Completando a Mesa aquecida

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Durante alguns dos últimos finais de semana o Jorge, Viola e eu (Alain) estivemos na Masmorra e trabalhamos bastante, entre outras coisas, terminando de montar a Mesa Aquecida.

• Medições na mesa

As medições já haviam sido feitas e estão documentadas no Blog de 11/julho. Estou repetindo aqui apenas os resultados:

• Dimensões: 145 x 196 x 5 mm de alumínio

• Depois de ligada com a fonte menor que só fornecia 3A e 7,1V (resistores menores) a temperatura estabilizou em 58,5°C com 20°C ambientes. Portanto temos uma constante de dissipação de (58,5-20)/(3*7,1) = 1,8°C/Watt.

• Para alcançar mais, 110°C ou mais, como o Nophead está usando, vai dissipar (110°C-15°C)*1,8 =52W só em perdas para o ambiente.

• Velocidade de aquecimento: deixamos esfriar e alimentamos, com uma fonte maior, com 50W. Aqueceu de 24°C a 52.5°C em 410s ou seja: (53.5-24)/410 = 0,07°C/s.

• Dimensionamos a potencia total para 150 Watts, deveria ser tranquilo para uma fonte de PC.

• Montagem

Aqueles resistores de teste foram substituídos por resistores maiores. Cada Resistor é de 10 Watts (Ohmega R$1,50), colado à mesa por baixo com Araldite. Cada um de 6R8 com 12 Volts dissipa em torno de 20W, por estarem fixados em um enorme dissipador funcionam adequadamente.

A potência total de 150 Watts permite atingir 60°C em 3 minutos e 110°C em 5 minutos. Depois de aquecido consome aprox. 50W para manter 110°C.

O sensor de temperatura foi fixado depois. Ficou razoavelmente próximo ao centro e um pouco mais próximo da origem onde se imprimem mais peças.

A placa de suporte está colada com Araldite. O Jorge fez um pequeno furo (não passante) e o sensor foi inserido com pasta térmica.

Usamos o Termistor Murata de 100k 1% achado na Mouser por $0.79.

• Eletrônica

Novo: Observe que estávamos usando placas Gen3. Para as placas mais novas como Gen6/Gen7/Ramps/Sanguinololu, um driver adequado já existe nas placas.

Montei um pequeno driver com um MosFet que seja capaz de aguentar a corrente: IRFZ48 que custou apenas R$1,80 na Dabi.

Usei um driver TC4427 porque esse MosFet é acionado por 12V. Encontrei na Farnell.

(Clique para ampliar esquema)

Esta é a plaquinha do driver, provisória, por isso em placa padrão. As trilas de potencia estão reforçadas por trás com fio rígido.

Como estamos alimentando tudo com uma fonte de PC, aproveitei o conector de e 4 fios que vai à MotherBoard para entrada de 12V.

O dissipador EletroService 180.008 25°C/W está no limite. A tensão no MosFet (Rdson=17mOhms) foi medida em 0,2V gerando 2,5W durante o aquecimento a frio.

Aquele dissipador esquentou demais, então fiz uma rápida adaptação. Ficou até um pouco mais frio que o necessário.

Segundo o manual da HS dissipadores, a resistência térmica deveria ser 15°C/W.

A entrada foi prevista para ligação direto no pino do controlador, então foi preciso fazer uma conexão na entrada no MosFet da placa do extruder.

• Problemas e Soluções

Um dos problemas que encontramos foi que a fonte explodiu! Isso falando literalmente, era uma fonte sem marca mas que já havia prestado anos de bons serviços mas com uma carga real de 150W a mais ela não aguentou. Felizmente, o Jorge encontrou uma fonte Dell com as mesmas especificações e agora está funcionando perfeitamente.

Temos em vista fazer uma versão alimentada direto da rede AC, 110/220V. Isso é mais delicado e por motivos de segurança, eu pessoalmente acho que pode ser feita numa chapa de vidro em vez de alumínio.

