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estrusori wade e bowden

estrusori wade e bowden

Molto spesso chi si appresta a costruire una stampante da zero o a modificarne una viene preso dal dubbio su quale tipo di estrusore adottare e la scelta si pone tra estrusori wade e bowden.

estrusori wade e bowden
estrusori wade e bowden
Vediamo insieme le varie tipologie di estrusori wade e bowden e le loro caratteristiche principali.
Prima di tutto specifichiamo che per entrambe i tipi esistono sia con demoltiplica che direct drive. Cosa differenzia queste due tecnologie? La prima, abbastanza intuitiva, sta ad indicare che il vero e proprio pezzo meccanico, hobbed bolt, che fa si che il filamento estrusori wade e bowdenvenga spinto all’interno dell’hotend, non riceva il moto direttamente, ma attraverso appunto una demoltiplica composta da un piccolo pignone ed una corona dentata (vedi prima immagine). Il principale vantaggio di un estrusore a trazione indiretta è la precisione con cui viene spinto il filamento nell’hotend .
Questa caratteristica è dovuta dal fatto che utilizzando motori stepper, cioè motori che di fatto si muovono a piccoli scatti e che devono “spingere” il filamento in modo costante e preciso, grazie alla demoltiplica possono girare più velocemente ed in questo modo minimizzare l’effetto dovuto proprio al tipico movimento dei motori stepper. Questa peculiarità viene molto apprezzata da chi ad esempio stampa utilizzando filamenti “morbidi” come la gomma e da chi, pur lavorando a discrete velocità di stampa, non rinuncia ad un buon livello di precisione per il risultato finale del pezzo. Per questo tipo di estrusore esistono due varianti di ingranaggi, quelli a denti piani e quelli a denti elicoidali preferibili ai primi in quanto diminuiscono molto l’effetto backlash che si crea soprattutto quando il filamento viene ritirato durante le fasi di stampa. Di contro un estrusore indiretto ha sicuramente le dimensioni ed il peso, caratteristica importante nel caso di un wade.
Vediamo ora le caratteristiche di un estrusore mosso tramite direct drive. Come suggerisce la denominazione, la spinta impressa al filamento è data da un pignone godronato collegato direttamente estrusori wade e bowdenall’albero del motore stepper e dalla pressione di un cuscinetto che ce lo spinge contro. In questo modo il motore stepper dovrà girare più lentamente per poter garantire la giusta quantità di filamento estruso ma proprio per la sua caratteristica descritta prima, il suo movimento non sarà regolare ma appunto a piccoli passi. Questa caratteristica, oltre a non permettere una buona coppia motrice, fa si che la “regolarità” con cui viene spinto il filamento nell’hotend sia inferiore rispetto ad una estrusione fatta in modo indiretto.
Per limitare questo problema si tende ad adottare pignoni godronati con il diametro ed il numero di denti, o ali, maggiore possibile in quanto la velocità di rotazione del motore, a parità di quantità di filamento estruso, dovrà essere maggiore rispetto ad un pignone più piccolo. Il vantaggio principale di un estrusore direct drive è dato dalla semplicità di costruzione e dalle sue dimensioni in quanto molto contenute.
Torniamo ora al dubbio wade o bowden. La sostanziale differenza tra i due estrusori wade e bowden riguarda la loro collocazione nella stampante. Nel primo caso, il wade, è direttamente collegato all’hotend e quindi montato sul carrello, nel secondo, bowden,  è delocalizzato in un altra zona della stampante ed il filamento arriva all’hotend passando attraverso una guaina, dal cui inventore prende il nome, in genere di teflon.
Il principale svantaggio di un estrusore wade, sia esso diretto o meno, è dato proprio dal fatto che è montato sul carrello e quindi il suo peso influenza i movimenti dello stesso nelle varie accelerazioni e decelerazioni aumentandone l’inerzia, dalla sua parte invece abbiamo che tutta l’energia trasmessa al filamento viene utilizzata per spingere quest’ultimo con maggiore pressione nell’hotend.
Nel caso del bowden invece, l’aspetto negativo riguarda lo spreco di energia dovuto appunto alla distanza con l’hotend in quanto una parte della spinta che il filamento riceve dall’estrusore si perde proprio lungo la guaina. Di contro, ci permette di alleggerire il carrello permettendoci stampe molto più veloci ed allo stesso tempo relativamente precise.estrusori wade e bowden

