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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 disperdere 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 semplicemente 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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Layers traslati

Layers traslati

Layers traslati.

Altro problema che spesso affligge le nostre stampanti 3d è quello dei layers traslati.
Quando durante la stampa improvvisamente i layers si spostano rispetto a quella che dovrebbe essere la sagoma originale
abbiamo sicuramente un problema la cui natura è da ricercarsi in più cause.
Prima di tutto fermiamo la stampa (anche spegnendo brutalmente la stampante) e vediamo da che parte si sono spostati i layers.
Se i nostri layers traslati hanno subito ad esempio uno spostamento lungo l’asse “Y” è li che dobbiamo cercare il problema.
Se si tratta di una cartesiane dobbiamo prima di tutto controllare che la cinta di trasmissione sia ben tesa, un oscillazione di +/- 2mm al centro di una cinta che scorre per 200mm è accettabile.
Se la cinta è ben tesa e il problema persiste togliamola e controlliamo che il bed scorra senza alcuna esitazione sulle barre lisce. Spostiamo il bed con un dito, il movimento deve essere fluido, senza nessuna minima esitazione. Se durante il movimento avvertiamo una sensazione come se le barre si stessero “graffiando” o siamo stati avari di lubrificante o, se i nostri cuscinetti lineari sono di tipo economico, probabilmente uno di questi ha perso una sfera che compromette il corretto scivolamento sulle barre rischiando anche di rovinarle. Ahimè l’unica soluzione è adottare cuscinetti di qualità e nel caso sulle barre siano presenti graffi anche impercettibili cambiatele, le rigature potrebbero compromettere i nuovi cuscinetti da subito. Se invece tutto scorre bene dobbiamo vedere se il driver che pilota il motore di quell’asse è ben regolato. A seconda del tipo di driver che stiamo utilizzando dobbiamo verificare ed eventualmente impostare correttamente la Vref. Se anche questo valore è corretto potremmo avere delle accelerazioni troppo alte impostate nel firmware ed anche qui il valore corretto è quasi “su misura” per ogni stampante 3d. Un altra cosa da controllare è che nel tempo non si sia allentato o spostato nulla, sia a livello di parallelismo delle barre (ma lo avremmo evidenziato spostando manualmente il bed) sia a livello ad esempio di cavi che magari urtano contro la struttura mobile del bed e ne influenzano il movimento. Controlliamo sempre i cablaggi, per come sono fatte la maggior parte delle nostre stampanti, soprattuto se cartesiane, l’asse “X” spesso si porta dietro i cavi oltre che dell’hotend e ventole varie anche quelli del motore dell’estrusore e magari ad una certa altezza dal piani i cavi sembrano laschi sia in “X-home” che in “X-max” ma 10 cm più in alto o anche meno posso diventare “corti” e quindi urtare da qualche parte.

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Misure non corrispondenti

cubi

Misure non corrispondenti.

Se al termine di una stampa ci accorgiamo di avere le misure non corrispondenti del pezzo ottenuto con le desiderate dobbiamo rivedere in primis se le cinghie sono ben tese e una volta che ci siamo accertati di  questo dobbiamo verificare la corretta impostazione degli step nel firmware.

Ci sono molte guide nel web ed anche calcolatori dove è possibile impostare le caratteristiche della nostra stampante 3d ed in funzione dei dati immessi, questi ci restituiscono il valore da inserire nel firmware.

Io personalmente mi sono sempre trovato bene semplicemente facendo muove gli assi ad esempio di 10 cm e verificando il reale spostamento.

A seconda del valore misurato aumentavo o diminuivo gli step nel firmware.

Da tenere in considerazione che maggiore è lo spostamento che utilizzeremo per il test minore sarà l’errore riportato su stampe di pezzi piccoli; ad esempio se per effettuare la taratura sposto l’asse X di 50,00 mm ottenendo una misurazione di 50,05 mm, in un pezzo di 10,00 mm l’errore sarà di 0,01 mm ma in un pezzo di 100,00 mm l’errore sarà di 0,1 mm quindi in termini di precisione avremo un pezzo di un decimo di millimetro sbagliato e se l’oggetto da stampare è ad esempio un ingranaggio avremo un accoppiamento tra questo ed il suo corrispettivo non preciso con tutti i possibili problemi che ne possono scaturire, provate ad immaginare ad esempio un rocchetto fissato ad un perno ed un pignone che girando spinge sempre per quello 0,1 mm sullo stesso punto. O avremo un eccessivo e sbilanciato consumo del rocchetto/pignone o uno “sboccolamento” del perno.

