Licenta Imprimanta 3d Dunareanu Emanuel 1.0 (1) Buna [305039]

UNIVERSITATEA „CONSTANTIN BRÂNCUȘI” DIN

TÂRGU JIU

FACULTATEA DE INGINERIE SI DEZVOLTARE DURABILĂ

AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ

STUDIUL UNUI

SISTEM DE IMPRIMARE 3D

[anonimizat]. Lucr. univ. dr. ing. ILIE BORCOȘI

Absolvent: [anonimizat]

2017

CUPRINS

Capitolul 1. Introducere …………………………………………………………………………………… pag. 4

Informatii generale……………………………………………………………………….. pag. 4

Functionarea unei imprimante 3D……………….. ………………………………… pag. 5

Etape pentru realizarea unui obiect 3D …………………………………………… pag. 7

Termeni uzuali folositi :………………………………………………………………… pag. 8

Istoric ………………………………………………………………………………………… pag. 9

Avantajele sistemelor de printare 3D……………………………………………….pag. 11

Capitolul 2. Descrierea elementelor componente ale unui sistem de imprimare 3D…….. pag 14

2.1 Caracteristicile tehnice ale imprimantei 3D ,,VELLEMAN 3D K8200”.pag. 14

2.2. Descrierea elementelor componente ale ansamblelor unui sistem de imprimare 3D ,, VELLEMAN 3D K8200”…………………………………………… pag. 16

2.2. 1 [anonimizat]…………………………………………………….. pag. 16

2.2. 2 Ansamblu actionare transportor axa X………………………………………… pag. 16

2.2. 3 Ansamblu de ghidare a mesei pe axa X …………………………………….. pag. 17

2.2. 4 Ansamblu de ghidare a mesei pe axa Y……………………………………… pag. 18

2.2. 5 [anonimizat]……………………pag. 19

2.2. 6 Ansamblu actionare transportor axa Y………………………………………….pag. 19

2.2. 7 Unitate PC (Laptop)…………………………………………………………………..pag. 20

2.2. 8 Controlerul de comanda……………………………………………………………..pag. 20

2.2. 9 [anonimizat] Z ……………………………………pag. 21

2.2. 10 [anonimizat] Ø3 mm (1/8")……………………………..pag. 22

2.2. 11 Ansamblu traversa fixa de rigidizare montanti…………………………….pag. 23

2.2. 12 Ansamblu traversa mobila suport extruder …………………………………pag. 23

2.2. 13 Ansamblu de actionare filament PLA in extruder ………………………..pag. 24

2.2. 14 Ansamblu actionare verticala a extruderului………………………………..pag. 26

Capitolul 3. Descrierea utilizarii si functionarii unui sistem de imprimare 3D………..…pag. 29

3.1 Punerea in functionare a unui sistem de imprimare 3D. …………………….pag. 29

3.2. Setarile in RepetierHost pentru conectarea imprimantei 3D la PC………pag. 30

3.3 Conectarea propriuzisa a imprimantei 3D la calculator(PC)………………..pag. 36

3.4 Verificarile si setările procesului de imprimare 3D……………………………pag. 39

3.5 Calibrarea imprimantei 3D(asigurarea geometriei imprimantei)………….pag. 42

3.6 Introducere ,,Model 3D” in ,,RepetierHost si felierea” cu ,,slic3r”………pag. 45

3.7 Observatii legate de folosirea imprimantei 3D………………………………….pag. 57

Concluzii ……………….………………………………………………………………..…..pag. 65

Bibliografie……………………………………………………………………………….pag. 67

Capitolul 1.

Introducere

Informatii generale

Printarea 3D, sau „additive manufacturing” („prelucrarea cumulativă”), conform limbajului de specialitate, este pe cale să transforme toate aspectele existenței umane. Acest fapt nu transformă doar ingineria, ci oricare domeniu al stiintei precum educația, arheologia, aeronautica, astronautica, medicina, biologia și chiar industria alimentară [1].

Imprimantele 3D pot „printa” obiecte tridimensionale din aproape orice material – de la nailon până la sticlă și de la ciocolată până la titan – totul după cele mai complexe rigori geometrice [1].

Momentan se pune accent pe compoziția materiei „printate” – mergandu-se dincolo de modelarea geometrică, până la modelarea structurii interne a materialelor multiple în tipare complexe. Putem deja printa amestecat materiale dure și fragile în tipare care creează comportamente structurale noi și bizare, asemenea materialelor care se extind lateral atunci când sunt întinse longitudinal [1].

Un alt efort este controlul asupra „comportamentului”, astfel vom merge dincolo de a influența forma și compoziția materiei. Vom putea, să programăm materialele să funcționeze în moduri arbitrare – să simtă și să reacționeze, să calculeze și să se manifeste – avansând de la funcționalitatea mecanică a unui obiect la controlarea felului în care acesta procesează informația și energia [1].

Atunci când aceast stadiu va fi atins, vom putea „printa”, teoretic, orice – de la un telefon mobil și până la un robot care va ieși din imprimantă pe picioarele proprii, având bateriile incluse. Faptul acesta va crea o nouă paradigmă inginerească, una nu prea diferită de biologie [1].

O imprimantă 3D este un dispozitiv ce realizează obiecte fizice folosind ca și intrări fișiere electronice create cu ajutorul pachetelor software de grafică tridimensională – 3D. Imprimanta depune pe o suprafață de lucru straturi succesive de pulbere. Fiecare strat are o grosime de 0,1 mm. Un cap de imprimantă pulverizează după fiecare depunere, un jet fin de adeziv, jet de adeziv ce solidifică punctual pulberea astfel încât să fie respectat conturul tridimensional al obiectului. După fiecare ciclu de depunere a pulberii și pulverizare de adeziv, suprafața de lucru este coborâtă cu 0,1 mm – corespunzător grosimii stratului de pulbere ce urmează a fi depus. Odată cu adezivul pot fi pulverizate și culori (în sistemul CYM) astfel încât obiectele realizate să fie colorate [2] ; [3] ; [4].

Hod Lipson crede că, dacă oamenii s-au disociat de strămoșii lor prin crearea de unelte, atunci fabricarea cumulativă reprezintă unealta supremă, una care va transforma cultura umană în feluri greu de anticipat [1].

Spre deosebire de metodele traditionale de fabricatie prin care formele sunt obtinute fie din turnarea unor materiale in matrite pre-existente, fie prin indepartarea materialului in surplus din materialul de baza / proces substractiv, printarea 3D incepe cu modelul digital pe care il transforma in forme solide prin depunerea de straturi succesive de material, unul peste altul, urmand indicatiile computerului [5]; [6] .

Functionarea unei imprimante 3D

Schema de principiu a unei imprimante 3D ce poate printa modele 3D din format digital, in general .stl este prezentata in Fig. 1.1. Aceasta sparge fisierul in straturi orizontale, care sunt citite unul dupa altul si in functie de care materialul este asezat in forma, strat dupa strat (Fig 1.1) [5]; [6].

Fig. 1.1

Modelul digital devine real in toata complexitatea lui, fara a mai fi nevoie de interventia oricarei alte masinarii sau tratament necesar tehnologiilor traditionale [5]; [6] .

Astfel, timpul câștigat permite producătorilor să testeze mai multe variante ale componentelor și să ajungă la versiunea finală mult mai repede.

Imprimantele 3D utilizează fișiere produse cu ajutorul unor pachete software de grafică 3D sau CAD. Obiectele conținute în aceste fișiere sunt discretizate (feliate) în suprafețe bidimensionale, suprafețe care atunci când sunt suprapuse, formează obiectul inițial. Fiecare suprafață corespunde unei depuneri de pulbere de 0,1 mm [2]; [3]; [4] .

Fig. 1.2

Interfața imprimantelor 3D permite importarea și prelucrarea diferitelor formate de fișiere. Software-ul permite rotirea, scalarea și poziționarea obiectelor 3D pe suprafața de lucru [2]; [3]; [4] .

Imprimantele 3D folosesc sapte tehnologii asemanatoare, dar totusi diferite si anume :

Stereolithography(SLA)

Digital Light Processing(DLP)

Fused Deposition Modeling (FDM)

Selective Laser Sintering (SLS)

Selective Laser Melting (SLM)

Electronic Beam Melting (EBM)

Laminated Object Manufacturing (LOM) [7] .

Cele mai intalnite modalitati de printare 3D sunt:

Prin depozitie de material (FDM) unde materialul este adaugat in straturi de cateva sutimi de mm pana la 1 sau 2mm grosime pentru a se creea obiectul dorit.