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Ottimizzare le nostre stampe

Ottimizzare le nostre stampe

Ottimizzare le nostre stampe
Cosa dobbiamo fare per ottimizzare le nostre nostre stampe? Prima di tutto scegliere … scegliere tra la  qualità del risultato finale e il tempo di produzione del pezzo.
Si perchè le due cose sono strettamente legate e direttamente proporzionali, cioè all’aumentare della qualità richiesta per il nostro pezzo avremo un aumento del tempo di stampa ed il perchè è facile da capire. Sappiamo già che le nostre stampanti 3d lavorano depositando il materiale estruso layer su layer e supponiamo di dover fare il solito cubetto di 20mm per ciascuna delle tre dimensioni.
Se ad esempio impostiamo che il nostro layer height, l’altezza dello strato depositato ad ogni passaggio, sarà di 0.2mm vuol dire che la stampante depositerà 100 layers da 0.2mm per arrivare ai richiesti 20mm di altezza (lungo l’asse Z) ed otterremo un pezzo in cui i 100 strati depositati saranno ben visibili e ben percepibili al tatto. Se impostassimo invece un layer height di 0,1mm i layers da depositare diventerebbero 200 con il conseguente raddoppiamento del tempo di stampa ma con una qualità decisamente superiore visto il dimezzarsi dello spessore del singolo layer. Quindi la prima cosa da fare è scegliere come vogliamo ottimizzare le nostre stampe, se in funzione della qualità o della velocità di produzione.
Ora vediamo come ottimizzare le nostre stampe agendo anche su altri fattori e per farlo partiamo dalla base, anzi … dal bed. Condizione essenziale per una buona stampa è il corretto allineamento del bed rispetto all’hotend.
Procediamo quindi ad un periodico controllo dell’allineamento e ripristiniamolo nel caso fosse non perfetto. Qui un articolo che ci spiega come migliorare la stabilità e le prestazioni del bed.
Preoccupiamoci ora dell’adesione del primo strato che il nostro hotend andrà a “spalmare” sul bed e a seconda dell’esigenza potremo migliorare l’adesione usando lacca per capelli, nastro kapton, strato di colla vinilica spennellato prima o quello con cui ci troviamo meglio e ovviamente in funzione del materiale da stampare impostiamo, quando possibile, la temperatura del bed che ricordo come esempio, nel caso dell’ABS deve essere tra i 90° e i 110°.
E’ un fattore molto importante quello dell’adesione del primo layer in quanto influenza il risultato di tutta la stampa e visto che costituisce la base del nostro pezzo si tende in genere a farlo un pò più alto degli altri, ad esempio se imposto la layer height a 0,1mm la first layer height è consigliabile metterla almeno a 0,20mm e anche di più. E’ inoltre buona norma rallentare la velocità del primo layer ed aumentarne di pochi gradi la temperatura di estrusione per garantire una migliore adesione del materiale al bed.
Impostiamo poi la corretta temperature di estrusione per i restanti layers e per trovare qual’è possiamo rifarci all’articolo  stampare alla giusta temperatura.

