Licentahorjarobert [626479]

1. Titlul Lucrarii: Reliefarea conceptului de prototipare rapidă
2. Numele complet al student: [anonimizat]: Horja Robert Emanuel
3. Tipul lucrarii licenta/disertatie/doctorat: licență
4. Coordonator: Prof. dr. Mortoiu Doina
5. Verificare/Reverificare : Verificare
1. Introducere
Proiectul ales este unul cu o importanță deosebită la nivel global, astfel că la cât de
evoluată este tehnologia, prin conceptul de prototipare rapidă, prin printarea tridimensională se
pot realiza performanțe înalte pentru or ice domeniu. De exemplu , în industria automobilistică,
unde se fabrică părți de mașină 3D prin diferite metode de prototipare și cu ajutorul unor
mașinării foarte complexe. Un alt beneficiu este în industria medicală, unde, deja s -a început
printarea organ elor artificiale care se potrivesc la om, cum a făcut un start -up din San Diego,
ce a realizat printarea unui ficat strat cu strat, folosind straturi de celule uman e [ 1.1 ] .
Lumea evoluează, astfel că și nevoile evoluează, ceea ce se poate întâmpla pes te câțiva
ani, după părerea mea este foarte interesant dacă sunteți atenți la nevoile oamenilor: pe măsură
ce tehnologia evoluează, omul dorește tot mai multe lucruri. Astfel de idei și de gândiri practice
ale omului sunt nocive, deoarece cunoștința este o travă pentru cei care nu au limite. De
exemplu, dacă tehnologia va progresa ( mai ales cu imprimantele 3D ) , atunci, tehnologiile de
printare tridimensională se vor ieftini, tot mai mulți oameni vor beneficia de pe urma acestora,
iar progresul personal va fi uluitor, dacă se va ajunge ca în 2050 să aibă o treime din cei care
au un calculator sau un laptop acasă și o imprimantă 3D, cu materiale disponibile pentru a crea
celule sau chiar organe, atunci filmele sau desenele la care mă uitam când eram mic vor deveni
vis împlinit.
De mult am dorit să atac acest subiect, din vara anului 2015 am ideea de a lucra la o
imprimantă 3D, astfel că prin acest proiect am posibilitatea aceasta.
O esență a acestui proiect este dată de toate materiile pe care le -am parcur s în cei 4 ani
de facultate și anume 67 de materii care au câte o picătură de cunoaștere în stabilirea acestui
proiect și în realizarea lui.
Tema proiectului este „ Reliefarea conceptului de prototipare rapidă ” astfel că voi
percepe lucrarea ca o formă tridimensională, mai exact o structurez în formă de piramidă și o
voi crea strat cu strat ( conform principiului de printare folosit în acest proiect ) .
Baza piramidei este conceptul de prototipare rapidă, pe care îl voi analiza scurt din
punct de vede re al tipurilor de tehnologii folosite și mă voi îndrepta spre un tip anume.
Următorul strat sau următoarea piesă a piramidei este trunchiul reprezentat prin
asamblarea unui tip de imprimantă 3D pe care îmi voi continua structura ce am început -o la
bază.
Vârful piramidei va fi deznodământul lucrării, astfel că în ultimele capitole voi gusta
din plăcerea de simți palpabil piesele create cu ajutorul imprimantei și voi observa calitatea
dată de cele 4 tipuri de materiale pe care le voi folosi. Vârful îl n umesc tâlc, deoarece aici
interpretez desfășurarea lucrării, e locul de popas al autorului, aici explic finalizarea lucrării.
Proiectul de față este structurat în 7 capitole, după cum urmează:
1) Capitolul 1 joacă primul rol din proiect, unde se prezintă pe r ansamblu lucrarea, astfel
că ideea principală trebuie să fie transmisă încă din primul capitol;

2) Capitolul 2 prezintă ideea și conceptul de prototipare rapidă cu o serie de tipuri de astfel
de tehnologii și se încheie cu tipul de prototipare pe care este axat proiectul;
3) Capitolul 3 este un adevărat joc, eu personal m -am delectat asamblând o imprimantă
3D, astfel că sunt prezentate detaliile într -un mod compact, doar ceea ce este mai
important dintr -o asamblare ( la nivel de idei și piese ) am lăsat în acest capitol
4) Capitolul 4 reprezintă începutul punctului culminant al acestei lucrări, astfel structurată,
că un rol important îl joacă și materialul din care sunt printat obiectele;
5) Capitolul 5 este o înșiruire de programe folosite și anume: 3ds Max, Cura , Wolfram
Mathematica ;
6) Capitolul 6 prezintă cea mai importantă parte ( după părerea mea ) , cea de printare a
pieselor, folosind 4 tipuri de filament pentru câteva piese de test
7) Capitolul 7 este cel mai așt eptat, dacă în introducere s -a transmis esența proiectului,
atunci în concluzie pot spune că se reproduce toată lucrare în 3D, astfel, tema lucrării
va fi finalizată prin idei succinte.

2. Prototipare rapidă
Figura 1.1 Reliefarea lucrării tridimensional

Conceptul de prototipare rapidă este unul din stălpii de bază al acestui proiect, astfel că
voi face o prezentare laborioasă din această privință.
Prototiparea rapidă este numele unor tipuri de tehnici prin care se pot fabrica într -un
interval de timp scurt, anumite obiecte tridimensionale create în programele CAD ( Computer
Aided Design ) [ 2.1 ] .
Competiția pe piața mondială a dus la dezvoltarea unei astfel de tehnologii, iar în ultimii
ani este tot mai progresivă. Ca să aduci un tip de produs pe piață, în zilele noastre ( anul 2017
) , nu mai e necesară importanța design -ului, testării, componentelor, ci timpul de fabricare a
produsului. [2.2] Astfel că, nivelul unui proces s -a dezvoltat încă din secolul XX, cu tot felul
de metode japoneze, tot felul de tipuri de procese astfel încât pr odusul finit să iasă bine [2.2] .
Astăzi, nu mai e în regulă doar să iasă bine un produs ci să iasă repede [ 2.3 ] . Tehnologia de
prototipare rapidă este direct implicată în această zonă, unde diverse companii încep să își
patenteze tipul de tehnologie.
Un prototip este prim exemplu original al unui lucru care a fost sau va fi copiat ori
dezvoltat. Ca de exemplu, un prototip de rachetă spațială. [ 2.3 ]
Dezvoltarea prototipării rapide este strâns legată de dezvoltarea calculatoarelor, dacă
din anii 80’ au început să apară modele de imprimante 3D, este un merit al dezvoltării
industriale de programe tip CAD. Dacă în 1946 a fost conceput primul calculator, în anul 1952,
prima mașinărie CNC, în anul 1960, primul laser comercial, în anul 1961, primul robot
comercial, în anul 1963, primul sistem grafic interactiv, atunci, ulterior acestor evoluții, în anul
1988 a apărut primul sistem comercial de prototipare rapidă [ 2.3 ] .
Considerată a fi primul tip de tehnologie de prototipare rapidă, Stereolitografia a fost
dezvoltată de către compania 3D System din Valencia, CA, USA în anul 1986 și de atunci s -a
continuat cu apariția altor tipuri de tehnologii [ 2. 4 ] .