Prin stereolithografie (SLA) unde dintr-un recipient cu rasina sensibila la lumina ultravioleta se formeaza obiectul cu ajutorul unui laser.

Sinterizare selectiva cu laser unde materialul de constructie este sub forma de pulbere din care se aseaza straturi subtiri si se topesc cu ajutorul unui laser in forma dorita [7].

Etape pentru realizarea unui obiect 3D

Pentru realizarea unui obiect 3D se parcurg etapele:

1. Obiectul 3D este importat și “așezat” pe suprafața de lucru cu ajutorul softwareul Imprimantei;

2. Imprimanta depune un strat inițial de pulbere – strat support;

3. Imprimanta 3D începe să depună succesiv straturi de pulbere peste care este pulverizat adeziv conform suprafeței bidimensionale procesate;

4. După fiecare pulverizare se așteaptă solidificarea adezivului;

5. După terminarea modelului 3D, pulberea în exces este aspirată cu ajutorul unui dispozitiv special pentru a fi refolosită;

6. Modelul 3D rezultat este suflat cu aer comprimat într-o incintă specială pentru a îndepărta toate urmele de pulbere;

7. Funcție de destinația obiectului final, acesta poate fi impregant cu diverse substanțe astfel încât să aibă durabilitatea cerută. Utilizarea unor rășini epoxidice, face posibil ca, obiectele produse cu ajutorul unei imprimante 3D sa poata fi folosite și în viața reală [2]; [3]; [4].

Printre obiectele ce pot fi printate 3D cu tehnologia FDM sau rasina fotopolimerica se afla: machete de arhitectura, recipiente (tip sticla, pet, detergent, suc, cana etc), carcase pentru noi device-uri electrice / electronice, suport pentru camere video (de ex., GoPro), jucarii, statuete in miniatura, pattern-uri variate, orice obiect in miniatura, embleme, accesorii pentru industria fashion (brose, pandantive, bratari, inele, masti etc), parti sau piese stricate sau sparte ale obiectelor casnice, piese plastice pentru bicicleta si masina. Si lista ar putea continua.

Manufactura aditiva (sau printarea 3D) a capatat un avant de proportii in domeniul stomatologiei si medicinei, printarea de oase sau tesut uman au inceput sa prinda contur intr-un context ce pare mai degraba desprins din literatura SF [6]; [5].

Termeni uzuali folositi

Exista cativa termeni in printarea 3D, concepte care definesc densitatea unui obiect printat, grosimea suprafetei care ii da conturul exterior si calitatea finala:

Infill

Imprimantele 3D economisesc timp si material, interiorul obiectelor nefiind in intregime solid. Acesta poarta numele de “infill” si are aspectul unui fagure care umple obiectul. Infill-ul este cel care da densitatea printului(Fig 1.3). Cu cat densitatea caroiajului de umplere / infill-ului creste, cu atat creste si rezistenta obiectului [6].

Fig. 1.3

Shells

Infill-ul este inconjurat de peretii obiectului, formati dintr-un anumit numar de straturi / “shells”. Daca ne gandim la fiecare strat depus al unui obiect ca la un desen dimensional prevazut cu doua axe X si Y, atunci numarul de “shells”-uri ale unui obiect se refera la numarul de ori de care conturul desenului este refacut. In cazul in care imprimanta traseaza doar o data conturul, se spune ca obiectul are un singur “shell”; in cazul în care este trasat conturul si a doua oara, atunci putem spune ca obiectul are doua “shells”-uri. Aceste ”shells”-uri, straturi foarte dense, asezate unul langa altul, formeaza de fapt partea exterioara a obiectului [6].

Rezolutie de printare

Numarul de straturi intr-un print sau rezolutia obiectului este determinat de programarile facute pentru inaltimea unui strat depus. Inaltimea stratului este masurata in microni (o milionime dintr-un metru). Pentru a obtine o inalta rezolutie / un obiect cu o suprafata cat mai neteda (cat mai putin texturata) trebuie folosite straturi foarte subtiri. Cu o imprimare de inalta rezolutie, straturile obiectului devin dificil de observant, deoarece acestea pot fi imprimate chiar la fel de subtire ca o foaie de hartie, la o grosime de doar 100 de microni (0,1 mm). Obiecte realizate de o imprimanta cu o rezolutie mica au mai putine straturi si mai groase. Acestea par dure la atingere si contin straturi care sunt putin mai vizibile cu ochiul liber, asemanatoare cu inelele unui copac [6].

Istoric

Imprimarea 3D reprezinta o tehnologie nu atat de noua pe cat s-ar crede, insa care, in ultimul deceniu, a devenit din ce in ce mai accesibila maselor permitand, incurajand si mai mult decat atat, stimuland inovatia si cresterea eficientei in numeroase domenii prin libertatea de proiectare fara precedent, lipsa necesitatii uneltelor, timp si costuri scazute [8].

Pentru a putea avea o viziune de Ansamblu asupra modului in care a aparut si s-a dezvoltat imprimarea 3D trecand ulterior de la stadiul de tehnologie la fenomen cu implicatii nu numai industriale, ci si in randul hobbistilor, este necesara intoarcerea in timp, in anii ’80, Cele mai vechi tehnologii de imprimare 3D au devenit prima data vizibile la sfarsitul anilor ’90, moment in care au fost numite tehnologii de prototipare rapida (RP) [8].

1980 – Prima cerere de brevet pentru prototipare rapida – dr. Kodama, din Japonia.

1983 – Charles Hull inventeaza primul sau aparat de stereolitografie

Tehnologia SLA avea sa lucreze in baza unui proiector cu laser combinat cu o rasina fotosensibila (lichid cu vascozitate si culoare asemanatoare cu cea a mierii), proces din ce in ce mai raspandit astazi: obiectele sunt construite intr-o cuva plina cu rasina – un laser sau alte surse de iluminat asemanatoare cu un proiector solidifica fiecare strat de rasina pana cand obiectul este finalizat, procedeu denumit fotopolimerizare [8] .

1986 – Charles Hull obtine brevetul pentru aparatele de stereolitografie (SLA)

Primul sistem de prototipare rapida comercial apartinand 3D Systems, a fost introdus în 1987 sub denumirea de SLA-1 [8] .

1989 – Carl Deckard obtine brevetul pentru procesul RP de sintetizare cu laser selectiva (SLS)

SLS reprezenta un nou proces de manufactura aditiva prin sinterizarea strat cu strat de pulberi de non-metalice (materialele plastice, ceramică, sticlă etc. ) cu ajutorul unui fascicul laser, fara a le topi complet, ci contopindu-le la nivel macromolecular [8] .

1992 – Brevetul pentru FDM pentru STRATASYS

Modelarea prin extrudare termoplastica, a adus imprimantele 3D in casele oamenilor de rand datorita simplitatii procesului: Un material plastic precum PLA sau ABS era introdus într-un extruder / cap de printare fierbinte care topea plasticul, transformându-l într-un lichid lipicios si vascos. Imprimanta preia apoi instrucțiunile de pe computer prin intermediul unui fisier codat și depune plasticul topit, strat cu strat, până ce intregul obiect capata forma [8].

1999 – Apar primele progrese in domeniul medical – organele proiectate

Primul organ construit intr-un laborator, un schelet sintetic, acoperit cu propriile celule ale pacientilor si realizat cu ajutorul imprimantei 3D, a fost implantat unor tineri care necesitau o marire a vezicii urinare. Tehnologia dezvoltata de oamenii de stiinta de la Institutul de Medicina Regenerativa Wake Forest a deschis usa dezvoltarii altor strategii de realizare a organelor proiectate, incluzand chiar printarea acestora. (Fig 1.4). Fiind realizate cu celulele pacientilor, exista un risc mic ca aceste organe sa fie respinse de organism. [8] .

Fig. 1.4

2002 – Primul rinichi printat 3D

Datorita printarii 3D, medicina a avansat catre proiectarea unor parti ale corpului uman din ce in ce mai complexe. Oamenii de stiinta au creat un rinichi multifunctional, in miniatura, pentru un animal. Rinichiul era capabil sa filtreze sangele si sa produca urina diluata [8].

2005 – Proiect “open-source” pentru imprimarea 3D

Dr. Adrian Bowyer de la Universitatea din Bath porneste un proiect open-source (RepRap) pentru a construi o imprimantă 3D care sa se multiplice prin autoreplicare – o imprimanta care sa poata realiza majoritatea propriilor sale componente [8] .

2006 – Personalizarea in masa a sectorului de productie

Imprimanta era capabila sa imprime in mai multe materiale, inclusiv elastomeri si polimeri, permitand si ca o singura parte a produsului sa fie realizata cu o varietate de densitati si proprietati ale materialului [8] .