Ottimizzare le nostre stampe
Determinante ai fini del risultato per ottimizzare le nostre stampe, è la velocità di stampa, anzi probabilmente è il caso di parlare “delle” velocità di stampa. Si perchè la maggior parte degli slicers offrono queste interessanti possibilità di ottimizzazione permettendo di impostare velocità diverse in funzione della parte del pezzo da stampare. Ad esempio potremo rallentare la velocità dei perimetri esterni per migliorarne la finitura, aumentare quella con cui verrà creato il riempimento del pezzo, variare quella di spostamento tra un punto e l’altro del pezzo e altre velocità ancora. Nel 90% dei casi, mantenendo velocità basse il risultato sarà di bell’aspetto e con le caratteristiche di robustezza decise dalla densità di riempimento impostata nel parametro infill. A proposito della robustezza del pezzo stampato, la maggior parte degli slicers, oltre ad offrire la possibilità di scegliere la densità del riempimento del pezzo, offrono anche la scelta del disegno del riempimento(pattern). Ad esempio se dobbiamo stampare un pezzo sottoposto a stress meccanico il mio consiglio è quello di scegliere un disegno interno a linee incrociate e con coefficiente di riempimento abbastanza elevato, dal 30%-40% in su. Se invece stiamo stampando un oggetto molto regolare e non sottoposto a stress meccanico la percentuale può essere ridotta anche al 15%-20%.
Altro dato che dobbiamo conoscere ed impostare correttamente per ottimizzare le nostre stampe è il diametro preciso del filamento che vogliamo usare; il modo più veloce per fare ciò è quello di misurare, con un calibro ventesimale, l’effettivo diametro del filamento in più punti abbastanza distanti tra di loro e di inserire il loro valore medio nelle impostazioni dello slicer. Questa operazione permette allo slicer di gestire con maggior precisione la quantità di filamento estruso in funzione anche dei passi impostati nel firmware relativi al motore dell’estrusore . Altro parametro fondamentale per ottimizzare le nostre stampe è la retraction. Questo parametro regola la lunghezza e la velocità con cui il filamento viene ritirato indietro dall’estrusore durante gli spostamenti dell’hotend tra una zona e l’altra del pezzo impedendo al filamento all’interno del nozzle di colare, per gravità, sul pezzo stesso. Qui i valori da impostare dipendono dal tipo di estrusore, dal tipo di hotend, dal tipo di filamento, dalla temperatura di stampa e da altre cose ancora e quindi non esiste uno standard consigliabile, la cosa migliore è quella di procedere facendo dei test di stampa per trovare i valori corretti per ottimizzare le nostre stampe. Altri parametri impostabili in funzione del pezzo da stampare sono il brim, lo skirt, il raft e la generazione dei supporti. Il brim permette di ottimizzare le nostre stampe creando un bordo attaccato alla base del nostro pezzo, ingrandendo di fatto la base di adesione dello stesso. E’ un opzione selezionabile ed possibile impostarne l’ampiezza, io generalmente utilizzo tra i 6mm e i 10mm in funzione del pezzo e del materiale da stampare.

Ottimizzare le nostre stampe
Lo skirt, se attivato, fa si che la stampa vera e propria inizi dopo la creazione di un perimetro attorno al pezzo permettendo così il corretto caricamento del filamento dell’hotend. Il raft è un supporto che lo slicer disegna sotto la base del pezzo da stampare, più largo del pezzo ma con una dentistà di riempimento minore per permetterne successivamente una facile rimozione. Il suo scopo è sempre quello di migliorare l’adesione al bed ed è generalmente possibile impostarne le dimensioni, lo spessore ed altre variabili ancora. La generazione dei supporti è un opzione simile al raft, la cui differenza consiste principalmente nel fatto che il supporto verrà creato solo sotto l’eventuale parte a sbalzo della base del pezzo o all’interno del pezzo stesso se necessario. Immaginiamo una scalinata i cui gradini, a parte il primo in basso, non poggiano da nessuna parte. Con una stampante FDM il primo layer del secondo gradino verrebbe stampato “sul nulla” e di conseguenza il filamento colerebbe verso il basso. Abilitando la generazione dei supporti viene creato una specie di raft li dove serve. E’ normalmente possibile decidere dove applicare i supporti e cioè per le parti non appoggiate al piano o ovunque nel caso di pezzi che abbiano parti elevate e a sbalzo. Molti altri sono i parametri che ci permettono di ottimizzare le nostre stampe al meglio, alcuni sono relativi al firmware, ad esempio le accelerazioni, altri fortemente dipendenti dagli slicers, il mio consiglio per ottenere una buona stampa è quello di fare molte prove, variando ogni volta di poco i parametri e annotandosi i cambiamenti per meglio evidenziare cosa questi comportano sulla qualità di stampa del nostro pezzo.

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stampare alla giusta temperatura

Stampare alla giusta temperatura non è difficile, è però necessario seguire alcuni piccoli passi per arrivare a determinarla.