2.1 Tehnologii de prototipare rapidă
În continuare voi sintetiza câteva tehnologii de prototipa re rapidă, de la cele mai
cunoscute la cele mai puțin cunoscute, după cum urmează ( nu voi traduce termenii, îi voi
lăsa doar cu numele din engleză ) :
a) FDM ( Fused Deposition Modeling ) : prin această tehnologie se construiesc obiecte
strat cu strat prin î ncălzirea și extrudarea filamentului termoplastic; este o
tehnologie comună, utilizată pentru modelări, prototipuri, producția aplicațiilor;
este o tehnică folosită pentru imprimantele 3D; tehnologie dezvoltată de către
S.Scott Crump la sfârșitul anului 19 80; comercializat începând cu anul 1990;
numele este proprietate privată a companiei Stratasys Inc. [ 2.5 ] [2.6 ] ;
b) SLA ( Stereolithography ) : se bazează pe laser care utilizează o rășină lichidă
sensibilă la radiațiile ultra -violete ; are un fascicul car e scaneaz ă suprafața rășinii și
întărește materialul, apoi construiește obiectul 3D de jos în sus ; acuratețe ridicată;
folosit mult în medicină și în industria automobilistică [ 2.7 ] [ 2.8 ] ;
c) DLP ( Digital Light Processing ) : este o formă de stereolitog rafie, principala
diferență fiind lumina folosită; produce componente cu rezoluția sub 30µ; foarte
scumpă [ 2.9 ] ;
d) SLS ( Selective Laser Sintering ) : este o metodă bazată un proces de fuziune prin
pulberizare pentru a construi piese 3D; nu necesită supor t pentru obiectele ce au
anumite bucăți suspendate; dezvoltată și patentată de către Dr. Carl Deckard și Dr.

Joe Beaman; nu este folosită în mod personal acasă, cum se poate cu imprimanta
3D ce are tehnologia FDM, deoarece este periculos și scump [ 2.10 ] [2.11] ;
e) SLM ( Selective Laser Melting ) : considerată o subcategorie a SLS ; folosește un
laser cu denistate mare pentru a topi și a asambla pulberile metalice ; a început
dezvoltarea în anul 1995 la Institutul Fraunhofer ILT din Aachen, Germania;
folosește un proces de tăiere a datelor de pe fișierele 3D CAD în straturi, de obicei
cu grosimea între 20 și 100 µm [ 2.12 ] [ 2.13 ] ;
f) 3DP ( 3D Printing ) : folosește o pulbere și un jet de cerneală ; pliabil ă pentru forme
complexe; preț mic [ 2.14 ] ;
g) LOM ( Laminated Object Manufacturing ) : este o tehnologie dezvoltată de către
compania Helisys Inc. ; are straturi de hârtie acoperite cu adeziv, plastic sau părți
metalice, lipite succesiv și tăiate cu un cuțit sau cu laser în procesul de printare ;
necesită prelucrare după imprimare [ 2.15 ] [ 2.16 ] ;
h) PJP ( Plastic Jet Printing ) : una din cele mai populare tehnologii de printare
disponibile; format dintr -o platformă, sistem de control și duza de extrudare ;
construiește stratul de piese de jos în sus pr in încălzirea și extrudarea filamentului
termoplastic ; asemănătoare cu tehnologia FDM; dimensiuni mici [ 2.17] [2.18] ;
i) EBAM ( Electron Beam Additive Manufacturing ) : este o tehnologie unică de
fabricare a aditivilor metalici ; timp de producție mare ; poat e folosi ca materiale,
aliaje precum titan, tantal sau nichel [ 2.19 ] ;
j) CJP ( ColorJet Printing ) : implică două componente majore: miezul și liantul ;
funcționează prin depunerea unui liant lichid colorat pe straturi subțiri de pulbere ;
liantul lichid aju tă la fuziunea straturilor și colorarea piesei [ 2.20 ] [ 2.21 ] ;
k) MJP ( MultiJet Printing ) : este un proces de tipărire cu jet de cerneală; oferă
rezoluții mari cu grosimea stratului de până la 16µ ; exist ă astfel de imprimante ce
folosesc ceara [ 2.22 ] ;
2.2 Tehnologia FDM ( Fused Deposition Modeling )

Este o tehnologie ce folosește modelarea prin extrudarea termoplastică. Are costuri mici
de producție și utilizează ca materiale prime filamente plastice cum ar fi ABS, PLA, Nylon,
PVA ( tipuri de polimeri ) cu diferite proprietăți la nivelul rezistenței sau sa temperaturii de
extrudare ori a patului [ 2.23 ] .
Costul unei astfel de tehnologii este unul destul de mic, astfel încât este utilizat de către
companii și datorită costului mic a filament ului ( de exemplu, pe sait -uri gen idei3d.ro,
optimusdigital.ro, prețul unui kg se găsește și la sub 100 de lei [ 2.24] [2.25] ) [ 2.26 ] .