Cerchiamo quindi di raggiungere un margine di errore il più basso possibile effettuando le misurazioni sulle lunghezze maggiori disponibili con gli assi della nostra stampante ed utilizziamo almeno un calibro ventesimale per misurare le differenze.

In questo modo dovremmo riuscire ad ottenere pezzi di ottima qualità ed anche ben rifiniti dal punto di vista estetico.

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Difficoltà di adesione al piatto

warping

Difficoltà di adesione al piatto

Oggi parliamo di warping ossia difficoltà di adesione al piatto o se preferite al bed.

Sempre considerando che i suggerimenti descritti sono frutto di esperienze personali e assolutamente vogliono essere una linea guida per chi si imbatte in questo problema.

Difficoltà di adesione al piatto con PLA

Io normalmente il PLA lo stampo su uno specchio fissato o vetro sull’heated bed con quattro mollette di quelle che si usano per tenere insieme i fogli di carta e uso spruzzare una mano di comune lacca per capelli qualche minuto prima della stampa per dargli il tempo di asciugare un pò.

Molte sono le cause e molte le possibili soluzioni al problema molto comune di mancanza di adesione.
Gli effetti possono essere diversi, ad esempio se la difficoltà si manifesta subito, cioè se a stampa appena iniziata il filamento sciolto proprio non attacca e viene praticamente portato a spasso dall’hotend, probabilmente dobbiamo regolare meglio la distanza tra il piatto ed il nozzle facendo bene attenzione che sia la stessa ai quattro angoli dello specchio. La giusta distanza è misurabile facilmente con un semplice foglio di carta , deve passare tra nozzle e vetro leggermente a fatica.
Se invece il problema si manifesta a stampa già iniziata e spesso anche a buon punto probabilmente usiamo una lacca non sufficientemente fissativa o una velocità del primo layer un pò troppo alta. Possiamo provare anche aggiungendo un 5/6mm di BRIM soprattutto sel il pezzo da stampare ha una superficie che poggia sullo specchio abbastanza ampia. Il BRIM non fa altro che stampare una cornice attorno a quella che sarà la base dell’oggetto, aumentando quindi, solo per il primo layer, la reale dimensione della stampa e quindi la parte che aderisce al vetro. La cornice si rimuoverà facilmente a stampa ultimata con un semplice cutter. Alternativa a queste soluzioni è l’utilizzo di un particolare nastro adesivo da mettere sul bed, alcuni ne usano uno di quelli per carrozzieri in carta, altri uno più specifico denominato Kapton o BlueTape. Non avendo esperienze in merito non posso dirvi altro se non di aver letto commenti positivi sia per l’uno che per l’altro.

Difficoltà di adesione al piatto con l’ABS

Le cause, gli effetti e le soluzioni del PLA sono valide anche nel caso dell’utilizzo dell’ABS con l’aggiunta però della necessità di utilizzare il piatto a temperatura elevata. Io generalmente lo porto, a seconda del filamento e della ampiezza del pezzo da stampare, tra i 90° e i 110° senza utilizzare la lacca che a queste temperature cristallizza e quindi diviene inutile.

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Abbiamo liberato la fantasia …

“ Ho costruito una stampante 3D per la libertà dei miei figli”

 

Sono un papà di un ragazzo di 11 e una ragazza di 15 anni e tempo fa incuriosito dal proliferare di stampanti 3D, delle varie rivoluzioni tecnologiche in atto e di quella che poteva essere la reazione dei miei figli li ho portati ad una Maker Faire qui a Roma. Il risultato è stato che dopo qualche mese avevo costruito una stampante 3D. Non è il fatto in sé che è importante, ma il perché l’ho fatto.

Non nascondo di essere uno a cui piace sporcarsi le mani, costruire, modificare per migliorare (non sempre si riesce purtroppo), e quindi che già nutrivo un forte interesse verso la stampa 3D ma se non fossi stato stimolato dalle reazioni dei miei figli non mi sarei mai imbarcato in quest’avventura bellissima e senza fine per costruire una stampante 3D. E’ stato vedere nei loro occhi la possibilità di fare, di inventare, di costruire che mi ha spinto a farla e soprattutto il loro prendere coscienza che c’era un limite in meno alle loro idee.

