per supportare fino a due estrusori e piatto riscaldato.

Possiamo acquistarle già assemblate, con i Driver di pilotaggio per gli  stepper a circa 50~60€.

  • La tensione degli stepper deve essere regolata a circa 0.4V.
  • Aumentare la tensione in caso di perdita di steps durante la stampa.
  • La tensione dell’asse Z invece è facile che debba essere più alta, 0.65V nel mio caso. Non superate 1V.
  • I micro-steps sono passi ‘virtuali’ che un dato driver può ottenere pilotando un motore.
    StepsMotore / MicroStep = 400/(1/16) = 6400 impulsi per giro. Esistono anche driver da 1/32 ma non credo che la qualità possa significativamente migliorare..
  • Arduino + Ramps non sono una scelta obbligatoria

L’HotEnd

Componente fondamentale, scalda a circa 200 gradi il filamento di plastica rendendola malleabile, poi spingendola verso la punta fuoriesce con uno spessore da 0.1~0.4 mm. Prezzo variabile, dai 30 ai 100 €.
Io ho scelto (quasi per caso) il Budaschnozzle, si è rivelato un estrusore cazzutissimo con interno in PTFE quindi rischio di inceppamento quasi inesistente, filamento permettendo può superare anche i 250 gradi (ma richiede un raffreddamento attivo).

  • Se l’Hotend genera troppa frizione lo si può lubrificare con dell’olio morbido (anche da cucina), non rovina le stampe, fa miracoli.
  • Non esagerare con la temperatura, il PLA potrebbe tendere a liquefarsi e fuoriuscire dalle giunzioni interne!
  • Molto consigliata una ventola di raffreddamento.
  • Purtroppo, il Budasch occupa molto spazio e montarne due significherebbe perdere circa 8 cm di stampa su un asse.

L’Alimentatore

di un qualsiasi computer dovrebbe essere più che sufficiente. Specifiche del produttore alla mano, controlliamo che abbia almeno una decina di Ampires su qualche cavetto (di solito quello giallo da 12V, vedi connettore ATX). Sono necessari almeno 5V per alimentare Arduino e due cavi con 11A, 5A entrambi da 12V per la nostra Ramps.

Come si può notare dal precedente link, è presente un cavetto Verde di Abilitazione, che mantenendolo in cortocircuito con il Nero (0V) terrà in funzione l’alimentatore. Le uniche tensioni attive durante lo stand-by dovrebbero essere i cavetti Viola e Verde.
In caso volessimo anche il piano riscaldato (fondamentale per l’ABS) saremo costretti a cambiare componente ed acquistarne uno che riesca a fornire sui 30 Ampires. Per maggiori informazioni vi mando a questo articolo di Ivan Bortolin.

Perchè un alimenatore da 600 Watt non dovrebbe fornire sufficiente corrente per scaldare uno stupido resistore?

Eppure la potenza è il prodotto della tensione e della corrente, ma allora.. che stregoneria è mai questa!?

nononocat

Facciamo un esempio; se su un cavo da 12V l’alimentatore può fornire 10 Ampires, su due cavi medesimi potrà fornire massimo 5A ognuno (considerando che entrambi abbiamo un carico che assorba la corrente disponibile). Infatti utilizzando in parallelo due correnti non otterremo la somma di queste.

L’assemblaggio

è sicuramente un passaggio difficile, richiesti chili precisione, quintali di pazienza e una buona manualità. Munitevi anche di calibro, meglio se digitale. Questa guida è senz’altro tra le migliori e complete che abbia trovato, mi ha aiutato molto. Su RepRap sono disponibili introduzioni, piccole guide, parti 3D e risorse per ogni modello di stampante.

Una particolare attenzione al piano di stampa.

Un elemento fondamentale per ottenere una buona stampa 3D è la preparazione del piano di stampa. L’incubo della deformazione e del distacco del modello affligge spesso i neofiti durante le prime stampe di prova. Nel seguente articolo sono raccolti una serie di consigli pratici per evitare questi inconvenienti.

Pietro Meloni, su ShareMind ha pubblicato un interessante articolo dove spiega ed elenca vari materiali e adesivi per ricoprire la superficie, personalmente utilizzo i metodi da lui elencati, Nastro di carta per PLA e Vinavil per ABS, ottima reperibilità anche nel negozio dietro casa.

  • Durante il riscaldamento fissare il vetro alla base, una differenza di temperatura troppo elevata tra punti diversi potrebbe romperlo.
  • L’adesione migliore si è rivelata con il Plexiglass. Purtroppo presenta degli svantaggi, come la deformazione del piano stesso, o l’eccessiva adesione in caso di grandi stampe.

Il software?

Ho optato per Marlin, dopo svariate ricerche mi è sembrato il migliore. Su elettronicaIn c’è uno schema con i vari firmware a confronto.

Ora un po’ di calcoli

È giunta l’ora di configurare il nostro firmware. Per prima cosa andremo ad impostare la configurazione hardware che abbiamo scelto.

Prendendo in esame Marlin, apriamo il file Configuration.h, nelle prime righe del config troviamo define MOTHERBOARD, impostiamolo a 33 se utilizziamo Arduino+Ramps, sopra ci sono tutte le possibili configurazioni alternative descritte.