Principiul de funcționare:
– Se dezvoltă piesa într -un program CAD, astfel încât fișierul rezultat să fie de tip .stl (
în cazul meu, voi folosi programul Cura pentru a converti fișierele cu extensia .stl în
fișiere cu extensia .gcode și le voi pune la printat )
– Verificarea fișierulu i CAD într -un program de pregătire pentru printare, cum ar fi
pregătirea temperaturii patului sau a extruder -ului în funcție de materialul ales, calitatea
de printare a piesei, viteza de printare
– Montarea filamentului în interiorul extruder -ului, de obicei se pune filament în extruder
când acesta e deja încălzit
– Se alege programul de printat
– Se printează strat cu strat
– Se scoate piesa de pe patul de printare
– Prelucrări, în cazul în care piesa a ieșit cu impurități
În acest proiect voi folosi o imprimantă 3D ce folosește tehnologia de printare FDM,
astfel că obiectul de bază al licenței se va face cu ajutorul imprimantei 3D.

Figura 2.1 Exemplificare concept FDM

3. Asamblarea robotului, imprimanta 3D

Pentru realizarea obiectivului din acest proiect, și anume, acela de a evidenția
tehnologia de prototipare rapidă, voi trece la partea practică, unde voi asambla o imprimantă
3D și astfel, prin funcționalitatea ei, voi printa diferite obiecte folosind dive rse tipuri de
materiale.
Am un kit de imprimantă 3D, Anet A8 de tipul Prusa i3 ( din proiectul RepRap [ 3.1 ]
[ 3.2] ) comandat de pe sait -ul www.gearbest.com [3.3] pe care îl voi asambla.
Tipul de proiect RepRap este unul foarte benefic pentru studen ți, ingineri sau orice alte
persoane care vor să construiască fizic ceea ce au creat cu ajutorul programelor CAD.
RepRap ( Replication Rapid -Prototyper Project ) este un proiect de tip Open -Source (
adică este grat uit pentru utilizatori, oricine poate dezvolta ce și cum vrea cu acest produs, folos it
de obicei de comunități mari; cum Linux este Open -Source și comunitatea de utilizatori au
dezvoltat platforma, așa și la proiectele RepRap, comunitatea de utilizatori co ntribuie la
dezvoltare a și implementare a de idei noi ) , prin care s -au dezvoltat tipuri de imprimante 3D
ieftine, bazate pe tehnologia FD M ( Fused Deposition Machine ) [ 3.4 ] . Eu am modelul Anet
8, produs de compania chineză Anet [ 3.5 ] bazat pe tipul Prusa i3 a proiectului RepRap. Prusa
i3 a fost proiectată de către Josef Průša în anul 2012 ( i3 este versiunea a treia, au mai fost două
versiuni : una în 2010, iar cealaltă în 2011 ) [ 3.6 ] .
Voi prezenta pas cu pas cum am asamblat impr imanta 3D, astfel că robotul ( imprimanta
) va fi analizat în detalii.
Pasul 1:
Înainte de a trece la partea de asamblare a scheletului sau a oricărei părți, am decis să
verific toate componentele electronice, astfel, voi vedea dacă piesele electronice sunt sau nu în
regulă și voi observa modul lor de funcționare ( al mo toarelor pas cu pas, a extruder -ului sau a
patului ).
Pentru început voi examina sursa cu un multimetru digital să văd dacă este funcțională
și ce tensiune are ca apoi să încep să leg componentele de placă.
Figura 3 .Error! No text of specified style in document. .1 Verificarea sursei cu un metronom

Din Figura 3.1 se observă că tensiunea sursei dată este de 12.81V, prin urmare, voi
începe să examinez componentele electronice, iar după ce le voi conecta la placă, atunci voi
testa sursa încă o dată.
În figura 3.2 am pus toate componentele electronice necesare ca imprimanta 3D să fie
funcțională.
Observație : precizez că în acest proiect nu pun toate componentele kit -ului, cum ar fi
toate cablurile, tipurile de șuruburi, p iulițe și alte piese care nu prezintă interes pentru mine să
le pun în proiect. Mă ajut de toate componentele kit -ului, dar, conform structurii proiectului,
evidențiez doar ce consider că este mai important!
Figura 3. Error! No text of specified style in document. .3 Componente electronice de verificat
Figura 3 .Error! No text of specified style in document. .2 Componente electronice de verificat
Figura 3.3 Conectarea motoarelor la p lacă; placa la sursă

În figura 3.3 am conectat motoarele la placă, fiecare motor pas cu pas va avea două
tipuri de conectori la placa de bază cu impact direct, astfel că pe lângă conectorii deja legați în
imagine, mai sunt un tip care au rol de întrerupător, astfel că atunci când limita pentru axele
X,Y sau Z va fi atinsă, va apăsa pe acele întrerupătoare și așa se va transmite mai departe la
placă faptul că s -a atins limita, iar motoarele vor schimba sensul sau se vor opri în acel punct.
Pentru acest tip de imprimantă se folosesc 5 tipuri de motoare pas cu pas: unul pentru
axa X, unul pentru axa Y, două pentru axa Z și unul pentru extruder ( locul de unde va ieși
materialul ). Un motor pas cu pas este un ansamblu de piese legate între ele, car e transformă
semnalele e lectrice în impulsuri discrete [3.7 ] .
Tipul de motor pas cu pas este NEMA 1 7 produs de compania americană NEMA (
National Electrical Manufacturers Association ) ca standard ; 17 provine de la fața care are
dimensiunile 1. 7 x 1.7 inch. Se folosesc în mod special la tipul de imprimante dezvoltate în
proiectul RepRap. [ 3.8] [3.9] . Ca și caracteristici, acest tip de motor este cu 2 faze, face o
rotire de 1.8 grade la un pas , are tensiunea de 3.96V, intensitatea de 0.9A, rezistența de 4.4Ω ,
axa diametrului este de 5mm, iar forța de cuplare este de 0.34Nm [ 3.10 ] .
În figura 3.4 am conectat afișajul, cele două ventilatoare, extruder -ul ( care va trebui
modificat ) , patul și firele cu rol de întrerupătoare pentru cele 4 motoare ( de pe axele X,Y, Z
) .
Afișajul folosit este Anet LCD2004 , de culoare albastră cu font alb , cu 4 linii ( pe fiecare
se pot introduce 20 de ca ractere ) , are un fel de meniu cu 5 butoane ( dimensiunea unui buton
este de 12 x 12 x 16mm ) , greutatea de
0.1330 kg, dimensiunea de 16.00 x 6.50 x 1.50 cm [ 3.11 ] .