Stampare alla giusta temperatura
Per stampare alla giusta temperatura dovremo essere certi che il valore della stessa che andremo ad impostare nello slicer sia quella effettivamente raggiunta dall’hotend e che rimanga costante. Per far ciò dovremo impostare correttamente nel firmware il valori relativi al termistore del nostro hotend forniti dal venditore. Il parametro da impostare è generalmente #define TEMP_SENSOR_0 X preceduto da un elenco di quelli disponibili nel nostro firmware. Fatto ciò ci viene in aiuto un comando da inviare tramite o repetier host o printrun a hotend freddo: M303 E0 S220 C5 X0
Vediamo cosa significa questo comando.
M303 indica al nostro firmware che stiamo facendo una calibrazione per conoscere i valori corretti di Kp, Ki e Kd da impostare nel firmware relativi al nostro hotend.
E0 indica su quale hotend vogliamo farlo, nel caso ne avessimo più di uno.
S220 la temperatura massima che vogliamo raggiungere.
C5 quante volte vogliamo che venga eseguito il ciclo, in questo esempio 5.
X0 lo aggiungiamo solo se vogliamo memorizzare in EEPROM le informazioni.
Dopo aver lanciato il comando il nostro hotend inizierà a scaldarsi fino al raggiungimento della temperatura impostata dal parametro S.
Se usiamo repetier host, evidenziano il tab relativo alla temperatura, noteremo che dopo aver raggiunto ad esempio i 220° il grafico mostrerà delle piccole oscillazioni. Al termine della procedura nella parte relativa al log di repetier host troveremo delle righe dove compariranno i valori dei parametri Kp, Ki e Kd.
Questi valori andranno inseriti al posto di quelli di default nel nostro firmware nel file Configuration.h.
Una volta fatto questo, possiamo usare un metodo “empirico” per stampare alla giusta temperatura il nostro filamento. Se il produttore ci consiglia, ad esempio per il PLA, una temperatura di stampa tra i 180° e i 220° portiamo al valore più basso la temperatura dell’hotend tenendo questo alzato di 40-50mm rispetto al bed e proviamo ad estrudere un 10-20mm di filamento. Se la temperatura è troppo bassa il motore dell’estrusore incontrerà difficoltà nello spingere il filamento nel condotto e dovremmo notare, a seconda del tipo di estrusore, o degli scattini tra corona e pignone per uno indiretto (tipo Wade) o sentire un rumore ripetuto tipo “stack” se è un diretto (tipo Airtripper). In questo caso alziamo la temperatura di 5° alla volta e ripetiamo l’estrusione fino a quando il filamento non uscirà “verticale” dal nozzle, senza arricciamenti o colate esagerate.
Avremo in questo modo trovato il valore corretto per stampare alla giusta temperatura.
Ricordo che le temperature di stampa variano non solo per tipologia di materiale, ma anche per marca e talvolta anche per colore della stessa marca e tipologia e quindi queste semplici accortezze servono solo per iniziare con una buona base ad individuare la temperatura ideale.

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Regolare la Vref dei driver

Regolare la Vref dei driver A4988 e DRV8825

 

Regolare la vref dei driver A4988 Regolare la vref dei driver DRV8825

Un passo importantissimo per settare a dovere la nostra stampante 3d è quello di regolare la Vef dei driver dei motori passo passo.
Molto spesso una taratura affrettata di questi driver porta a perdita di passi o direttamente alla loro rottura per surriscaldamento.