2008 – Prima imprimanta “open-source”

Prima persoana s-a putut deplasa pe o proteza de picior imprimata 3D, structura complexa cu toate părțile functionale care necesita asamblare – genunchi, picior, talpa etc.[8].

2009 – De la celule la vase de sange

Compania Organovo, aduce noi descoperiri in domeniul de bioprinting si bazandu-se pe tehnologia Dr. Gabor Forgacs, foloseste o imprimanta 3D pentru a “printa” 3D primul vas de sange [8] .

2012 – Prima proteza de maxilar imprimanta 3D

Cativa medicii si ingineri din Olanda folosesc o imprimantă 3D făcută de LayerWise pentru a imprima o proteza de maxilar inferior tridimensionala, personalizata, care este ulterior implantata unei batrane de 83 de ani, suferind de o infecție osoasă cronică. Tehnologie la momentul respectiv in curs explorare, se va orienta in anii urmatori catre cresterea de tesut osos nou [8] .

2014 – De pe pamant in spatiu

SpaceX, o companie privata care proiecteaza, construieste, si lanseaza nave spatiale si rachete pe orbita terestra de joasa altitudine, isi anunta intentia de a construi parti pentru proiectele sale cu ajutorul imprimantelor 3D cu metal si implicand tehnologia Leap Motion / bazata pe miscarea mainii si casti pentru realitatea virtuala.

Chiar si NASA este un sustinator major al imprimarii 3D, de la alimente la prima imprimanta 3D în spatiu [8].

Avantajele sistemelor de printare 3D

Privita ca un procedeu modern de fabricatie ce promite transformarea viitorului intr-un mediu sustenabil si personalizat individual, printarea 3D sau manufacturarea cu aditivi pe baza unui model digital are numeroase aplicatii (…) si o serie de avantaje:

Reducerea costurilor

Costuri de mii de euro pot fi vizibil reduse prin eliminarea unor etape preliminare apartinand procesului de productie in serie (matritare, slefuire / aschiere a uneltelor necesare etc.), permitand totodata efectuarea mult mai rapida si ieftina a modificarilor cerute [9].

Optimizarea designului

Prototipul dorit poate respecta intocmai orice specificatii impuse prin designul initial. Intentiile si asteptarile calitative trec din fisierul CAD catre obiectul final, permitand modificari rapide in design [9].

Posibilitatea personalizarii

Obiectele printate 3D pot fi usor personalizate in stadiul de model digital, in functie de o serie de factori: necesitati, viitoare utilizare, caracterul si cerintele utilizatorului etc. Printurile 3D sunt in intregime pliate si raspund intru totul mai multor probleme simultan [9].

Redarea la un grad de complexitate ridicata

Fiecare strat de material pe care imprimanta il depune pe suprafata de printare este realizat secvential, ceea ce permite crearea unor structuri interne complexe care prin modalitatile de modelare traditionale nu ar fi posibile. Daca duritatea sau rezistenta sunt calitatile dorite pentru prototipul necesar, in procesul de aditie a materialului, imprimanta 3D poate creea goluri interioare partiale, umplute cu structuri in fagure, rezultand ca alternativa obiecte deosebit de usoare si totodata rigide. In cazul unor obiecte ce depasesc ca dimensiuni suprafetele destinate printarii, acestea pot fi impartite pe bucati si printate separat, ulterior fiind lipite / unite pentru a da un intreg [9].

Scaderea timpului de productie

Modelele produse prin prototipare rapida pot fi manufacturate in doar cateva ore sau zile, implicand efectiv durata de printare a imprimantei in functie de complexitatea modelului si post-procesarea obiectului tridimensional printat (…). Orice termeni de timp impusi pana acum dispar prin prototiparea rapida cu ajutorul imprimantelor 3D [9].

Economia de material

Printarea 3D permite productie limitata si la comanda; consumul de material fiind punctual, in functie de proiect fara pierderi in exces si adeseori inutile de material [9].

Promovarea principiului sustenabilitatii

Procesul de printare 3D este considerat de unele persoane din domeniu drept sfarsitul trendului “invechirii planificate”. Produsele pot fi facute la comanda, in functie de necesitati si usor de reciclat datorita materialelor versatile. In plus, multe dintre materiale sunt ecologice – compatibile cu domeniul alimentar (“food safe”) si implicit cu mediul inconjurator, fara a consuma resurse in exces [9].

Printarea 3D este solutia ideala pentru cei mai exigenti designeri si ingineri. Proces de doar cateva ore, prototiparea rapida ajuta organizatiile :

– sa isi imbunatateasca modul de comunicare in ceea ce priveste dezvoltarea unor noi produse;
– sa isi scurteze ciclul de proiectare;
– sa aduca pe piata produse de calitate superioara inainte competitiei;
– sa imbunatateasca precizia modelelor;
– sa elimine greselile costisitoare;
– sa aduca inovatie si calitate ridicata;
– sa optimizeze modul de colaborare intre ingineri, departamentele de marketing si vanzari si echipa de management prin prezentari elaborate [9].

Imprimantă 3D ce utilizeaza tehnologia FDM (Fused Deposition Modeling-) Modelarea depunerii fuzionate-Modelare prin Extrudare Termoplastica adica depunere de material topit. Poate procesa materiale termoplastice : ABS și PLA. Ambele devin maleabile atunci când sunt încălzite – în acest fel, se pot modela în timp ce acestea sunt încălzite și își păstrează forma (noua) când se răcesc [10].

PLA (acid polilactic) este un biopolimer, adică un material biodegradabil din plastic. Este fabricat din materii prime regenerabile, cum ar fi amidonul de porumb sau trestia de zahăr. În afară de imprimarea 3D, este folosit în mod obișnuit pentru ambalarea materialelor, a foliei de plastic, a cutiilor din plastic și a sticlelor de plastic . Este considerat a fi mai ecologic decât ABS – este fabricat din plante [10].

ABS (Styrene acrilonitril-butadienă) este un material plastic pe bază de ulei. Este un material dur care poate fi folosit pentru a creea obiecte din plastic robuste pentru uzul cotidian, de exemplu în mașini, echipamente electrice sau chiar în cărămizile populare Lego [10].

Capitolul 2.

Descrierea elementelor componente ale unui sistem de imprimare 3D.

Pentru a aprofunda intelegerea sistemului de imprimare 3D am ales sa studiem imprimanta 3D ,, VELLEMAN 3D K8200” ce necesita unele software pentru a conduce unitatea și imprimarea 3D a desenului sau fișierului .

Pentru calculatorul cu sistem de operare Windows , Kit-ul imprimantei lucreaza cu Repetier versiunea 0.84 sau (RepetierHost_0_95; RepetierHost_1_0_6; RepetierHost_1_5_6; RepetierHost_1_6_2; RepetierHost_2_0_1), software oferite gratuit de pe site-ul Web Repetier(https://www.repetier.com/download-now/) .

2.1 Caracteristicile tehnice ale imprimantei 3D ,, VELLEMAN 3D K8200”

Caracteristicile tehnice:

rulmenti liniari cu bile: ø8 si ø10mm (0.314" si 0.393")

tehnologie: FFF (Fused Filament Fabrication) pentru PLA si ABS

alimentare: 12V / 3A max.

dimensiuni zona printabila: 20 x 20 x 20cm / 7,87 x 7,87 x 7,87"

viteza tipica de printare: 120mm/s

viteza maxima de printare: 150÷300mm/s (in functie de obiectul ce urmeaza a fi printat)

duza de extrudare: 0,5mm

profile extrudate din aluminiu: 27,5mm / 1,08" latime

miscare: 4 motoare pas cu pas NEMA 17 [11].

Rezolutie:

rezolutie mecanica nominala:

X si Y: 0,015mm (cel mai mic pas de pe placa de printare in directia X si Y)

Z: 0,781 µm (cel mai mic pas de pe placa de printare in directia Z)

rezolutia de printare nominala:

grosime perete (X, Y): 0,5mm / 0,019"

grosime strat (Z): 0,020 – 0.25mm / 0,0078 – 0,0098" [11].

