Punerea in functionare a unui sistem de imprimare 3D. [305036]

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

Punerea in functionare a unui sistem de imprimare 3D.

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 [anonimizat], 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, [anonimizat]: http://www.thingiverse.com.

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

Software-[anonimizat] (slic3r) și, ce funcționează ca G-cod interpret.

Pentru a imprima un model 3D, trebuie să "taie" [anonimizat] 3D pentru căile de scule (ce se folosesc la imprimarea 3D). Software-[anonimizat] 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.

[anonimizat]-ul calculeaza toate variabilele (viteza, rata, [anonimizat] …), ceea ce înseamnă că parametrii sunt unici pentru fiecare tip de imprimantă. Acest proces reprezintă un echilibru delicat de mai multe variabile.

Partea G-[anonimizat] .g-[anonimizat], [anonimizat] (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-[anonimizat]. 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 :

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 de mai jos dand clik 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 :

Fig. 3.3

Facem clic pe butonul ,,Printer Settings" – ,,Setări imprimantă" :

Fig. 3.4

Se deschide următoarea fereastră:

Fig. 3.5

Modificam setările de pe această filă Fig. 3.5 așa cum se arată mai jos in Fig. 3.6, astfel pentru setarea "Port" scriem ,,COM3”, ce l-am notat ma 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

Facem din nou clic pe butonul "Setări imprimantă" se deschide fereastra din Fig.3.7 si în tab-ul "Printer", setam următorii parametri indicati cu sageata rosie :

Fig. 3.7

În tab-ul "Extruder", Fig.3.8 setam următorii parametri:

Fig. 3.8

În tab-ul – Printer Sahpe(Forma Imprimanta) Fig.3.9 setam următorii parametri:

Fig. 3.9

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

Facem clic pe OK pentru a salva modificările.

În meniul "Temperatură", Fig.3.10 selectam vizualizarea curbelor de temperatura : temperatura extruderului, temperatura 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 mai jos 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 continu prin diuza de 0,5mm se face prin rotirea cu mana a roti dintate in sensul arcelor 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 curbaele de temperatura vor fi după cum urmează:

Fig. 3.16

Atenție!: Extruderul este fierbinte.

Testam ventilatorul.

Glisam comutatorul pentru ventilator la 100% și facem clic pe butonul .

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

Ventilatorul începe să sufle aer în direcția extruderului.

Facem clic pe butonul " " pentru a deconecta ventilatorul.

Facem clic pe butonul " " pentru a deconecta extruderul.

Facem clic 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 se rotește șurubul de reglare pentru axa Z, până când se aude un clic (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 asamblu 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 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. 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 arcelor de ceasurnic.

Rotim manual roata dințata mare în sensul arcelor 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 iar pentru a îndepărta picăturile din plastic de pe patul incalzit si de pe extruder utilizam o pensetă .

Fig. 3.24 Fig. 3.25

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

Descărcam 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 clic 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 acesam tabul ,, Slice witlic3r “ pentru a felia modelul 3D asa cum se vede in Fig.3.30 si Fig.3.31 de mai jos .

Fig. 3.30

Fig. 3.31

Automat se deschide fereastra ,,Print Previu” unde putem observa cum Slic3r a feliat modelul 3D si oferindune 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

Deschidem 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 incalzirea 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 dupe cum se poate vedea in Fig.3.37 ÷ Fig.3.47.

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 sa finalizat complet, automat etruderul ajunge in pozitia X=0, se răcește modelul 3D timp de aproximativ 1 minut, apoi putem s-al desprindem usor de patul de încălzire. Rezultatul va fi similar cu acesta:

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 a depins 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 sa 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 arcelor 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 continu 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 poat face chiar si în timp ce imprimanta imprimă.

Se montează bobina pe suport ca in Fig. 3.52

Fig. 3.52

Asigurați-vă că începutul filamentului este curat și taieat 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 sa observat ca inaintarea noului filament nu se face in mod normal si chiar sa 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 cosultat 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 sa 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 s-al introducem , sa se deplaseze intro parte sau alta asa cum se vede in Fig. 3.58 si Fig. 3.59.

Pentru a elimina acest inconvenient propunem :

– cresterea lungimii de ghidare a filamentului prin cresterea lungimii capatului tubular superior al extruderului cu circa 10mm cum se vede in Fig. 3.58 si Fig. 3.59 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 dealtfel am intalnit la alte imprimante 3D.

Fig. 3.65

Fig. 3.66

Fig. 3.67

– cresterea lungimii de ghidare a filamentului prin cresterea cu circa 5mm a lungimii piesei de centrare si ghidare a filamentului ce necesita montata ca in Fig. 3.64 astfel incat sa nu existe frecare intre surubul canelat si piesa de centrare si ghidare alungita.