Mas o resultado funcional foi muito bom, fizemos muitas impressões a 120°C e o empenamento encontrado anteriormente incomodou muito pouco. Ainda faltam testes com peças maiores, veremos no futuro.

Veja também:

Mesa aquecida da mina MesaXYZ com 500W para aquecer rápido,

Mesa do Paulo Fernandes que foi inspirada nestas duas, é mais leve com alumínio de 3mm para uma Prusa

Encontro do dia 21/agosto/2011

Este foi um ótimo encontro, estavam presentes o Rodrigo Reis, André Oliveira, Fábio Gilii, Fábio Serrão, Pedro Cardoso, além do Jorge e eu (Alain). Faltaram notadamente o Taba e o Pedro Melo portanto sobraram as respectivas costelinhas encomendadas com tanto carinho...

Nos dias antes deste encontro, o Jorge(+), eu e o Viola trabalhamos com bastante regularidade na impressora do grupo. Tivemos umas surpresas, uma vez a fonte explodiu e demoramos para conseguir outra, outra vez o bico começou a desmontar mas essa o Jorge arrumou na hora, uma hora funcionava, depois nada mais dava certo... ficamos até preocupados de não ter uma impressora para mostrar.

Finalmente as nuvens se dissiparam e a máquina estava rodando bem no dia marcado!!!

Fizemos algumas impressões interessantes:

Essa peça é bastante complexa, serve para eliminar as vibrações de uma outra Mesa XYZ, veja a descrição da versão anterior aqui.

Essa peça ficou realmente funcional, já está montada e ficou boa.

Depois fizemos o famoso apito.

Observem que a bolinha está sendo feita o mesmo tempo, dentro do apito.

Mas na hora que o apito começou a fechar com as camadas suspensas no ar, ficamos todos sem fala.

Veja mais fotos do Rodrigo aqui.

Mas isso não que dizer que todos ficaram sem fôlego...

O Jorge foi bem rápido em fazer o apito funcionar!!!

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O Jorge também apresentou uma invenção muito interessante. Isto é um dispensador automático de filamento.

Ele fornece o plástico para a impressora sem precisar alimentar manualmente.

Vejam como é simples!

Em cima ele está pendurado por um rolamento de motor de passo, em baixo tem um furo no centro e o filamento de ABS vai saindo.

Muito bem bolado!

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Estas imagens são do final de semana seguinte, mas acho que vale a pena preservá-las aqui:

Depois de passar um bom tempo quebrando a 3 cabeças juntos, Jorge, viola e eu, estamos compreendendo um pouco mais sobre o Skeinforge.

Esta piramide foi feita como está na foto, sem nenhum retoque manual!!!

Ah, e tem mais, foi usado o novo extruder abaixo...

E isto é o que acontece se deixar um cara trancado na Masmorra por tempo demais...

O Jorge terminou um outro Extruder, versão personalizada. Apenas o conjunto do bico é o mesmo.

O extruder antigo estava "desmelingüindo" e este ficou muito resistente e com mais força. A operação ficou tão semelhante ao anterior que bastou um leve ajuste nos parâmetros para imprimir a pirâmide acima.

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Agora sentimos que o funcionamento básico da impressão 3D já é conhecido. Estamos avaliando quais serão os próximos passos:

• Estudar o Skeinforge
• Aumentar a velocidade
• Estudar o Skeinforge
• Estudar melhor o sistema de controle de temperatura que deixa a desejar
• Estudar o Skeinforge
• ??? 

Imprimindo com alguma Repetibilidade

Neste domingo fomos muito animados para a Masmorra! O Jorge tinha mandado uma foto de uma peça impressa sem interrupção do começo ao fim, e sem erro!

O que permitiu que tudo isso funcionasse foi o Software para PC Printrun/Pronterface, veja aqui e aqui.