Ho utilizzato su stampanti diverse  con schede diverse sia gli A4988 StepStick che i DRV8825 più attuali. La principale differenza tra i due driver riguarda la capacità di corrente erogata ed il numero di passi gestiti, per gli A4988  2A e 16 microstep e per i DRV8825 2,5A e 32 microstep.  Ovviamente anche il costo varia ed i primi sono naturalmente più economici.
La prima volta che ho acceso l’elettronica della mia prima stampante 3d equipaggiata di A4988 e ho provato a far muovere i motori ottenni un sibilo, un surriscaldamento del driver e nessun movimento da parte del motore. Trovai in rete la causa, era dovuto molto probabilmente alla Vref mal regolata. Trovai anche come misurarla con il multimetro e come regolare la vref dei driver correttamente. La misurazione della Vref va effettuata con un multimetro impostato per leggere una tensione continua abbastanza bassa ed il puntale del positivo(+) a contatto con la parte superiore del trimmer e quello negativo ad una massa(GND).
Misurando la Vref con il multimetro leggevo un valore (0,12V) decisamente al di sotto di quello necessario per far arrivare la giusta corrente che serviva al motore stepper per muoversi. Dopo essermi procurato un cacciavite in plastica (non ne usate uno metallico) e tolto l’alimentazione alla scheda per precauzione, ho iniziato  ruotando di pochissimo il trimmer in verso orario e riprovando il movimento. Il fischio era diminuito, il driver aveva impiegato più tempo a raggiungere un’alta temperatura ed il motore si era mosso. Sul multimetro avevo 0,35V. Ho proseguito quindi spostando ancora un pochino il trimmer nello stesso verso di prima riprovando a far girare il motore e finalmente il motore si muoveva correttamente ed il driver non fischiava più. Sul multimetro avevo 0,55V. La temperatura del driver era comunque aumentata il che mi ha convinto definitivamente che non solo andava montato il dissipatore ma anche che i driver vanno ben ventilati sempre. Faccio presente anche che per i due motori dell’asse “Z” che condividono il driver, il valore della Vref da me impostato è leggermente più alto(0,63V).
Per i DRV8825 ho usato lo stesso metodo e il valore della Vref più adatto ad i miei motori è di 0,63V. Ho specificato “ai miei motori” perchè i valori della Vref da me impostati su entrambe i tipi di driver si riferiscono alla tensione che “regola” l’intensità di corrente erogata dal driver stesso necessaria appunto per i miei motori.  Se i vostri dovessero essere più o meno esigenti ovviamente i valori da impostare dovranno essere quelli che meglio consentono il movimento dei vostri stepper motors. Non sottovalutate l’importanza di regolare la vref dei driver in modo corretto, un valore troppo basso o uno troppo alto possono pregiudicare sia le stampe sia l’elettronica che equipaggia la vostra stampante 3d.

 

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motori passo passo (stepper)

Motori passo passo

Perché si usano i motori passo passo nelle stampanti 3d?

motori passo passo
Una delle caratteristiche principali dei  motori passo passo o stepper motors è quella di poter compiere una rotazione completa suddivisa in piccoli tratti. Provo a spiegarmi meglio, una rotazione completa significa un movimento di 360° rispetto al punto di partenza su una circonferenza. Per semplificare il concetto immaginiamo di poter far girare l’albero del nostro motore passo passo di 1° alla volta, per compiere una rotazione completa dovremo “dire” al motore di azionarsi per 360 volte sempre nello stesso verso.

motori passo passo

Questi piccoli movimenti sono i “passi” ed è intuibile il livello di precisione ottenibile nello spostamento. I motori passo passo che si usano per le stampanti 3d hanno generalmente passi da 1,8° il che vuol dire che per compiere una rotazione completa dovremo azionare il nostro motore 200 volte (200×1.8°=360°), quindi con un ottimo livello di precisione comunque. Questa precisione viene sfruttata per far compiere degli spostamenti piccolissimi alle parti in movimento della stampante 3d permettendo quindi un livello di accuratezza e dettaglio notevole nelle nostre stampe.  Altra caratteristica dei motori passo passo, forse la più importante, è quella di poter rimanere in una determinata posizione, cioè se gli chiediamo un movimento ad esempio di 10,8°  fino al sopraggiungere di una nuova richiesta di rotazione lui resterà praticamente bloccato,  garantendo quindi una costanza nello posizione raggiunta, determinante nei movimenti soprattutto lungo l’asse “Z” delle stampanti 3d.  La bassa velocità di rotazione ottenibile con un motore passo passo ci permette  una fluidità nei movimenti anche non lineari, ad esempio quando l’hotend deve disegnare un cerchio, in una stampante 3d cartesiana ciò avviene muovendo contemporaneamente l’asse “X” e quello “Y” e più fluido sarà il movimento dei due assi maggiore la qualità e precisione del nostro cerchio.

motori passo passo

 

Identificare le fasi nei motori passo passo bipolari.