Dimensiuni de gabarit :

latime: 50 cm / 19,7"

adancime: 42 cm / 16,5"

inaltime: 62 cm / 24,4"

greutate: 9 kg [11]

Din punct de vedere functional imprimanta 3D ,, VELLEMAN 3D K8200” dupa cum este prezentata in fig.2.1 este compusa din urmatoarele ansamble :

1 – Ansamblu suport cadru-sasiu

2 – Ansamblu actionare transportor axa X

3 – Ansamblu de ghidare a mesei pe axa X

4 – Ansamblu de ghidare a mesei pe axa Y

5 – Ansamblu masa de prelucrare piese

6 – Ansamblu actionare transportor axa Y

7 – Unitate PC (Laptop)

8 – Controllerul de comanda

9 – Ansamblu montant stanga – dreapta axa Z

10 – Ansamblu rola – filament PLA Ø3 mm (1/8")

11 – Ansamblu traversa fixa de rigidizare montanti

12 – Ansamblu traversa mobila suport extruder

13 – Ansamblu de actionare filament PLA in extruder

14 – Ansamblu de actionare verticala a extruderului

Fig. 2.1

2.2. Descrierea elementelor componente ale ansamblelor unui sistem de imprimare 3D ,, VELLEMAN 3D K8200”.

2.2. 1 – Ansamblu suport cadru-sasiu

Ansamblu suport cadru-sasiu Fig.2.2 , este format din 4 profile(a) din aliaj de aluminium prinse la capete cu 4 coltare(b) prevazute cu suruburi de prindere si fixare rapida de inalta precizie.

La cele 4 colturi ale ansamblului suport cadru-sasiu sunt prevazute cu 4 picioare de rezemare reglabile(c).

Fig. 2.2

2.2. 2 – Ansamblu actionare transportor axa X

Ansamblu actionare transportor axa X Fig.2.3 este format dintr-un motor electric pas cu pas(a), montat pe o placa de baza(b) si prevazut cu o roata de curea dintata-conducatoare(c) si cu o roata de curea dintata-condusa(d) ce antreneaza intrun sens sau altu prin intermediul unei curele dintate(e) ,,Ansamblu de ghidare a mesei pe axa X”(f).

Fig. 2.3

Motorul electric pas cu pas este: „un dispozitiv electromecanic care converteste impulsurile electrice în miscari mecanice discrete”.

Axul motorului pas cu pas se roteste cu pasi incrementali discreti când este aplicata în secventa corecta o comanda electrica în pulsuri. Rotatia motorului este strâns legata de caracteristicile acestor impulsuri electrice. Astfel directia de rotatie a motorului este direct legata de secventa în care sunt aplicate pulsurile electrice, de asemenea si viteza de rotatie este direct dependenta de frecventa impulsurilor electrice iar deplasarea unghiulara este direct dependenta de numarul de pulsuri electrice aplicate [12].

Fiecare rotatie a axului motorului este alcatuita dintr-o serie de pasi discreti. Un pas este definit ca fiind rotatia unghiulara a axului motorului la aplicarea unui impuls de comanda. Fiecare impuls face ca axul sa se roteasca cu un anumit numar de grade caracteristic fiecarui tip de motor. Un „pas unghiular” reprezinta rotatia axului motorului la fiecare pas, si se masoara în grade [12].

Imprimanta 3D ,, VELLEMAN 3D K8200” utilizeaza motor pas cu pas Nema 17 (0,5Nm) ce are urmatoarele caracteristci tehnice :

Flansa standard Nema 17 (42,3 x 42,3 mm);

Unghi pas: 1,8 grade (200 pasi/tura);

Dimesiune ax Ø5 mm;

Cuplu static : 0,5 Nm;

Cuplul de blocare.: 0,22 Kg.cm;

Curent nominal : 1,7 A;

Inertie rotor : 68 g/cm2;

Rezistenta 1,78 Ω,

Inductanta 2,9 mh;

Numar fire: 4 / Comanda bipolara;

Lungime motor : 48 mm.

2.2. 3 – Ansamblu de ghidare a mesei pe axa X

Ansamblu de ghidare a mesei pe axa X-Fig.2.4, este format dintro placa metalica(a) prevazuta cu alveole pe care sunt montate 4 lagare(b) cu rulmenti liniari (c) ce culiseaza pe 2 tije(d) de ghidare ø8 ce sunt rezemate si fixate in suportul Ansamblu suport cadru-sasiu (f).

Lagarele sunt prevazute cu ,,Rulment liniar LM8UU” – rulment liniar cu bile recirculabile pentru arbori de precizie de 8mm.

Fig. 2.4

2.2. 4 – Ansamblu de ghidare a mesei pe axa Y

Ansamblu de ghidare a mesei pe axa Y-conform (Fig.2.5 ), este format din 2 tije(a) de ghidare ø8 ce sunt rezemate si fixate la ambele capete in cele doua suportri (b).

Pe cele 2 tije(a) de ghidare ø8 culiseaza 4 lagare(c) cu rulmenti liniari(d), montate sub placa de rigidizare(e), placa care este prevazuta cu alveole si gauri de prindere a patului incalzit.

Lagarele sunt prevazute cu ,,Rulment liniar LM8UU” – rulment liniar cu bile recirculabile pentru arbori de precizie de 8mm.

Fig. 2.5

2.2. 5 – Ansamblu masa de prelucrare piese-patul de incalzire

Ansamblu masa de imprimare piese 3D – patul de incalzire-conform (Fig.2.6) este format dintr-o palca PCB(a) prins cu 4 suruburi(b) pe ,,Ansamblu transportor axa X”.

Placa PCB din engleză Printed Circuit Board, este o placă cu cablaj imprimat (a) – pat conectat si incalzit electric asigurand o temperatura de 50 °C prin intermediul unui termistor NTC(c) astfel incat sa fie asigurate conditiile optime de printare in ce priveste temperatura necesara a suprafetei de contact a placii PCB(a) – mesei pe care se executa printarea 3D.

Fig. 2.6

2.2. 6 – Ansamblu actionare transportor axa Y

Ansamblu actionare transportor axa Y, conform (Fig.2.7) este format dintrun motor electric pas cu pas(a), montat pe o placa de baza(b) a Ansamblului de ghidare al axei Y.

Motorul electric pas cu pas(a) este prevazut cu o roata de curea dintata-conducatoare(c) si cu o roata de curea dintata-condusa(d) ce antreneaza intr-un sens sau altul cureaua dintata(e) ce la randul ei deplaseaza ,,Ansamblu de ghidare a mesei pe axa Y” (f) prin faptul ca ramura superioara a curelei dintate(e) este fixata pe ,,Ansamblu de ghidare a mesei pe axa Y” (f).

Fig. 2.7

2.2. 7 – Unitate PC (Laptop)

Se utilizeaza o unitate PC sau Leptop cu caracteristicile :

PROCESOR

Frecventa procesor (GHz): 2.0GHz

HDD & RAM

Capacitate HDD: 128GB

Frecventa Memorie RAM: 2133 MHz

Memorie standard: 8GB

Display & Video

Chipset video: Intel GMA HD 520

PORTURI

USB 2.0: 1 x USB 2.0

USB 3.0: 2 x USB 3.0

2.2. 8 – Controlerul de comanda

Controlerul de comanda-conform (Fig.2.8) este un controler specific pentru imprimanta Velleman 3D K8200 .

Fig. 2.8

Detalii :

Imprimanta 3D funcționează pe deplin cu acest modul!

Este necesar un calculator pentru felierea obiectului 3D

Controlerul de comanda ofera si printarea direct de pe cardul SD pe care in prealabil a fost salvat fisierul de printat.

Afișeaza temperatura în timp real , temperatura extruderului și temperatura patului încălzit.

Afișeaza numarul de layere(trepte-felieri-straturi)

Controlerul de comanda este prevazut cu buton de resetare.

Controlerul de comanda este prevazut cu slot pentru card SD.

Ecran LCD 4 x 20 caractere cu iluminare.

Dimensiuni: 80 x 50 x 45 mm / 3.15 x 1.96 x 1.77 "

2.2. 9 – Ansamblu montant stanga – dreapta axa Z

Ansamblu montant stanga – dreapta axa Z – conform Fig.2.9 este format din 2 profile din aliaj de aluminium(a) si (b) prinse in pozitie verticala : la partea superioara de ,,Ansamblu traversa fixa de rigidizare montanti” (c) cu 4 coltare(d) iar la partea inferioara pe ,, Ansamblu suport cadru-sasiu(e) cu 4 coltare(d) prevazute cu suruburi de prindere si fixare rapida de inalta precizie.

Fig. 2.9

2.2. 10 – Ansamblu rola – filament PLA Ø3 mm (1/8")

Ansamblu rola – filament PLA Ø3 mm (1/8")-conform Fig.2.10 este format dintr-un ax orizontal(a) fixat pe ,,Ansamblu montant stanga – dreapta axa Z – (b) si care sustine rola cu filament PLA Ø3 mm (1/8")(c).