Figura 3.4 Conectarea afișajului, ventilatoarelor, patului și a extruder -ului la placă

În figura 3.5 am testat pentru prima dată toate componentele, de la afisaj ( LCD ) la
motoare. În prima treime de imagine se observă că imprimanta este gata de funcționare, apare
un mesaj „ Printer ready ” . În a doua treime se evidențiază temperatura patu lui și a extruder –
ului, astfel că E1 ( de la extruder ) are temperatura de 38.1 °C, iar B ( de la Bed=Pat ) are
temperatura de 22.2 °C. În ultima treime se observă că am activat temperatura patului, pornește
de la 30 °C, iar la fiecare activare, ori a patu lui, ori a motoarelor, ori a extruder -ului, se aprinde
un beculeț roșu la plăcuță, iar în cazul de față și la pat. Toate componentele au mers bine din
prima, conexiune fluentă pentru mișcarea motoarelor pas cu pas, a ventilatoarelor ( turații fluide
) , te mperatura extruder -ului și a patului a funcționat normal, fără să montez extruder -ul în
forma asamblării finale pe scheletul imprimantei.
Figura 3.5 Testare reușită

În figura 3.6, am pus 3 i magini esențiale, prin care voi încheia pasul 1, astfel că în prima
imagine se vede pe ecran „ Stepper disabled ” ( Motor dezactivat ) , acest lucru se întâmplă
doar atunci când modific ( Observație: la momentul scrierii acestei lucrări, eu deja am montat
totul! ) patul sau extruder -ul pe axa Y, respectiv X, când reglez patul ca să fie la o distanță de
aproximativ 0.2mm față de extruder, astfel de reglări sunt necesare dacă la printare, materialul
nu stă lipit de pat sau nu ajunge la pat din cauza distanței prea m ari, atunci ca să nu opresc
imprimanta, mai bine opresc motoarele și astfel pot calibra imprimanta. Totdeauna ca să
reactivez motoarele, din meniu aleg Quick Settings -Home All, și acuma motoarele sunt
activate. În imaginea 2, activez extruder -ul, care porn ește direct de la 170 °C, ca mai apoi să
crească din 1 în 1, iar în imaginea 3, se observă axele X, Y, Z, se pot muta în mod manual, dar,
de obicei se calibrează imprimanta la început cu opțiunea Home All ( fără să fie în origine,
motoarele se duc până dau de acel întrerupător care le anunță că zona de desfășurare a planului
este la cota maximă ) .
Totul fiind în regulă, voi trece la pasul următor, fiecare pas pe care îl voi face, explică
un buchet de piese conturate în așa fel încât au o legătură clară, de exemplu scheletul
imprimantei sau instalarea sursei, a ecranului LCD sau a plăcuței, vor fi în pași diferiți.
Figura 3.6 Sunt 3 Imagini care nuanțează funcționalitatea componentelor

Pasul 2:
La început, voi monta scheletul principal ( 2 laturi orizontale, 2 laturi verticale ) ,
urmând ca mai apoi să pun piesele pentru susținerea axelor verticale.
În figura 3.7 asamblez scheletul principal, adică cele două laturi verticale pe care voi
sprijini ulterior sursa și placa, și cele două laturi orizontale unde va fi montat afișajul ( partea
de sus ) și zona de susținere a patului ( partea de jos ).
Figura următoare o voi reprezenta tot în 3 bucăți, astfel că după prima zi de lucru, am
făcut o poză cu scheletul principal, apoi am pus acei „ umeri ” în partea de sus, astfel că axel e
filetate și cele simple le vor avea ca zona de susținere pe partea verticală.
Înălțimea imprimantei este de 453 x 500 mm, zona de adâncime, unde este partea de
desfășurare a imprimantei va fi de 220 mm lățime, 220 mm adâncime și 240 mm înălțime. Se
poate verifica și din meniu, până la ce distanță se poate ajunge, și se observă că atunci când se
ating acele întrerupătoare, motoarele se opresc și apoi își schimbă direcția.
Figura 3.8 este una de final pentru pasul 2.

Figura 3.7 Asamblarea scheletului principal

Figura 3.8 Finalizare Pasul 1

Pasul 3:
La pasul 3 voi fixa motorul de pe axa Y pe o placă, în spatele imprimantei,jos, acolo
unde patul se va deplasa, iar punctul limită va fi acel întrerupător, când atinge acel punct, se va
opri și își va relua mersul în direcția opusă.

Figura 3.9 Motorul pentru axa Y

Pasul 4:

Figura 3.10 Montarea plăcuței cu motorul pentru axa Y pe scheletul principal
Figura 3.11 Montarea suportului și a axele orizontale cu filet

În figura 3.11 am pus suportul pentru axele orizontale ( axa Y ) , astfel că pe cele două
tije filetate de 404mm ( fiecare ) va fi pus suportul pentru pat. Pentru o fixare echilibrată, am
lăsat 10mm în spate ( în spatele imprimantei, cu tot cu piulițe, țeava mai rămâne în afară ,
aproximativ 0.4mm ) , iar în față am lăsat dublu ( 20mm ) . Verific să nu joace țevile, să nu se
miște și să fie exacte, deoarece la axei Y ( mișcarea patului ) , la zdruncinarea produsă, să nu
fie riscul să iasă tijele din suport.
Pasul 5:
În acest pas voi asambla suport pentru pat împreuna cu o curea de susținere. Această
curea va fi pusă pe capul motorului Y, astfel că, principiul de funcționare va fi dat de către
motorul pas cu pas: când motorul se mișcă înainte, atunci patul înaintează conform codului;
când motorul se mișcă în sens invers, atunci patul se mișcă și el conform motorului pas cu pas.
De aceea, cureaua trebuie să fie ajustată ( nici prea strânsă, nici prea relaxată, doar potrivită,
astfel încât să nu l as o marjă de eroare de câteva milisecunde sau o marjă de eroare la nivel de
distanță ) . În final, voi pune și patul.
În figura 3.12 am montat su portul pentru pat ; importantă e componenta de metal care
va fi dedesubtul patului ce are rolul de susținere a părții inferioare a patului. Acesta trebuie să
fie fix, să nu fie vreo problemă la calitate, fără marjă de eroare, totul trebuie să fie potrivit.
Dacă las să joace suportul, să nu strâng bine șuruburi le, atunci patul va fi imprecis , astfel că
printarea u nei piese date v -a fi cu un procentaj mic de calitate; fără calibrare nu se poate da
drumul să printeze.
Figura 3. 12 Suportul pentru pat

Figura 3.1 3 Montarea curelei pe motorul Y, legată cu suportul patului
Figura 3.14 Montarea patului

Pasul 6:

În acest pas, am montat suporturile pentru motoarele Z, respectiv asamblarea
motoarelor Z pe aceastea.