I motori passo passo utilizzati nelle stampanti 3d sono prevalentemente bipolari cioè con quattro fili ed il loro azionamento avviene facendo transitare la corrente in modo alternato in entrambe le direzioni per generare il campo magnetico adatto a indurre la rotazione con precisione. I quattro fili identificano le quattro bobine collegate a coppie e identificare le stesse non è poi complicatissimo. Con un tester posizionato in modo da misurare un valore di resistenza si devono trovare le coppie di fili collegate, quelle cioè che restituiscono un valore sul tester. Supponendo di avere i 4 fili verde, rosso, blu e nero ed avendo identificato le coppie con rosso/verde e blu/nero ora possiamo trovare la sequenza adatta per permettere il corretto senso di rotazione. Con una sorgente di alimentazione, io uso in genere una semplice batteria da 9V ben carica, colleghiamo la prima coppia ad esempio rosso al positivo(+) e verde al negativo(-) e noteremo un piccolo movimento dell’albero motore. Facendo la stessa cosa per la seconda coppia con blu al positivo(+) e nero al negativo(-) e controllando se il verso della rotazione del motore è lo stesso ottenuto prima. Se siamo stati fortunati avremo già la sequenza giusta che sarà rosso-positivo(+)/verde-negativo(-)/blu-positivo(+)/nero-negativo(-) per la rotazione in un verso e rosso-negativo(+)/verde-positivo(+)/blu-negativo(-)/nero-positivo(+) per il verso opposto, altrimenti basterà cambiare e verificare la corretta associazione colore/polo di una delle due fasi.

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heated bed … miglioriamolo

Problemi relativi all’ heated bed

Regolare la stabilità e la temperatura dell’ heated bed.

Qui vi racconto come ho risolto due problemi relativi al mio piatto di stampa o heated bed .
Il prima riguarda la stabilità del bed una volta tarato bene e la semplificazione dell’operazione stessa.
Il secondo la riduzione dei tempi di riscaldamento e il mantenimento della temperatura dell’ heated bed durante la stampa .
Per quanto riguarda il primo problema dell’ heated bed io ho adottato questo sistema: il bed è tenuto dalle quattro
vitine con le molle che servono a regolarne l’altezza, una delle quattro coincide con il punto di home.
Quella opposta lungo la diagonale del bed non l’ho lasciata libera di scendere ma bloccata con un controdado dopo averla messa a livello con il nozzle.
Praticamente solo le altre tre sono libere di scendere in caso di malfunzionamento dell’end stop di “Z” ma visto che il funzionamento di questo, a livello firmware, è implementato solo durante la funzione di “HOME”, in caso di problemi il piatto scenderebbe lo stesso in prossimità del punto di home e ho comunque dato una maggior stabilità
al bed stesso vincolando l’angolo più lontano.

heated bed


Per diminuire invece i tempi di attesa quando utilizzo il bed caldo ho usato un pannello di materiale termoriflettente di quello che si usa per non far dispendere il calore dietro i termosifoni. Di facile reperibilità e decisamente economico ha un ottima resa e mi ha permesso di ridurre di 2/3 il tempo di attesa per il raggiungimento dei 110° che occorrono per l’abs. Inoltre ho misurato con termometro ad infrarossi le differenze di temperatura dal centro ai bordi sia prima che dopo la “cura” e ho notato che c’è una discreta differenza, circa 15° rispetto alla versione senza pannellini. Per montarli ho semplicemete ritagliato 2 pezzi di pannello delle stesse dimensioni del bed e con una spillatrice li ho uniti parallelamente. Ho poi ritagliato le quattro asole per le mollettine e gli angoli dove passano le quattro viti di registrazione. Con del nastro adesivo in alluminio (non color alluminio) ho fissato i pannelli ben tesi direttamente sotto al bed a contatto dello stesso. Sia il pannello termoriflettente che il nastro di alluminio si trovano in ferramenta ed a basso costo.

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