É um software simples, em Python, roda bem no Windows e no Linux. A grande vantagem é o que ele não faz.

Ele só imprime e usa o Skeinforge para  fazer o fatiamento e geração do gcode e não interfere na configuração.

E não deu erro de comunicação nenhuma vez! O firmware usado foi o RepRap 20100806 que corresponda à nossa eletrônica.

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Quando cheguei a máquina já estava trabalhando, imprimindo uma caixinha de testes! Mas vamos por partes...

Esta peça nos pareceu que vale a pena conservar documentada. Isso é um Raft, impresso bem devagar e portanto com bastante material. Porém a distancia da mesa ao bico estava muito grande. essas ondinhas em espiral acontecera porque o ABS não estava sendo suficiente para preencher o espaço.

É possível que também a forma se deva à temperatura de 225°C ser um pouco baixa.

"Raft" é uma camada extra que vai por baixo e tem por finalidade aderir bem à mesa e corrigir qualquer irregularidade. É impressa bem devagar e com muito plástico ABS. Depois ainda existe uma camada opcional intermediária "interface" antes da peça.
(clique para ampliar)

Estas peças que já estavam saindo da máquina quando eu cheguei!
Temperatura do Extrusor a 225°C e da mesa a 80°C, também havia um problema com a altura da primeira camada que estava levantando mais que deveria. A da esquerda é com Raft e dá para ver 2 camadas de "interface", porem a interface prejudicou a adesão da primeira camada da peça.

 Então nós resolvemos aumentar a temperatura como está sendo usado por algumas pessoas como nophead.

Aquecemos a mesa a 110°C (o controle automático ainda não estava montado, então controlamos manualmente.

Trocamos o adesivo dupla-face pelo Kapton próprio para alta temperatura.

A impressão agora foi tranquila até o fim com um mínimo de deformação.

Então aumentamos também a temperatura da Extruder para 240°C.

Também fizemos ajustes empíricos no Skeinforge verificando o Gcode criado para eliminar o problema das camadas inferiores mais altas que deveriam.

O resultado foi uma peça sem deformação e muito sólida.

Foi usado Raft e não a camada intermediária. Foi difícil retirar o Raft, a adesão está realmente boa.

Podemos dizer que agora estamos conseguindo fazer peças! Ainda não compreendemos como configurar os parâmetros mais importantes do Skeinforge, falta muito o que pesquisar.


O sistema está se comportando de maneira consistente e finalmente sentimos confiança para ir adiante. Agora precisamos apenas arrumar um pouco as coisas, fixações, fios e fontes.

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Consultei com um amigo que trabalha com injeção de plástico, ele achou normal essa temperatura de 240°C. A explicação é que o ABS para extrusão tem indice de "fluidez 4" enquanto que o que é usado para injeção tem "fluidez 12" e portanto precisa ser mais aquecido para ter um bom comportamento. Nós não constatamos nenhum cheiro anormal durante a operação.

Mesa aquecida

Neste fim de semana estivemos na Masmorra preparando a mesa aquecida, apenas Luis Viola, Jorge e Alain.

Ao fazer as primeiras peças percebemos que o empenamento é um problema muito mais sério do que imaginávamos. O bico chega a bater na peça e consegue provocar perda de passo nos motores. O Jorge na verdade já estava a todo vapor fazendo uma mesa nova!

(A mesa não está concluída, mas estas são as primeiras imagens, depois publico o resto aqui mesmo)

Flagrante do Jorge com a mão na massa, como de costume...

Cortamos um outro robô para fazer o nosso, a serra circular ajudou.

Até o Luis Viola pôs a mão no hardware, aqui está ele prendendo os resistores de aquecimento no verso da mesa.

Estes eram os resistores que tínhamos: 5 peças de 10R 5W. Fixados provisoriamente para dimensionar  e avaliar as características.

Fixamos também um termopar de um multímetro para facilitar o acompanhamento da temperatura. Mas na verdade fizemos a maioria das medições com este kit da Microchip.