Figura 3.15 Montare suport pentru motoarele Z
Figura 3.16 Motoarele Z pe suport

Pasul 7:

În figura 3.17 am montat ecranul LCD pe scheletul principal.
Pasul 8:

Figura 3.17 Asamblarea ecranului LCD
Figura 3.18 Întrerupător pentru motorul Z ( la fel și în partea dreapta )

Pasul 9:

În figura 3.19 am montat țevile de 380mm ( fiecare ) pe axa Z, lângă motoarele Z, iar
la mijloc, la o distanță de 20mm față de suprafața suportului pentru motor, am fixat suportul
pentru tija axei X.

Figura 3.19 Asamblarea țevilor pentru axa Z + suport pentru tija axei X
Figura 3.20 Montarea tijelor cu legătură direct ă la motoarele Z

În figura 3.20 am pus tijele cu filet de câte 345mm fiecare direct în interiorul motoarelor
Z. Le -am fixat bine, astfel încât să nu aibă spațiu și să se miște, iar ca distanță, le -am pus la
aceeași înălțime: 12cm față de suprafața suportului de motoare. Am reglat și întrerupătoarele,
la o distanță de 2.5cm față de suportul de motoare. Când le dau pe toate la Home All, atunci se
vor sincroniza și se vor opri la aproximativ 5.3cm față de suportul de motoare (imprimanta e ste
pregătită să printeze după ce le dau opțiunea Home All ) .
În figura 3.21 am pus cele 2 țevi de 435mm ( fiecare ) și le -am trecut prin acele t ipuri
de suport pentur extruder, iar în partea stângă pun motorul X.

Figura 3.21 Fixarea țevilor pentru motorul X
Figura 3. 22 Asamblarea extruder -ului și a ventilatoarelor

Un extruder este printre cele mai importante componente ale unei imprimante 3D,
deoarece este responsabil de ieșirea unei cantități de filament topit, astfel încât să fie pliabil pe
straturi. Toate extruder -ele au în componența lor motoare NEMA. În cazul de față, este compus
dintr-un motor NEMA 17 pas cu pas [ 3.12 ] . În interior are un arc și 2 rotițe, iar în afară are
un șurub pe post de buton, dacă apăs pe el, atunci pot introduce filamentul, iar dacă temperatura
extruder -ului este de minim 156 °C, atunci va ieși din extruder. Așa se reglează imprimanta
înainte de printare: Home All pentru ca toate axele să fie la poziția 0, apoi trebuie pregătită
temperatura patului și a extruder -ului în funcție de tipul de filame nt cu care se dorește a se
printa. Pentru imprimanta mea, folosesc filament PLA, ABS și un tip de filament flexibil.
Diametrul duzei extruder -ului este de 0.4mm, grosimea unui st rat poate fi între 0.1 și 0.3mm ,
iar ca tip de filament, se folos ește cel cu d iametrul de 1.75mm [ 3.3 ] .

Tipul de placă electronică folosit este unul special conceput pentru acest tip de
imprimantă de către cei de la Anet, astfel că tot codul la calibrarea componentelor este deja
implementat.

Figura 3.23 Montarea pl ăcii electronice
Figura 3.24 Componentele plăcii electronice [ 3.13 ]

Pasul 10:
Acesta este pasul final, unde voi pune ultimele fire conectate la placa electronică, iar
după aceea le voi îmbrăca într -un material de plastic ( un fel de tub spiralat ) , voi aranja astfel
firele să nu stea încâlcite.
În final, imprimanta 3D este asamblată, totul este în regulă și urmează o serie de
testări și de calibrări, iar apoi o voi putea folosi la capacitatea maximă.
Conform celor 10 pași , imprimanta este montată și kit -ul s-a dovedit a fi unul fără
probleme la asamblare, fără dificultăți. Pentru asamblare m -am uitat pe YouTube
[3.14][3.15][3.16][3.17] în majoritatea timpului, pentru a vedea exact fiecare pas cu pas, chiar
dacă am primit și pe cardul de la imprimantă o serie de instrucțiuni în format .pdf.

Figura 3.25 Asamblarea suportului pentru material
Figura 3.26 Partea finală – imprimanta este asamblată