La mia generazione e anche quelle immediatamente precedenti e successive è quella che ha avuto a disposizione saldatori per stagno a basso costo, circuiti integrati da utilizzare come temporizzatori (chi non ha usato un NE555 per fare una strobo per le feste in casa?), vic 20, commodore 64 e zx spectrum, quasi preistoria…oggi c’è Arduino (santo subito!). Noi eravamo pieni di limiti…in primis i costi, non tutti potevano spendere per un commodore o simili, l’accesso alle informazioni, superate ormai grazie al web e alla condivisione e la nano tecnologia stava nascendo appena. Arduino ha spalancato le porte ad un futuro (presente) a portata di mano per tutti, capacità di calcolo sufficiente per molte cose a basso costo.

Ma torniamo alla stampante. Non è stata proprio una passeggiata metterla insieme e la sera i miei ragazzi ed io ci mettevamo lì a stringere dadi, cablare fili e far girare i motori e il loro “manca ancora molto per farla funzionare?” era per me stimolo ad andare avanti e sbrigarmi. Terminato “l’assemblaggio di gruppo” è toccato al firmware e le varie tarature.

stampante 3d

FUNZIONAVA! BENE, ED ORA? CHE CI FACCIAMO?

Finalmente quello che volevo io…dalle loro bocche sono usciti fiumi di idee, dal pupazzetto al porta chiavi personalizzato, la pistola ad elastici e il pezzo dello stendi biancheria rotto della mamma e ovviamente non poteva mancare il robottino e la cover per l’mp3

stampante 3d

Dopo l’aver visto “nascere” questi oggetti scaricati da vari siti è scattata la molla del “e se lo disegnassimo noi?” Altro grande risultato…bene, impariamo ad utilizzare un software per disegnare in 3D. E così via: un portagioie per la ragazza, orecchini, bersagli per la pistola ad elastico per il ragazzo, un lupo disegnato da loro e improvvisamente….Era sparito un limite: si era scatenata la loro fantasia, l’irrealizzabile home made era diventato realizzabile! Ora, anche se magari solo per un gioco, il loro approccio ad un esigenza non è più “e chi lo sa fare, e come si fa, è troppo difficile”.

ORA L’APPROCCIO È “POSSIAMO STAMPARLO”. SUONA MOLTO SIMILE A “POSSO DISEGNARLO, CREARLO, MODIFICARLO, MIGLIORARLO”.

Quando ero adolescente un aggeggio del genere neanche lo sognavo e invece, oggi, tante idee allora irrealizzabili possono essere realtà, grazie soprattutto ad Arduino ed alla stampa 3D. Credo che uno strumento come una stampante 3D possa aiutare chi ha idee a realizzarle e stimolare chi non le ha, e questo rafforza sempre più la mia persuasione che le stampanti 3D debbano entrare nelle scuole, nei luoghi dove i nostri ragazzi costruiscono, aiutati dagli insegnanti, le fondamenta del loro futuro ed è dovere nostro fare di più per aiutarli.

Sono convinto che spetti a noi togliere i limiti che a volte hanno i ragazzi, mettendoli nelle condizioni di provare a superarli. La scuola fa già tanto, ma credo che ancora non sia abbastanza. Se avere un’idea e non poterla realizzare è frustrante per un adulto, per un ragazzo significa vedersi troncare sul nascere tutti gli stimoli e diventa deprimente.

DOBBIAMO AIUTARE LA SCUOLA A VALORIZZARE I NOSTRI RAGAZZI E A FORTIFICARLI E STIMOLARLI NON SOLO NELLA FORMAZIONE MA ANCHE NELLE LORO POTENZIALI PASSIONI, CAPACITÀ E ATTITUDINI.

Permetteremmo loro di “crescersi” seguendo le proprie idee e aprendosi possibili sbocchi su future attività ancora inesistenti. Quando a casa nostra un ospite ci vede giocare con la nostra stampante dice sorridendo: “Bellissima…questo è il futuro”. Io gli dico sempre: “Sbagli, questo è già il presente”. Non perdiamo altro tempo…parola di un MakerSauro cresciuto con un martello, un cacciavite, un saldatore e cuscinetti a sfera rimediati.

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