E a mesa montada no seu devido lugar.

Fizemos um encaixe com o mesmo formato da outra mesa de PVC, mas com espaçadores para segurar a plataforma aquecida.

Ela encaixa na mesa XY e fica presa pelos dois parafusos frontais para fácil remoção manual.

• Medições na mesa

Fizemos uma série de medições na mesa para determinar o aquecimento necessário para a versão definitiva.

• Dimensões: 145 x 196 x 5 mm de alumínio

• Depois de ligada com a fonte menor que só fornecia 3A e 7,1V, a temperatura estabilizou em 58,5°C com 20°C ambientes. Portanto temos uma constante de dissipação de (58,5-20)/(3*7,1) = 1,8°C/Watt.

• Para alcançar mais 110°c como o Nophead está usando vai dissipar (110°C-15°C)*1,8 =52W só de perdas para o ambiente.

• Os resistores de 5W pois eles estão montados em um grande dissipador então podem dissipar muito mais que o especificados para convecção livre. Testamos com 10 Watts e a temperatura no lado oposto à mesa estava em 130°C e um diferencial de 70°C, isso durante o aquecimento que é a parte mais crítica. Isso parece bem razoável e vamos usar assim. (tivemos de fixar sob pressão durante esta medida, a fita adesiva não foi eficaz)

• Velocidade de aquecimento: deixamos esfriar e alimentamos, com uma fonte maior, com 50W. Aqueceu de 24°C a 52.5°C em 410s ou seja: (53.5-24)/410 = 0,07°C/s.

• Esperamos com 150W aquecer de 20° a 60° em 5 minutos (a dedução disto fica como exercício...)

Mais informações aqui mesmo assim que montarmos uma versão com os resistores definitivos.

Primeiras impressões

Sucesso, finalmente.. ou quase isso...

Neste domingo conseguimos algumas peças com aspecto decente, ainda não saíram inteiras mas já nos animou muito. Na verdade ficamos espantados quando começou a sair corretamente, até então só saiam bolotas disformes e "de-repente" começou a sair como deveria ser! Mas vamos começar do começo:

Antes que perguntem: não foi um encontro, apenas estavam na Masmorra Jorge, Alain, Viola e Diógenes (que foi embora cedo e não viu nada).

Esse foi o primeiro "Quase-Objeto" que o Jorge conseguiu alguns dias antes. a forma até que lembra vagamente o original do Thingiverse.

Fizemos contas, planilhas e muitos e muitos testes, até que, sem aviso...

foi como mágica, ficamos um tempo até recuperar a fala

Tudo havia sido verificado, recalculado. Então resolvemos experimentar o adesivo dupla face (sugestão do Hradec) e o filamento aderiu à mesa e os seguintes foram se alinhando como era esperado.

A peça não foi até o fim, mas várias camadas deram certo.

E continuou imprimindo. Esta é a mesma peça :)

Então nos animamos e mudamos algumas configurações.

Nesta peça usamos um "Raft" com a intenção de diminuir o entortamento dos cantos da peça.

Infelizmente não produziu o resultado esperado e prejudicou um pouco a forma da própria peça.

O funcionamento da mecânica foi tranquilo, como pode ser visto aqui. A mesa tem a assinatura de Sir Jorge, então isso era de se esperar...

Essa é uma peça de teste, pegamos do Thingiverse 9820, é interessante porque tem furo, um canto é chanfrado e outro é redondo.

E a mesma peça com uma vista por baixo.....

Mas nem tudo deu certo, os principais problemas foram:

• Falhas na comunicação, esse é um problema muito comum nas RepRaps. "Parece" que é um problema do firmware...
• Os cantos levantaram muito, chegando a bater no bico extrusor.

Estamos já analisando como fazer uma mesa aquecida porque isso parece ser essencial.