4. Filamente
Pentru acest tip de imprimant ă, din categoria RepRap, Prusa i3, se folosesc două tipuri
de filamente ca și diametru: unul de 1.75 și unul de 3mm. Eu voi folosi filamente cu diametrul
de 1.75mm. Acest tip de filament este specific pentru tehnologia FDM. Toate materialele care
se folosesc sunt în general termoplastice sau termoizolante, astfel că ele fiind un polimer, devin
pliabile pe o anumită suprafață când sunt turnate la o anumită temperatură și se solidifică într –
un timp relativ scurt. [ 4.1 ]
4.1 Tipuri de filamente [ 4.2] [4.3]
În continuare voi prezenta pe scurt câteva tipuri de filamente, de la cele mai folosite
până la cele mai necunoscute:
a) PLA ( Polyactiv Acid – Acid poliactic ) : necesită o temperatură a extruder -ului între
190 și 230 °C; patul să fie la o temperatură între 20 – 60 °C; folosit în general pentru
jucării; aplicații compacte, mici; prototipuri; foarte întâlnit la scară largă; orice tip de
imprimantă Prusa i3 poa te folosi acest tip de material;
b) ABS ( Acrylonitrile Butadiene styrene – Acrilonitril Butadien Stiren ) : este un tip de
polimer des întâlnit; un pic mai toxic decât PLA -ul; necesită o temperatură a extruder –
ului între 210 și 250 °C; patul trebuie să fie încălzit la o temperatură între 80 și 110 °C;
este mai solid decât PLA -ul; se printează mai clar din punct d e vedere calitativ decât cu
PLA;
c) PET ( Polyethylene terephthalate – Polietilenă Tereftalată ) : este unul dintre cele mai
cuno scute tip uri de plastic la nivel mondial; are nevoie de o temperatură a extruder -ului
cuprinsă între 235 și 255 °C; temperatura patului între 50 și 70 °C; compact; durabil;
flexibilitate medie;
d) Nylon ( Nilon ) : un tip popular din familia polimerilor, folosit în general la aplicații în
industrie, cel mai recomandabil din punctul de vedere al flexibilități i; durabilității și a
rezistenței; extruder -ul are nevoie de o temperatură cuprinsă între 225 și 245 °C, iar
patul de o temperatură cuprinsă între 60 ș i 80 °C;
e) PCTPE ( Plasticized Copolyamide TPE – Copoliamidă Plastifiată Elastomeri
Termoplastici [ 4.4 ] : este un tip de filament flexibil; folosit pentru printarea carcaselor
de telefoane mobile; extruder -ul necesită o temperatură cuprinsă între 25 și 245 245 °C,
iar patul între 60 și 80 °C;
f) PC ( Polycarbonate – Policarbonat ) : este foarte durabil și rezistent la impact și la
temperature ridicate; este transparent; patul necesită o temperatură cuprinsă între 90 și
110 °C, iar extruder -ul o temeperatură cuprinsă între 270 și 310 °C;
g) Wood ( Lemn ) : folosesc PLA ca bază și o combinație de alte substa nțe ( se folosește
și rășina ) ; folosite la sculpturi și la obiecte ce necesită folosirea daltei pentru o calitate
reală; temperatura patului trebuie să fie cuprinsă între 190 și 250 °C, iar temperatura
extruder -ului cuprinsă între 20 și 40 °C;
h) Metal: diferite materiale cum ar fi alama, bronz sau cupru; nociv pentru extruder;
extruder -ul are nevoie de o temperatură cuprinsă între 255 și 275 °C, iar patul între 25
și 45 °C;
i) Fosforescente: sunt asemănătoare ca și compoziție cu PLA -ul și ABS -ul; temperatura
extruder -ului trebuie să fie situată între 180 și 240 °C, iar temperatura patului să fie
cuprinsă între 20 și 70 °C;

j) HIPS ( High Impact Plystyrene – Polistiren rezistent la impact ) : este un copolimer ce
combină duritatea polistirenului și elasticitatea cauciucului; similar cu ABS -ul; este
rigid; temperatura patului trebuie să fie între 40 și 60 °C, iar temperatura extruder -ului
să fie între 220 -240 °C;
k) PVA ( Polyvinyl Alcohol – Alcool Polivinilic ) : este translucid cu o nuanță de culoare
galbenă; dizolvabil în apă; folosit la imprimantele 3D capa bil de extrudare dublă;
extruder -ul trebuie să aibă o temperatură cuprinsă între 160 și 200 °C, iar patul între 35
și 55 °C;
l) MoldLay : material special creat pentru fabricarea de piese din mase plastice; utilizat
la matri țe; temperatura patului necesită o temperatură cuprinsă între 25 și 45 °C, iar
extruder -ul o temperatură cuprinsă între 165 și 185 °C;
m) ASA ( Acrylonitrile Styrene Acrylate – Acrilonitril stiren ) : a fost dezvoltat ca o
alternative pentru ABS; rezistent la apă ; utilizat în industria automobilistică;
temperatura extruder -ului trebuie s ă fie situată între 240 și 260 °C, iar temperatura
patului trebuie să fie între 80 și 100 °C;
n) PP ( Polypropylene – Polipropilenă ) : este flexibil; luminos ; rezistent din punct de
vedere chimic; dificil la printare; temperatura extruder -ului trebuie să fie cuprinsă între
235 și 265 °C, iar ce a patului între 100 și 120 °C;
o) Cermică: disponibil numai cu diametrul de 3mm ; fabricat din argil ă; aspect lucios;
temperatura patului trebuie să fie situată între 25 și 45 °C, iar cea a extruder -ului între
255 și 275 °C.
Aceste tipuri de filamente sunt printre cele mai esențiale privind modul de utilizare
pentru imprimantele de tip RepRap.

4.2 Tipuri de filamente utilizate
Eu voi folosi pentru acest proiect 4 tipuri de filament, unul fiind o combinație, astfel că
voi folosi un filament de tip PLA , unul PLA fosforescent ( combinația este între PLA și
filamentul fosforescent, astfel că temperatura de utilizare o voi utiliza co nform pentru
filamentul PLA ) , un filament de tip ABS și un filament de tip flexibil.
Imprimanta are setat din cod două opțiuni pentru a pregăti patul și extruder -ul pentru
printare, de exemplu dacă folosesc PLA, după ce aleg opțiunea Home All, aleg Preh eat PLA și
astfel patul se încălzește până la 60 °C, iar extruder -ul până la 190 °C, iar apoi introduc
filamentul în extruder. A doua opțiune este ABS, Preheat ABS, patul se va încălzi până la 110
°C, iar extruder -ul până la temperatura de 240 °C, apoi înc ep să introduc filamentul înăuntrul
extruder -ului și aleg programul de printat.

În figura 4.1 am pus cele 4 tipuri de filamente pe care le voi folosi. Voi printa obiecte diferite
cu fiecare din ele, la fel va fi și calitatea din program, astfel încât să evidențiez anumite modalități de
printare.

Figura 4.1 Tipuri de filamente pe care le voi folosi

5. Prezentarea general ă a programelor folosite

Pentru acest proiect folosesc trei programe, pentru a crea piese 3D vectoriale cu
aplicația proiectării asistate de calculator ( CAD = Computer Aided Design ) și pentru a stabili
faza de printare a fișierului, ultimele retușuri cu privire la temperatura patului de printare sau a
extruder -ului ( în funcție de tipul filamentului ales ) , respectiv a dimensiunilor pentru a încadra
obiectul în aria de desfășurare a imprimantei.
V oi lucra cu programul 3ds Max pentru realizarea fișierelor 3D, deoarece mi se pare cel
mai optimizat și mai compact din cele cunoscute de mine; am mai lucrat cu versiuni de
AutoCAD ( 2007, 2015, 2016, 2017 ) și cu versiuni de SolidWorks ( 2010, 2016 ) , dar cel mai
pliabil la ceea ce vreau să fac este 3ds Max ( folosesc versiunea 2017 ) . Cu Wolfram
Mathematica ( Versiu nea 11.11 ) reprezint prin formule, figuri geometrice 3D. Pentru etapa
finală, înainte de a salva fișierul să îl pun pe card la placa de la imprim antă, folosesc programul
Cura ( versiunea 14.07 ) , unde realizez ultimele detalii, cum ar fi temperatura, viteza de
printare, calitatea și dimensiunile.