Imprimantă 3D utilizeaza tehnologia FDM (Fused Deposition Modeling- Modelarea depunerii fuzionate) poate procesa materiale termoplastice : PLA ca in cazul de fata.

PLA (acid polilactic) devine maleabil atunci când este încălzit – în acest fel, se poate modela în timp ce acesta este încălzit și își păstrează forma (noua) când se răcește.

PLA (acid polilactic) este un biopolimer, adică un material biodegradabil din plastic. Este fabricat din materii prime regenerabile, cum ar fi amidonul de porumb sau trestia de zahăr. În afară de imprimarea 3D, este folosit în mod obișnuit pentru ambalarea materialelor, a foliei de plastic, a cutiilor din plastic și a sticlelor de plastic . Este considerat a fi mai ecologic decât ABS – este fabricat din plante.[ 1 ]

Fig. 2.10

2.2. 11 – Ansamblu traversa fixa de rigidizare montanti

Ansamblu traversa fixa de rigidizare montanti-conform (Fig.2.11) este formata dintr-un profil din aliaj de aluminium pins la capete cu 4 coltare prevazute cu suruburi de prindere si fixare rapida de inalta precizie.

Traversa de rigidizare montanti, prin cele 4 coltare este asamblata cu suruburi de prindere si fixare rapida in pozitie orizontala astfel asigurand rigiditatea imprimantei 3D.

Fig. 2.11

2.2. 12 – Ansamblu traversa mobila suport extruder

Ansamblu traversa mobila suport extruder conform (Fig.12) este formata dintr-un profil orizontal din aliaj de aluminium, fixat la un capat pe suportul de ghidare, ce are 4 lagare cu rulmenti liniari ce culiseaza pe cele 2 tije ø8 de ghidare vertical ale montantului

Fig. 2.12

stanga, iar la celalalt capat al profilului orizontal este prevazuta cu un lagar cu rulment liniar ce culiseaza pe o tija ø8 de ghidare verticala asamblata pe montantul dreapta.

2.2. 13 – Ansamblu de actionare filament PLA in extruder

Ansamblu de actionare filament PLA in extruder-(Fig.2.13) este formata dintr-un support fixat pe ,, Ansamblu traversa extruder” (d) cu ajutorul unor suruburi de prindere rapida si pe care se afla montat motoreductorul (a; b; c) de inaintare a filamentului in zona de incalzire a extruderului(g) prevazut cu diuza din alama(f) ce distribuie filamentul pentru executarea modelului 3D imprimat.

Motoreductorul de inaintare a filamentului in zona termica de extrudare este format dintr-un motor electric pas cu pas(a), ce antreneaza in miscare de rotatie un angrenaj pinion(b) – roata dintata(c) ce antreneaza filamentul PLA in extruder-(Fig.2.13).

Fig. 2.13

Ansamblu de actionare filament PLA in extruder-( Fig. 2.13) mai este prevazut cu un ,,Microventilator” pentru racirea modelului 3D imprimat.

Microventilatorul pentru racirea modelului 3D imprimat are datele tehnice :

Tensiune de alimentare: 12V

Consum: 0,15A

Dimensiuni: 40 x 40 x 10mm

Fig. 2.14

Extruderul cu duza (f) de 0,5 mm pentru filament PLA Ø3 mm (1/8") este prevazut cu o zona termica(cilindru) (g) de fluidizare si antrenare a filamentului de PLA Ø3 in diuza cu orificiu de 0,5mm a extruderului pentru dispunerea strturilor de filament corespunzatoare programului de imprimare 3 D a piesei desenate in programe de desenare 3D.

Fig. 2.15

Extruderul realizeaza o operație complexă care se aplică filamentului PLA Ø3 mm, care odată încălzit este obligat să treacă printr-o filiera cu orificiul Ø0,5 mm, astfel rezultatul este efectul conjugat dintre presiune și temperatură care se exercită asupra materiei prime.

Temperatura și forțele aplicate în cursul procesului de printare conferă produsului final anumite caracteristici particulare, cum sunt cele legate de textură, gust, culoare sau alte proprietăți funcționale.

În timpul printarii termoplastice intervin, în principal, următoarele operații unitare:

încălzirea , aportul de energie termică având rolul modificării anumitor legături moleculare ale produsului tratat;

extrudarea, care constă din aplicarea unei presiuni asupra produsului pentru a-l face să treacă printr-o filieră cu unul sau mai multe orificii.

În printarea-extruderea termoplastică materiile prime sunt supuse tratamentului mecanic și termic pentru un timp scurt.

Temperaturile de lucru în printarea-extruderea termoplastică sunt de până la 260oC, iar durata tratamentului este de câteva zeci de secunde , corespunzător unui tratament la temperatură înaltă și durată scurtă asemanator cu procedeul de sterilizare.

Extruderul este complet metalic, si este executat din aluminiu si apoi anodizat.

Pentru transportul filamentului prin extruder este necesar de un pinion-roata dintata conducatoare  montata pe axul unui motor pas cu pas, ce antreneaza o roata dintata condusa montata pe axul dintat longitudinal ce antreneaza-preseaza filamentul in zona termica a extruderului.

Puterea motorului de 0,4 ÷0,5 Nm este suficienta sa creeze un cuplu pentru a impinge filamentul in majoritatea cazurilor in zona termica a extruderului astfel incat sa asigure un debit de filament in mod controlat(temperatura-presiune) prin diuza extruderului pentru a realiza straturile(treptele-feliile) componente ale modelului 3D.

2.2. 14 – Ansamblu actionare verticala a extruderului

Ansamblu actionare verticala a extruderului-(Fig.2.16), este format dintrun motor electric pas cu pas (a), montat pe ansamblu suport cadru-sasiu al imprimantei 3D.

Motorul electric pas cu pas antreneaza intr-un sens sau altu mecanismul surub-piulita (c si d) prin intermediul unui cuplaj(b) ce asigura astfel deplasari verticale de inalta precizie (de ordinal micronilor) a ,,Ansamblului traversa mobila suport extruder” .

Fig. 2.16

OBSERVATII : Ansamblele transportoare pe cele 3 axe ,,X” , ,,Y” si ,,Z” sunt prevazute cu microintrerupatoare si limitatori de cursa reglabilii dupa cum se exemplifica in Fig. 2.17; Fig. 2.18; Fig. 2.19; si Fig. 2.20; care asigura pozitionarea patului incalzit si a extruderului in pozitia de zero (0; 0; 0 ) ale celor trei axe X; Y; Z .

In Fig. 2.17 s-au prezentat 2 modele de microintrerupatoare cu lamela .

Fig. 2.17

In Fig. 2.18 sa prezentat modul de amplasare a microîntrerupatorului cu lamela (a) si a limitatorului de cursa reglabil(b) avand rolul de a da semnal de oprire (Z=0) la limita maxima inferioara a actionarii ,,Ansamblului de actionare pe verticala a extruderului’’.

Fig. 2.18

In Fig. 2.19 s-a prezentat, modul de amplasare a microîntrerupatorului cu lamela (a) si a limitatorului de cursa reglabil(b) avand rolul de a da semnal de oprire (X=0) la limita maxima de cursa dreapta in cazul actionarii ,,Ansamblului transportor axa X”.

Fig. 2.19

Cursa maxima pe axa X ; Y ; Z se va stabili din programul Repetier atunci cand vom face setarea conectarii imprimantei cu unitatea PC din meniul ,,Setare imprimanta” , tab-ul – Printer Sahpe- Forma Imprimanta, prezentare facuta la pag. 35 unde setam parametrii: Xmax = 200 mm; Ymax =200 mm; iar Zmax = 150 mm asa cum se arata la pag. 34 (În tab-ul "Printer") .

In Fig. 2.20 s-a prezentat, modul de amplasare a microîntrerupatorului cu lamela (a) si a limitatorului de cursa reglabil(b) avand rolul de a da semnal de oprire (Y=0) la limita maxima de cursa dreapta in cazul actionarii ,,Ansamblului transportor axa Y”.

Fig. 2.20

Capitolul 3.

Descrierea utilizarii si functionarii unui sistem de imprimare 3D.

Punerea in functionare a unui sistem de imprimare 3D.

Pentru a studia printarea unui modelul 3D sa utilizat notiunile tehnice specificate in manualul de asamblare si instructiunile de utilizare ale imprimantei Vellman k8200 [15]; [16]; [17]; [18].