O maior problema agora é o Software do PC, temos que aprender a usar o Skeinforge e existem poucos tutoriais para isso. Se alguém souber ou tiver informações, por favor ajudem!!!

Softwares do PC que nós testamos: 

• RepRap, é em java, tem horas que trava e só reiniciando o Windows. Até que a tela ficou com o fundo preto e nem reiniciando, nunca mais funcionou
• RepSnapper, foi com esse que fizemos as peças acima. A versão que funcionou para Windows não tem mais desenvolvimento, a versão para Linux não funciona
• ReplicatorG, usado pela MakerBot. Nem tem configuração de Baud-rate, então não conseguimos usar. Parece que se usar um firmware próprio casado fica bom.
• Pronterface, esse é um script Python, bem leve e usa o Skeinforge para gerar o Gcode.

Também estamos cogitando de usar outros firmwares:

• Sprinter, totalmente diferente e não roda no nosso hardware
• versão do RepRap da MendelParts.com, parece promissor e mais completo.
• Teacup firmware, não estudei mas parece interessante

Ajustes na máquina

Nas últimas semanas fizemos alguns ajustes, acho interessante documentá-los.

Cooler para a Extruder:o stepper que usamos é de 2,5kgf.cm, enquanto que o original RepRap é 4,5kgf.cm. Para conseguir a força razoável, estamos com uma corrente alta no motor.

O aquecimento estava excessivo e chegou a amolecer o corpo da Extruder, com um pequeno cooler ficou bem frio. Um problema resolvido.
(Nova foto)

Apesar da relutância de alguns, o Sensor de Margem da mesa foi conectado. Esse é um dos sensores que já existiam, depois de reparado pelo Jorge.

Eu particularmente acho sensores muito importantes, o sistema reposiciona automaticamente a mesa a cada impressão.

O sensor do Z é para saber a altura da mesa. Também é feita uma recalibração de posição antes de cada peça.

Este talvez ainda sofra alterações, o ajuste é muito crítico e afeta a primeira camada impressa. Seria interessante um ajuste micrométrico por parafuso.

Esta adaptação, bem no estilo Masmorra, merece ser registrada. Prendendo um paquímetro digital ao eixo Z ele se tornou um DRO (Digital Read-Out) perfeito.

Foi útil para calibrar o avanço do eixo Z e a placa driver que está mal documentada.

Encontro do dia 19/junho/2011

Este encontro foi marcado pela ausência em massa, estavam presentes apenas o Jorge, o Fabio Gilii, e Alain.

Em vários finais de semana, houveram trabalhos na Masmorra na nossa Impressora 3D. Algumas vezes só Alain e Jorge, algumas vezes com o Viola e conseguimos muitos avanços.

Ainda não conseguimos imprimir uma peça, mas estamos quase lá... O que nós fizemos:

• A mecânica está ok, instalamos os sensores de margem (deu trabalho, mas *eu* acho que valeu a pena, mas o Jorge não gosta).

• o Viola encontrou um firmware que funciona na nossa eletrônica. As versões mais novas não deram certo. Ainda existem problemas pontuais, mas agora é mais fácil trabalhar neles.

• calibramos os eixos e conseguimos movimentos confiáveis.

• a extruder está funcionando, parece que corretamente.

• Conseguimos enviar diretamente os comandos gcode via HiperTerminal, parece que o firmware responde bem

• Testamos os vários programas de controle: RepRap, ReplicatorG, Repsnapper, TODOS têm problemas :(

• Editando os gcode gerado e mais alguns truques, conseguimos produzir os movimentos esperados na Impressora. Aparentemente ajustando as velocidades e distancias deveríamos conseguir imprimir peças :) :) :)

Uma das maiores dificuldades é compreender os parâmetros e configurá-los. Acho que aí vamos precisar de muito estudo, principalmente para o Skeinforge.

Ainda temos alguns truques a testar, vamos continuar trabalhando... mais notícias em breve.