5.1 3ds Max

Folosesc versiunea student 3ds Max 2017 ( de pe sait -ul celor de la Autodesk, o versiu ne
gratuită la https://www.autodesk.com/education/free -software/3ds -max ) , care este un tip de
program complex, folosit la modelarea 3D pentru animații, c rearea de jocuri, filme și i magini.
[5.1]
Personal, acest program 3ds Max îmi oferă o perspectivă solidă în vederea formării
mele profesionale, astfel că pe viitor doresc să creez jocuri cu acest program și cu Unity ( cu
cele două vreau să realizez jocuri de dimensiuni mari ) , deci, un prim pas, cel de a pune în
practică cunoștințele din 3ds Max este făcut cu ajutorul acestui proiect.

Figura 5 Error! No text of specified style in document. 1 Mediul de lucru din 3 ds Max
Pentru acest proiect voi prez enta su ccint funcțiile utilizate în etapele creării unei piese
în 3ds Max. Voi transpune opera lui Constantin Brâncuș, “ Coloana Infini tă ” [ 5.2 ] [ 5.3 ]

Dimensiunile pe care le voi folosi sunt cele din realitate [ 5.2 ] [ 5.3 ], unitatea de m ăsură
va fi [ mm ] , iar înainte de a printa obiectul, îl voi micșora în programul Cura.
Pentu început voi crea un pătrat , cu dimensiun ea de 900mm, apoi îl voi extruda
folosind opțiunea Extrude din Submeniul Modifier List de la Meniul Modify.
Stabilesc înălțimea cubului la 900mm, așa va fi dimensiunea unui semi -modul dintr -o
mărgea de la Coloana Infinită.
Apoi după extrudare, voi trece la convertirea cubului ca fiind un poligon editabil, aleg
opțiunea Convert to Editable Poly, astfel încât așa voi putea face un trapezoid pentru semi –
modul.
Figura 5.2 Formarea pătratului și extrudarea lui

În pasul următor, aleg opțiunea Edge de la submeniul Selection și voi modifica acest
cub în așa fel încât să fie o prismă trapezoid ală, cu dimensiunile de 900x450x900.

Voi multiplica această prismă trapezoidală folosind funcția Clone -Copy, astfel încât să
forme z 15 module întregi + baza și vâ rful.
Figura 5.3 Stabilirea înălțimii și convertirea cubului ca poligon
Figura 5.4 Prisma trapezoidală

După ce am realizat toate cele 15 module întregi + vârful, atunci le grupez pe toate și
trec la baza, care va avea aceleași dimensiuni ca la un semi -modul, doar înălțimea va fi de
1360mm și nu mai de 900mm.
În final, voi face un postament pentru a susține toată construcția și îi voi insera text în
interior, ca și cum o să fie textul cioplit în structură, folosind comanda Boolean pentru doi
operatori de la opțiunea Compound, și aleg p arametrul Substract. Salvez și apoi îi dau export
cu extensia .stl.
5.2 Cura 14.07
Programul Cura 14.07 l -am primit pe card -ul venit la kit -ul imprimantei cu un set de
instrucțiuni de folosire.
Cura este o aplicație pentru faza finală în procesul de editare fișiere pentru a le printa.
A fost creat de către David Braam, care a fost mai apoi anajat de compania Ultimaker (
specializată în programe pentru printare 3D de tip Open -Source [ 5. 4] ) pentr u a-i face
mentenață [5.5 ] .
Acest program este compatibil pentru tipurile de imprimantă din proiectul RepRap,
Prusa i3, iar ca zonă de dezvoltare, este susținut de platforma GitHub ( special creată pentru
dezvoltare, întreținere și creare de noi idei la proiecte cu acces gratuit ) [ 5.5 ] .
Setările imprimantei le -am introdus și în acest program, la meniul Machine, opțiunea
Machine settings.
Este un program cu 4 opțiuni principale ( ca submeniu general ) , unde se găsește zona
Basic, aici sunt stabili te datele principale cum ar fi calitatea stratului, ce dimensiune să aibă
stratul ( 0.1 mm este cea mai bună, 0.2mm este standard ) ; opțiunea Fill Density care face un
obiect să fie printat nu tocmai plin, ci în procent de 20% ( standard ) , dacă ar fi 10 0%, atunci
obiectul ar fi strat cu strat plin, altfel, va avea anumite găuri în construcția sa; opțiuni referitoare
la temperatura extruder -ului și a patului, pe care le voi introduce în funcție de materialul folosit ; Figura 5.5 Prototip Inginerie -H.R.E. – Coloana Infinită