Pentru punerea in functionare a unui sistem de imprimare 3D avem nevoie de:

un model 3D(desen de piesa 3D in format electronic)

un software de tăiere și un interpret G-code

imprimantă 3D

Modelul 3D se poate creea cu software-ul, cum ar fi:

SketchupTM (gratuit) (WIN / MAC) http://www.sketchup.com/

Blender (gratuit) (WIN / MAC / LINUX) http://www.blender.org/

OpenSCAD (gratuit) (WIN / MAC / LINUX) http://www.openscad.org/

Si multe altele … ,

sau, putem descărca fișiere de pe site – ul de Thingiverse: http://www.thingiverse.com.

Software-ul de taiat-feliat și G-cod interpret

Software-ul utilizat pentru imprimare 3D K8200 si oferit gratuit de http://www.repetier.com a fost ales : setupRepetierHost_1_6_2 pentru sistemul de operare WIN 10 [19].

Software-ul utilizat RepetierHost include un software de tăiere-feliere (slic3r) ce funcționează ca G-cod interpret [20].

Pentru a imprima un model 3D, trebuie să "taie" modelul prin mijloace de tăiere-traducerea modelului 3D pentru căile de scule (ce se folosesc la imprimarea 3D). Software-ul de tăiere repetata in etaje-trepte a modelului 3D, da nastere a unui model virtual în felii (felii- slices în limba engleză). Astfel ,,Software-ul de taiere” traduce modelul 3D într-un format care imprimanta 3D il poate interpreta.

In timpul acestui proces, software-ul calculeaza toate variabilele (viteza, rata, grosime strat, umplere …), ceea ce înseamnă că parametrii sunt unici pentru fiecare tip de imprimantă. Acest proces reprezintă un echilibru delicat de mai multe variabile.

Partea G-code interpret al software-ului Repetier permite folosirea fișierelor .g-code pentru obiecte de imprimare, dar, de asemenea, pentru controlul manual axa (X, Y, Z) a extruderului, a ventilatorului si a patului încălzit. G-cod este de fapt o secvență de controale manuale scrise într-o limbă imprimantă de G-Code.

Odată ce un obiect a fost tăiat și convertit la G-cod în mod corespunzător, acest cod poate fi încărcat și trimis la imprimantă. Acest cod va spune imprimantei ce să facă pentru a imprima obiectul.

3.2 Setarile in RepetierHost pentru conectarea imprimantei 3D la unitatea PC

Pentru a putem conecta imprimanta 3D la computer avem nevoie de un calculator cu o cantitate bună de memorie RAM (min. 2-4 GB) si care sa dispuna de un port USB 2.0 pentru a conecta imprimanta.

Dupa instalarea programului : setupRepetierHost_1_6_2 pentru sistemul de operare WIN 10 , conectam cablul USB la portul USB al computerului fara a conecta cablul de alimentare al imprimantei ce se va face mai târziu.

Vom verifica numărul portului COM ce va utiliza programul Repetier de configurare si pentru aceasta accesam : "Start", tastam "Device Manager" și se va deschide fereastra din Fig. 3.1 .

Fig. 3.1

Sub "Ports (COM & LPT)" se găseste o intrare cu numele "USB Serial Port", urmat de numărul de port COM în paranteze dupe cum se poate vedea in fereastra din Fig. 3.2 dand click pe ,,Ports (COM & LPT)" .

Fig. 3.2

Notam numărul din paranteza (COM3) ce va fi folosit la conectarea imprimantei 3D mai târziu.

Dupa ce este lansat programu : RepetierHost se deschide fereastra din Fig. 3.3.

Fig. 3.3

Se face click pe butonul ,,Printer Settings" – ,,Setări imprimantă" din Fig. 3.4.

Fig. 3.4

Se deschide următoarea fereastră din Fig. 3.5.

Fig. 3.5

Se modifica setările de pe această filă din Fig. 3.5 așa cum se arată in Fig. 3.6, astfel pentru setarea "Port" scriem ,,COM3”, ce l-am notat mai sus din "Device Manager" folosit astfel la conectarea imprimantei 3D.

Fig. 3.6

Conectarea propriuzisa a imprimantei 3D la calculator(PC).

Ne asiguram că extruderul este situat la aproximativ 20 cm deasupra patului încălzit.

In Fig. 3.11 este aratata fereastra de unde se poate activa conectarea si deconectarea imprimantei la softul RepetierHost.

Fig. 3.11

In Fig. 3.12 este aratata fereastra care indica conectarea imprimantei la softul RepetierHost instalat pe calculator.

Fig. 3.12

Se face din nou click pe butonul "Setări imprimantă" se deschide fereastra din Fig.3.7 si în tab-ul "Printer", setam următorii parametrii indicati cu sageata rosie :

Fig. 3.7

În tab-ul "Extruder", Fig.3.8 setam următorii parametrii gasiti in fereastra.

Fig. 3.8

În tab-ul – Printer Sahpe(Forma Imprimanta) Fig.3.9 setam următorii parametrii gasiti in fereastra.

Fig. 3.9

Parametrii tab-ul "Advanced" poate rămâne ca atare.

Se face click pe OK pentru a salva modificările.

În meniul "Temperatură", Fig.3.10 selectam vizualizarea curbelor de temperatura ale extruderului, patului si temperatura medie.

Fig. 3.10

3.4 Verificarile si setările procesului de imprimare 3D

Din meniul "Manual Control" Fig.3.13 vom testa manual miscarea patului pe axele ,,X” si ,,Y” prin deplasarea in ambele directii cu ±10 mm si deplasarea extruderului pe axa ,,Z” cu ±10 mm. Daca deplasarile sau efectuat fără mișcări bruște pe vreuna din axe consideram ca deplasarile pe cele 3 axe sunt realizate cu succes .

Fig. 3.13

Meniul "Manual Control" dispune de butoane de reglare si control al procesului de imprimare 3D :

Acesta modifica viteza curenta de imprimare. Toate vitezele sunt inmultite cu aceasta valoare. Debitul nu trebuie modificat. Vitezele ridicate de imprimare pot afecta negativ calitatea imprimarii.

Permite să schimbam debitul, adică cantitatea de filament extrudat. O valoare mai mare dă o linie imprimată mai groasă.

Aceasta controlează viteza ventilatorului. Răcirea eficientă îmbunătățește calitatea imprimării, în special pentru console și poduri.

Aceasta controlează temperatura patului încălzit. Temperaturile tipice pentru PLA sunt între 50 C și 60 C, ABS între 100 C și 120 C, în funcție de stratul de pat.

Aceasta controlează temperatura extruderului. Temperaturile tipice pentru PLA sunt între 180 ° C și 220 ° C, pentru ABS între 240 ° C și 260 ° C, în funcție de filament și extrudere.

Astfel din meniul "Manual Control" vom accesa butoanele de reglare si control al procesului de imprimare 3D dupe cum se prezinta in Fig.3.14.

Fig. 3.14

Tot din meniul "Manual Control" dupe ce temperatura extruderului cu filamentul de PLA de Ø3mm introdus in extruder , atinge temperatura de 190oC vom testa manual si avansul filamentului in extruder circa 10 mm pana ce filamentul curge continu prin diuza de 0,5mm. Testarea manual a avansului filamentului in extruder circa 10 mm pana ce filamentul curge continuu prin diuza de 0,5mm se face prin rotirea cu mana a roti dintate in sensul acelor de ceasornic asa cum se arata in Fig. 3.15.

Fig. 3.15

Din motive de siguranță, motorul extruderului nu se porneste atunci când extruderul este rece.

Evolutia temperaturilor a extruderului si a patului se poate urmarii din meniul principal acesand butonul ,,Temperature” si selectand urmarirea temperaturilor dupa cum se arata in Fig.3.16 de mai jos.

Ne asiguram că temperatura extruderului este de 190°C si temperatura patului de încălzit este de 50°C iar curbele de temperatura vor fi după cum urmează:

Fig. 3.16

Se va testa ventilatorul.

Se va glisa comutatorul pentru ventilator la 100% și facem click pe butonul .

Un indicator se va aprinde pe placa controler, indicând faptul că ventilatorul este pornit.

Ventilatorul începe să sufle aer în direcția extruderului.

Se face click pe butonul " " pentru a deconecta ventilatorul.

Se face click pe butonul " " pentru a deconecta extruderul.

Se face click pe butonul " " pentru a deconecta PATUL.

Toate funcțiile imprimantei sunt testate. Putem începe procesul de calibrare.

3.5 Calibrarea imprimantei 3D(asigurarea geometriei imprimantei)

Pentru a efectua calibrarea trebuie să testam toate microcomutatoarele necesare pentru reglarea imprimantei in poziția sa inițială(zero-originea sistemului de axe: X, Y , Z.