Ora andiamo a cercare la seguente riga per impostare i valori che permettono di muovere correttamente i motori stepper.

Ci troviamo di fronte ad un oggetto con 4 valori, i quali indicano gli steps necessari per generare uno spostamento di 1mm, i primi due indicano l’asse X e Y, il terzo indica l’asse Z quindi l’altezza, mentre l’ultimo l’estrusore.

Vediamo le formule nel più semplice del modi

Asse X e Y

Perché? Cosa? Quando? Rosa?
A: Gli step per rivoluzione dello stepper.
B: Il moltiplicatore di step ‘virtuali’ che può generare il driver
C: La larghezza del dente della puleggia in millimetri
D: Numero di denti della puleggia

Asse Z

Perché? Cosa? Quando? Giallo?
A: Gli step per rivoluzione dello stepper.
B: Il moltiplicatore di step ‘virtuali’ che può generare il driver
C: Il passo del filetto

Trovate il calcolatore online a questo indirizzo.

Estrusore

A*B: Sono ancora gli steps per rivoluzione
C: Numero di denti dell’ingranaggio grande
D: Numero di denti dell’ingranaggio piccolo (quello collegato diretto al motore)
E: Larghezza della Hobbed Bolt nel taglio in cui passa il filamento.

Il resto lo lascio a voi, è abbastanza intuitivo, la maggior parte dei valori non saranno da modificare.

Ci siamo quasi

Sei già a questo punto? Ottimo 🙂
Prima di eseguire le prime stampe, abbiamo bisogno di alcuni software per per affettare i modelli 3D.

Slic3r o Cura, due ottimi generatori di G-Code, i quali, dato uno o più modelli 3D in formato STL generano una serie di coordinate che, linea dopo linea andranno a formare l’oggetto da stampare.

All’apertura sarà necessario impostare alcuni parametri, utilizzate la configurazione guidata, fate bene attenzione a questi valori:

  • Nozzle Size, la dimensione del foro del nozzle, di solito 0.4mm.
  • Layer Height, l’altezza di ogni singolo strato, questo influenzerà pesantemente sulla velocità di stampa e sulla qualità! Anche sulla resistenza finale.
  • Tenete una velocità bassa per i perimetri esterni.

A questo punto caricare il vostro primo modello 3D, magari un cubetto 1×1 cm per poi, una volta stampato verificheremo che sia veramente delle giuste dimensioni, ora salviamo, Cura: File > Save G-Code. / Slic3r: Export G-Code.

Fatto! Ho il GCode!

Bene, scarichiamo un tool che si interfacci alla stampante, come Pronterface (questo possiede già una copia di Slic3r integrata, quindi potrebbe aprire direttamente i modelli STL), andiamo a caricare il codice generato precedentemente tramite il pulsante Load File.

Preparazione per la stampa di una cover

Preparazione per la stampa di una cover

Come si può notare, l’interfaccia è semplice, abbiamo un pannello a sinistra dove è possibile muovere ogni asse manualmente, sotto impostiamo le temperature, e a sinistra la console per comunicare direttamente con la stampante 3D ed ottenerne risposte.

  • Con un modulo SD Card Reader è possibile saltare questo passaggio e memorizzare i modelli direttamente nella memory card.

Prima di stampare

  • Assicurati che l’HotEnd si trovi ad una temperatura adeguata.
  • Estrudi qualche millimetro di plastica affinché fuoriesca dal nozzle. Lasciando l’hotend caldo e fermo, la plastica potrebbe fuoriuscire e quindi svuotandosi.
  • Regola bene il piano di stampa! Un cattivo allineamento non permetterà buone stampe.
  • Tra il nozzle e il piano di stampa dovrebbero passarci 2 fogli di carta perché sia a giusta distanza.
  • Assicurati di aver installato una ventola per raffreddare il materiale appena si deposita, questo eviterà che le stampe si deformino.
  • Inserisci una spugnetta di gomma piuma prima dell’estrusore così da pulire il filamento prima che venga sciolto.

La Manutenzione

Essendo macchinari artigianali avranno bisogno di molta cura e delicatezza, non forzare e non applicare pressioni sugli assi, potresti deformare le barre lisce. Tienile sempre pulite e lubrificate con un olio morbido, un telaio chiuso eviterà che la polvere si depositi.

E ora… Si stampa!

Aspetta aspetta! e se… Volessi creare i miei modelli?

Puoi utilizzare svariati programmi di grafica 3D, tra cui, 123Design, Google Sketchup, Blender.

Se vuoi iniziare, dovrai necessariamente leggere qualche guida all’utilizzo di uno di questi programmi, ricorda che ogni modello da stampa dovrà essere necessariamente Manifold, cioè non dovrà mai avere facciate interne o sovrapposte.

Quali sono i primi modelli che potrei stampare?

Su thingiverse c’è solo l’imbarazzo della scelta, tra i miei preferiti troviamo: la bottiglia razzo, il cubo di Portal, Heart Gears e il reattore di Tony Stark’s. Ma perché non un motore di una Toyota?

Link utili

  1. thingiverse.com pieno di modelli, da non perdere.
  2. reprap.org
  3. shop.arcol.hu Hobbed bar, cinghie, pulegge, cuscinetti etc..
  4. Approfondimenti sulla calibrazione

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