viteza de printare ( de obicei este de 400mm/s) ; tipul diametrului ( 1.75mm sau 3mm ) . Un alt
submeniu este Advanced, unde sunt introduse setări avansate cu privire la diametrul duzei (
0.4mm ) , viteza de retragere a materialului, de exemplu atunci când printează un strat, începe
dintr -un punct, iar când urmează un alt strat, atunci cu ajutorul motorului, filamentul este tras
spre interior cu o anumită viteză ( 45 mm/s este standard ) și la o anumită distanță ( 5mm ) ;
calitatea stratului; viteza de trave rsare de la o zonă la alta, de exemplu, după primul strat,
trebuie ca extruder -ul să se deplaseze într -o anumită zonă; activarea sau dezactivarea
ventilatorului atașat pe suportul extruder -ului. Submeniurile Plugins și Start/End -GCode nu le
voi prezenta, d eoarece la Plugins nu am ce folosi, nu introduc nimic, iar la Start/End -Gcode
sunt două fișiere, start.gcode și end.gcode prin care se începe și se termină programul.
Acest program suportă extensile .stl, .obj, .dae, .amf, .bmp, .jpg, .jpeg, .png, .g, . gcode,
eu voi utiliza extensia .gcode pentru a printa fișiere CAD.
Cu ajutorul acestui program se poate vizualiza strat cu strat fiecare obiect, cu ajutorul
opțiunii Layers de la meniul View Mode. De exemplu, la piesa crea tă anterior în programul
3ds Max, se observă că are 1998 de straturi , iar cu setările generale ( doar 0.1mm ca să fie
calitate mare la printare ) , obiectul va fi printat în aproximativ 4 ore și 27 de minute. Programul
Cura arată și cât material se estimează pentru a fi consumat, de exmplu, pentru piesa creată se
va consum a 3.76m sau 11 grame. Când am importa fișierul .stl realizat în 3ds Max, am schimbat
dimensiunile și l -am făcut pe axa X de 40mm, pe axa Y de 30mm, iar pe axa Z de 200mm.
Piesa am pus -o centrat pe pat, astfel că extruder -ul va recunoaște dimensiunile di n codul
G și va percepta exact fiecare dimensiune în plan.
Ca să creezi un astfel de program numai din cod G este foarte complicat, de exemplu,
am pus fișierul .gcode pe sait -ul http://gcode.ws/ să văd cât de mare este codul și are fix 72160
de linii. Cel mai bine este să lucrezi cu programe de tip CAD, să faci modelare vizual și apoi
Figura 5.6 Setări principale

să convertești în .gcode sau dacă vrea cineva, poate folosi un program de reprezentare 3D ce
implică programare, adică, să scrii cod curat.
Acestea fiind date, salvez fișierul cu extensia .gcode și îl pun pe card la placa de la
imprimantă.
5.3 Wolfram Mathematica 11.11
Acest prog ram este utilizat pentru calcule matematice în domeniul ingin eriei,
matematicii, cercetării. Prima versiune a fost lansată în anul 1998, iar din anul 2009 au
început propri ul limbaj de programare Wolfram|Alpha, care este reprezintă un pro iect
complex și ambițios, scopul lui este acela de a dezvolta noi idei și d e a concepe altele [ 5.6 ] [
5.7 ] .
Cu ajutorul acestui tip de program, voi lua câteva figuri geometrice formate din
formule, ca mai apoi să le fac în grafuri 3D, să le export ca fișier cu extensia .stl și să le
salvez ca .gcode, în final să le printez.
Pentru început, voi modifica parametrii de la funcția ContourPlot3D, ce am găsit -o
pe sait -ul oficial [ 5.8 ] , iar apoi o voi transforma în format .stl.

Figura 5.7 Dimensiunile obiectului + vizualizarea până la stratul 608 din 1998

După aceea, folosesc comanda Export pentru a face graful 3D în format .stl, ca mai
apoi să îl convertesc în .gcode pentru printare. Comanda este << Expor t[ ” es.stl ”, es ] ; >> ,
unde es este o variabilă căreia i -am atribuit funcția ContourPlot3D.

Figura 5.8 Mediul Wolfram Mathematica
Figura 5.9 Modificare funcție

6. Printare
Întâi de toate, trebuie calibrat patul imprimantei, astfel încât distanța de la capul
extruder -ului la pat să fie aproximativ cât îi grosimea unei foi A4 ( de aproximativ 0.2mm ) ,
apoi încep să calibrez fiecare axă, să fie la punctul 0, punctul de începere și în funcție de
materialul cu care voi printa, să aleg metoda de pregătire ( PLA sau ABS ).
6.1 Printare PLA albastru
Pentru început, voi printa un model de mână de pe sait -ul https://www.thingiverse.com/
[ 6.1 ] . Am setat axele Home All, apoi am dat opțiunea Preheat PLA, deoarece folosesc un
material de tip PLA . Când extruder -ul are temperatura de 190 °C, atunci încep să introduc
filamentul înăuntru.
După ce introduc filamentul în extruder, aștept puțin să iasa afară materialul sau să se
curețe de cel anterior, topindu -se, iar apoi îi dau să printeze fișierul ales.

Pentru test, totul a fost în regulă, chiar dacă a durat aproximativ 9 ore timpul de
printare al obiectului.

Figura 6.1 Pregătirea imprimantei de printare
Figura 6.2 Printarea mâinii în forma ‘Like’

După câteva teste cu filamentul albastru, trec mai departe și testez filamentul PLA
fosforescent.
6.2 Printare PLA fosforescent
Pentru a testa și materialul PLA fosforescent, am ales un model de obiect care pare
flexibil, un pește, prins așa de b ine încât seamăna cu o brățară la vertebre . Fișierele le -am luat
de pe sait -ul https://www.thingiverse.com/ [ 6. 2 ] .
Rolul acestui test este acela de a vedea precizia imprimantei de a printa în așa fel, strat
cu strat, încât să nu se desprindă componentele peștelui. Scheletul peștelui este în așa fel
conceput că spațiile dintre vertebre sunt foarte mici, iar după ce am printat, a trebuit să sucesc
de vertebre ca să fac un pic de loc, astfel peștele este acum mobil. Foarte interesant, calitatea
imprimantei este acceptabilă, se pot printa și obie cte mobile dintr -o singură bucată.
Figura 6.3 Produsul finit, mâna ‘ Like ‘
Figura 6. 4 Introducerea filamentului PLA fosforescent

6.2 Printare ABS

Înainte să pr intez cu fil ament de tip ABS, cal ibrez imp rimanta ( Home All ) , apoi
aleg opțiunea P reheat ABS d e la Quic k Settings și aștept până extruder -ul ajunge la 240 °C,
iar patul la 110 °C.
Figura 6. 5 Printarea peștelui flexibil din PLA fosforescent
Figura 6.6 Setări pentru ABS

Se observă că este diferită de programul Wolfram Mathematic , unde era un trapezoid
gol, la fel și în programul Cura, unde se vede fișierul cu extensia .stl. Probabil, la ultima
transformare, în extensia . gcode, s -au umplut golurile și astfel este o piesă compactă.

6.3 Printare material flexibil

Figura 6.7 Piesa făcută în Wolfram Mathematic

7. Concluzii