Fiecare axă are propriul sau microîntreruptor și un limitator de cursa – bolț de reglare a pozitiei de zero-originea sistemului de axe.

Calibram prima data axa Z, care este axa cea mai critică. Calibrarea corectă a acestei axe are o mare influență asupra calității imprimării. Un prost calibrat al axei Z poate deteriora patul incalzit sau extruderul.

Calibrarea axei Z se realizează în două etape:

acest reglaj (calibrare axa Z) se face astfel : in momentul cand diuza extruderului a fost apropiata de patul incalzit la 1mm Fig. 3.17 se rotește șurubul de reglare pentru axa Z Fig. 3.2118 până când se aude un click (care indică deschiderea microîntrerupătorului).

dupe ce ajustam distanța dintre diuza extruderului și patul incalzit sa fie 1mm in centrul patului, se verifica daca aceasta distanta de 1mm se pastreaza pe axele X și Y.

Fig. 3.17 Fig. 3.18

In cazul in care se constata ca exista diferente mari fata de valoarea de 1mm, se vor face reglaje din suruburile si distantierii de prindere a patului incalzit pe Ansamblu de ghidare a mesei-patului incalzit astfel sa se asigure o precizie a planietatii de ±0,1mm.

Axa Z este acum calibrata aproximativ (încă este prea mare în raport cu pat încălzit, dar înainte de a corecta acest lucru, trebuie să calibrați mai întâi axele X și Y).

Mutam patul , astfel încât diuza extruderului este situată în colțul din stânga jos al patului încălzit, aproximativ 3 mm.

Ne asiguram că pe nici una din axele X și Y microcomutatoarele nu este angajat(nu are contact inchis cu ajutorul suruburilor de reglare).

Reglam limitatorul de cursa corespunzator axei X până când se aude clicul microcomutatorului.

Reglam limitatorul de cursa corespunzator axei Y până când se aude clicul microcomutatorului.

Toate axele sunt calibrate.

Imprimanta va căuta călătoria la poziția inițială în colțul din stânga jos al patului incalzit. Aceasta este poziția 0, 0, 0 al imprimantei.

Distanța dintre diuza extruderului și patului încălzit este prea mare de 1mm si se va regla la o valoare aproximativ 0,25mm Fig.3.19 pentru ca imprimarea sa asigure precizia de prelucrare a modelului 3D.

Reglam din șurubul pentru reglare Z, distanța dintre diuza extruderului și patului încălzit astfel încât sa nu depășesca 0,25 mm.

Fig. 3.19

Repetați acești pași până când patul este complet reglat pe axele X, Y astfel incat distanța dintre diuza extruderului și patului încălzit sa nu depășesca 0,25 mm pe directiile de deplasare X si Y.

Imprimanta este complet calibrata.

Conectam incalzirea extruderului si odată ce temperatura a atins temperatura de 190oC, asezam rola de filament PLA pe suport si introducem filamentul în extruder Fig. 3.20. Dacă este cazul, îndepărtam presiunea arcului dupa cum arata sageata in Fig. 3.21.

Pentru a creste tensiunea in arcul ce asigura forta rlolei presoare a filamentului pe axul dintat al rotii de antrenare vom roti surubul cu cap fluture in sensul acelor de ceasornic.

Rotim manual roata dințata mare în sensul acelor de ceasornic astfel extruderul conduce filamentul PLA si continuam rotirea angrenajului până ce filamentul extrudat incepe sa curga in mod continu prin diuza extruderului Fig. 3.22 si Fig. 3.23.

Fig. 3.20 Fig. 3.21

Fig. 3.22 Fig. 3.23

Pentru a evita murdarirea patului incalzit mutam extruderul poziția de ,,zero” 0,0,0 Fig. 3.24, iar pentru a îndepărta picăturile din plastic de pe patul incalzit si de pe extruder utilizam o pensetă .

Fig. 3.24

3.6 Introducere ,,Model 3D” in ,,RepetierHost si felierea” cu ,,slic3r”.

Se descărca de pe https://www.thingiverse.com/ un ,,Model 3D” – ,,knurled_spinner_nut_inner_M10", în secțiunea de descărcare.

Deschidem software-ul RepetierHost Fig. 3.26.

Fig. 3.26

Din meniul ,,Object Placement” accesam tabul ,,Add Object” Fig. 3.27 .

Fig. 3.27

Se deschide fereastra unde dam click pe ,,knurled_spinner_nut_inner_M10.stl”.

Fig. 3.28

In felul acesta am reusit sa deschidem modelul 3D ,,knurled_spinner_nut_inner_M10.stl” in software-ul RepetierHost.

Fig. 3.29

Deschidem fereastra slic3r si accesam tabul ,, Slice witlic3r “ pentru a felia modelul 3D asa cum se vede in Fig.3.30 si Fig.3.31.

Fig. 3.30

Fig. 3.31

Dupa ce accesam tabul ,, Slice witlic3r “ automat se deschide fereastra ,,Print Previu” unde putem observa cum Slic3r a feliat modelul 3D si oferindu-ne mai multe date cu privire la procesul de printare : Timpul de printat, Nr. de layere-felieri, Nr. total de linii, Filamentul necesar (mm) Fig.3.32.

Fig. 3.32

Se deschide fereastra ,,Manual Control” de unde accesam pornirea incalzirii extruderului la 190oC si incalzirea patului la 50oC, Fig.3.33 ÷ Fig.3.36.

Urmarim atingerea temperaturilor extruderului la 190oC si a incalziri patului la 50oC.

Fig. 3.33

Fig. 3.34

Fig. 3.35

Fig. 3.36

Dupa ce observam ca temperaturile extruderului (190oC) si patului incalzit (50oC) au atins valorile stabilite putem da comanda ,,Start Print” ca in Fig.3.37 .

Observatie : Cand se da comanda ,,Start Print”, imprimanta se pozitioneaza automat in pozitia de ,,zero” , apoi singura incepe printarea primului ,,Layer” trepte, dupa ce in prealabil imprimanta traseaza un perimeru ce inconjoara piesa model cu scopul (spunem noi) ca pe lungimea acestui perimetru, extruderul sa ajunga sa asigure debitul constant de filament extrudat la inceperea printarii piesei model . Astfel incepe procesul tehnologic de printare 3D dupa cum se poate vedea in Fig.3.37 ÷ Fig.3.47 unde se vede numarul de straturi-layere.

Fig. 3.37

Fig. 3.38

Fig. 3.39

Fig. 3.40

Fig. 3.41

Fig. 3.42

Fig. 3.43

Fig. 3.44

Fig. 3.45

Fig. 3.46

Fig. 3.47

Când imprimarea 3D a finalizat piesa complet, extruderul se deplaseaza in pozitia X=0, se răcește modelul 3D timp de aproximativ 1 minut, apoi putem sa-l desprindem usor de patul de încălzire.

Rezultatul va fi similar Fig. 3.48.

Fig. 3.48

3.7 Observatii legate de folosirea imprimantei 3D.

Avand in vedere studiul practic efectuat asupra imprimantei ,, VELLEMAN 3D K8200” prin cunoasterea elementelor componente ale imprimantei, in vederea descrierii elementelor componente, utilizarii si functionarii sistemului de imprimare 3D, se poate spune si prezenta urmatoarele observatii :

Precizia de executie a modelelor 3D executate depinde de :

montajul si in mod deosebit calitatea preciziei parametrilor geometrici ce sunt impuse de firma constructoare,

buna alegere a parametrilor procesului tenologic de printare,

prin utilizarea corespunzatoare a tabului ,,Scale object” din meniul ,,Object Placement” asa cum se arata in Fig. 3.49 si Fig. 3.50 unde s-a procedat in urma masuratorilor efectuate asupra dimensiunilor : diametrul interior al gaurii centrale si dimensiunea dintre laturi ale hexagoanelor, la o majorare a ,,Scale object” cu 1.02 , astfel incat rulmentul 6202 si cele 3 piulite m10 sa intre usor presat in locasurile spierului.

Fig. 3.49

Fig. 3.50

prin rotirea manuala a rotii de antrenare a filamentului in extruder in sensul acelor de ceasornic inainte de a se da comand ,,Start Print” pentru a creea presiune in extruderul incazit asupra filamentului asfel icat in pozitia de ,,zero “ a extruderului sa observam circa 10÷15 mm de filament care a curs continuu din diuza extruderului Fig. 3.51.

Fig. 3.51

Schimbarea filamentului

În cazul în care este necesar a se schimba filamentul, atunci cand filamentul se termina sau cand se rupe filamentul in mod accidental firma constructoare propune in ,,http://www.k8200.eu/manual/printing/?c=005” capitolul ,, 005 – Primul print” urmatorul procedeu :

,,In cazul in care imprimanta a folosit aproape tot filamentul asigurați-vă că aveți o rola cu filament identic cu cel care este in lucru in extruder si gata a putea fi folosita. Lucrările de schimbare se pot face chiar si în timp ce imprimanta printează.

Se montează bobina pe suport ca in Fig. 3.52

Fig. 3.52

Asigurați-vă că începutul filamentului este curat și taiat drept Fig. 3.53.

Fig. 3.53

Se introduce noul filamentul când filamentul anterior dispare în extruder. Împingeți ușor până când șurubul canelat antrenează noul filament. Ne asiguram ca mișcarea filamentului sa fie fluidă. După avansarea a 5cm cu filamentul intrat în extruder putem fi siguri că filamentul a fost schimbat corect Fig. 3.54 ÷ Fig. 3.57.

Fig. 3.54 Fig. 3.55

Fig. 3.56 Fig. 3.57

Fata de procedeul de schimbare a filamentului relatat mai sus, sa intalnit si cazul in care capatul de sfarsit al filamentului a intrat in extruder antrenat de surubul canelat, trecand de zona de antrenare a acestui surub canelat fara ca filamentul sa mai inainteze in zona termica a extruderului.

La introducerea noului filament s-a observat ca inaintarea noului filament nu se face in mod normal si chiar s-a constatat blocarea inaintarii filamentului in extruder iar pe diuza de 0,5mm a extruderului nu mai iesea filament extrudat cu toate ca temperatura extruderului arta 190oC.

In acest caz am consultat forumuri cu rezolvarea de cauze similare dar nu am ajuns la rezolvarea acestui caz pana cand nu am luat hotararea de a demonta partial capul de antrenare si extrudare a filamentului. Astfel sa putut vedea ce se intampla in extruder in zona de antrenare a surubului crestat care nu mai antrena filamentul sa mai inainteze in zona termica a extruderului dupa cum se poate vedea in Fig. 3.58 si Fig. 3.59.

Fig. 3.58 Fig. 3.59

Pastrand in continuare temperatura extruderului tot la 190oC am procedat la scoaterea filamentului cu ajutorul unei pensete asa cum se vede in Fig. 3.60 ÷ Fig. 3.63.

Fig. 3.60 Fig. 3.61 Fig. 3.62

Fig. 3.63

Dupa ce am scos filamenul din extruder si am refacut montajul capului de extrudat dupa cum se vede in Fig. 3.63 si Fig. 3.64, am procedat la introducerea filamentului in extruder, de pe rola de filament PLA de Ø3mm dupa cum sa descris mai inainte la ,,Schimbarea filamentului”.

Fig. 3.64

PROPUNERE :

Prin observatie s-a constatat ca intre surubul canelat si capatul superior al extruderului(de forma tubulara) exista un spatiu liber in care filamentul nu are ghidare creand posibilitatea ca filamentul presat de rola presoare si de capatul noului filament ce ne straduim sa-l introducem , sa se deplaseze intr-o parte sau alta asa cum se vede in Fig. 3.58 , Fig. 3.59 si Fig. 3.68.

Pentru a elimina acest inconvenient propunem :

– cresterea lungimii piesei de ghidare superioara a filamentului prin cresterea lungimii zonei de ghidare a filamentului in extruder cu circa 10mm cum se vede in Fig. 3.67 si Fig. 3.69 astfel incat sa nu existe frecare intre surubul canelat si capatul tubular superior al extruderului alungit.

– surubul de antrenare sa fie prevazut cu caneluri dispuse pe un canal circular de raza r=2mm pentru a asigura mentinerea filamentului pe centrul extruderului asa cum se exemplifica in Fig. 3.65 fata de surubul de antrenare cu caneluri dispuse pe generatoarea surubului cum se observa in Fig. 3.66 si cum de altfel am intalnit la alte tipuri de imprimante 3D.

Fig. 3.65

Fig. 3.66

Fig. 3.67

– cresterea lungimii piesei de ghidare inferioara a filamentului prin cresterea cu circa 10mm a lungimii zonei de centrare si ghidare a filamentului ce necesita montata ca in Fig. 3.67, astfel incat sa nu existe frecare intre surubul canelat si piesa de centrare si ghidare alungita Fig. 3.69.

Fig. 3.68 Fig. 3.69

Concluzii

Pe parcursul relizarii proiectului de diploma cu titlul : ,,Studiul unui sistem de imprimare 3D” am fost profund marcat de impactul implemetari sistemului de imprimare 3D asupra societatii umane si mai ales noile frontiere de cunoastere ce le deschide sistemul de imprimare 3D asupra stiintei si tehnologiei viitorului.

Avand in vedere studiul imprimantei ,, VELLEMAN 3D K8200” se poate spune ca precizia de executie a modelelor 3D executate a depinde de urmatoarele :

montajul si calitatea preciziei parametrilor geometrici ce sunt impuse de firma constructoare,

buna alegere a parametrilor procesului tenologic de printare,

prin utilizarea corespunzatoare a tabului ,,Scale object” din meniul ,,Object Placement” asa cum s-a procedat in urma masuratorilor efectuate asupra dimensiunilor : diametrul interior al gaurii centrale si dimensiunea dintre laturi ale hexagoanelor, la o majorare a ,,Scale object” cu 1.02 , astfel incat rulmentul 6202 si cele 3 piulite M10 sa intre usor presat in locasurile spinerului,

prin rotirea manuala a rotii de antrenare a filamentului in extruder in sensul acelor de ceasornic inainte de a se da comand ,,Start Print” pentru a creea presiune in extruderul incalzit asupra filamentului asfel incat in pozitia de ,,zero “ a extruderului sa observam circa 10÷15 mm de filament care a curs continuu din diuza extruderului.

Prin observatie s-a constatat ca intre surubul canelat si capatul superior al extruderului(de forma tubulara) exista un spatiu liber in care filamentul nu are ghidare creand posibilitatea ca filamentul presat de rola presoare si de capatul noului filament ce ne straduim sa-l introducem , sa se deplaseze intr-o parte sau alta.

Pentru a elimina pericolul blocarii filamentului in capul extruder este necesar :

– cresterea lungimii piesei de ghidare superioara a filamentului prin cresterea lungimii zonei de ghidare a filamentului in extruder cu circa 10mm astfel incat sa nu existe frecare intre surubul canelat si capatul tubular superior al extruderului alungit.

– surubul de antrenare sa fie prevazut cu caneluri dispuse pe un canal circular de raza r=2mm pentru a asigura mentinerea filamentului pe centrul extruderului fata de surubul de antrenare cu caneluri dispuse pe generatoarea surubului si cum de altfel am intalnit si la alte tipuri de imprimante 3D.

– cresterea lungimii piesei de ghidare inferioara a filamentului prin cresterea cu circa 10mm a lungimii zonei de centrare si ghidare a filamentului ce necesita montata, astfel incat sa nu existe frecare intre surubul canelat si piesa de centrare si ghidare alungita.

Bibliografie

[1] http://www.sfatulbatranilor.ro/threads/560-Noi-forme-de-energie-01

[2] https://und3rk111.wordpress.com/2014/04/

[3] https://despretot.info/imprimanta-3d-definitie/

[4] https://und3rk111.wordpress.com/

[5] https://prezi.com/vmkg1f6z4_wc/3d-printing/

[6] http://www.print3dbucuresti.ro/printare-3d/

[7] http://metropotam.ro/La-zi/totul-despre-imprimanta-3d-art5053768655/

[8] http://www.print3dbucuresti.ro/istoric-printare-3d/

[9] http://www.print3dbucuresti.ro/printare-3d/avantaje-imprimare-3d/

[10] https://store3d.ro/care-este-diferenta-intre-filamentele-abs-si-cele-pla/

[11] http://www.conexelectronic.ro/en/imprimante-3d/13449-KIT-IMPRIMANTA-3D-VELLEMAN-K8200.html

[12] http://documents.tips/documents/motoare-pas-cu-pas-caracteristici.html

[13] http://www.zspotmedia.ro/blog/printare-3d/

[14] https://www.scribd.com/document/270900584/Printarea-3D-

[15] http://www.k8200.eu/

[16] http://www.k8200.eu/specs/

[17] http://www.k8200.eu/manual/printing/

[18] http://www.k8200.eu/manual/building/

[19] https://www.repetier.com/download-now/

[20] http://slic3r.org/about

[21] http://forum.velleman.eu/