3D nyomtatás: a sötét oldal #2

A 3D nyomtatás kívülről nézve csupa tejjel-mézzel folyó kánaán - a valóságban azonban az endusernek megfizethető, 300-5000 EUR ársávban mozgó FFF printerekkel rengeteg a küzdelem. Le is vezetem mindjárt.

Ott indul a dolog, hogy a printerünk egy csomó kalibrációt igényel, amit a "printer" szóval az ember gyereke nem nagyon tanult meg társítani. Hiszen ugye csak megnyomod a print gombot, aztán kijön az ojjektum? Ideális esetben nagyjából így van, de túl sok minden ronthat ezen az idilli állapoton. Nézzük, mi piszkálhatja a csőrünket.

Anyagminőség

Az FFF printerek többféle műanyaggal dolgoznak: PLA, ABS, Nylon - hogy csak a három leggyakoribbat emlegessük. A műanyag 1.75, vagy 3 (=2.9) mm átmérőjű szál formájában kapható, spulnira felcsévélve, vagy csak úgy magában karikába tekerve. Vehetjük tömegre (0.75, 1, 2 kg a leggyakoribb kiszerelés), de van cég, aki akár méterre is ad el nekünk, ha erre izgulnánk.
Felénk a 3 mm-es szál az elterjedtebb, az amcsik az 1.75 mm-est használják inkább. A szál egyenletes vastagsága nagyon lényeges minőségi kritérium: a nem egyenletes átmérőjű szál vastagabb részei nem biztos, hogy átférnek a szálat vezető bowdenünkön vagy akár az extruder fej vékony fogadónyílásán, másrészt az ingadozó átmérő ingadozó térfogatáramot okozva alul vagy épp túlextrudáltságot fog okozni (azaz túl kevés vagy épp túl sok anyag lép ki a nyomtatófejből), hiszen az anyagadagoló mechanika léptetését végző szoftver úgy tudja, hogy konstansan egyforma mennyiségű anyagot tol.
A jó műanyag beszállító = jó hentes = jó autószerelő axióma tehát áll. Sajna Ultimakerék viszonylag drága, 42 EUR/kg árú nyersanyaga sem tökéletes közelről sem: a tőlük rendelt és eddig elnyomtatott 6 tekercsnyi anyagból eddig két tekerccsel kellett újrarendelni, mivel a szál vastagsága nem volt egyenletes. Hatból kettő az 33%!

Ha mindez nem lenne elég: ugyanattól a gyártótól származó, de két különböző gyártási szériából érkező ugyanolyan nyersanyag nem feltétlenül viselkedik ugyanúgy: simán tud akár 5 ℃ eltérés lenni az ideális olvasztási hőmérsékletük között. Erre sajna csak az a gyógyszer, hogy az új tekercsből csinálunk próbaprintet és megfigyeljük, hogy viselkedik az anyag, megfelelő-e az anyagáram. Ha túl sok jön, csökkentünk, ha túl kevés, növelünk a hőmérsékleten, és/vagy a nyomtatási sebességet változtatjuk.

Feeder

Vannak printerek, ahol az anyagtovábbító mechanika közvetlenül a nyomtatófejen lakik. Az Ultimaker nem ilyen: itt a feeder mechanizmus a ház hátoldalára van rögzítve és azt egy 6.35 mm (=1/4") külső átmérőjű csúszós teflon cső köti össze a forró nyomtatófejjel. Az feedernek tolnia és húznia is kell az anyagot - ez utóbbira akkor van szükség, amikor a nyomtatófejnek csupán közlekednie kell, anyagot azonban nem szabad kiadnia magából. A modell szeletelését végző szoftverekben általában két paraméter létezik ennek az anyagvisszahúzásnak a szabályozására: az egyik az a minimum nyomtatás nélkül a fej által megtett távolság, ami retrakciót váltson ki, a másik pedig az anyag visszarántásának mértéke 0.1 mm-ben. Pl. egy ilyen, Dizingof által tervezett voronoi váza esetén pl. elég sokszor megrángatjuk a nyersanyagot:

Voronoi_D_Tower_Dizingof_quarter_resolution_half_size_competition_print_display_large

A feeder mechanika lelke egy bordás tengely, amely belenyomódik a számára puha nyersanyagba és így kényszeríti haladásra. A sok rángatástól azonban a tengely képes megdarálni az anyagot, így kevésbé tudja majd továbbítani és a vége egy gusztustalan anyaghiány lesz. Kis mórickaprinteknél még nem nagy probléma ez, de egy több órás nyomtatásnál nagyon bosszantó tud lenni a dolog.
Az Ultimaker korábbi feeder mechanikáján Bertho javított úgy, hogy a nyersanyagot megtámasztó csapágyat egy rugóval nyomja a bordás tengelyhez, ami segít a változó anyagvastagságú nyersanyag (=kicsit elkoptatott szál) okozta problémákon:

Spring_display_large

Bertho ötlete nagy sikert aratott, az Ultimaker gyártói azóta beépítették a printerbe.

A nyomtatófej mozgatása

Az Ultimaker esetén a tárgyasztal a Z, míg a nyomtatófej az XY tengelyek mentén mozog. A tárgyasztal magasságát egy menetes tengely változtatja, amivel soha semmiféle probléma nincs. A nyomtatófej mozgatása azonban dupla (!) szíjhajtással van megoldva. A dupla szíjhajtásra nagy eséllyel azért volt szükség, hogy egy jobban hordozható, "szexibb" printert tudjanak eladni a publikumnak: az XY léptetőmotorok ugyanis a printer belsejébe fordítva helyezkednek el, holott simán elférnének a nyomtató külső oldalán, direktben kapcsolódva a fejet mozgató tengelyekhez.
Calum Douglas a rövid szíjak kiváltására már tervezett direct drive hack-et, amihez az XY forgásirány változása miatt a nyomtató elektronikájában levő firmware-be is bele kell nyúlni egy picit:

130407-144034

A direkt meghajtás mellett még mindig megmarad a két párhuzamos tengelyt összekapcsoló második bordás szíj problémája: az Ultimaker ugyanis olyan bordás szíjat alkalmaz, amely nyúlásra hajlamos (=nincs a szíjban fém vagy karbonszál erősítés, mint általában az ékszíjakban), másrészt teljesen érthetetlen módon zárt szíjat használnak, holott a bordás szíjuk soha nem fordul körbe.
Mind a szíj alapanyagának kicserélésével, mind a zárt szíj nyitottra változtatásával javulna a konstrukció: a fémszálas szíj nem nyúlna, a nyílt végű szíj feszítését pedig sokkal egyszerűbben meg lehetne oldani, mint a zártét (nb: az Ultimakerben nincs szíjfeszítő mechanika, csak egy kis fapecek képes minimálisat húzni a szíjon a gyári konstrukcióban).
A bordás szíjaknak "optimálisan feszeseknek" kell lenniük. Hiszed vagy nem, erre a gyártó azt javasolja, hogy pengesd meg a megfeszített szijat és hallanod kell az optimálisan feszülő szíj hangján, hogy laza, pont jó, vagy esetleg már túl feszes. Nem viccelek.

A tárgyasztal kalibrálása

Mivel az FFF printerek előbb a tárgyasztalhoz ragasztják az első réteget, majd a következőt az előzőhöz, a tárgyasztalnak a fejjel teljesen párhuzamosan kell mozognia. Ultimakeréknél a tárgyasztal 4 ponton van feltámasztva nyomórugókkal ellentartó csavarokkal - ezekkel kell a nyomtatófejjel szintbe kalibrálnod az asztalt. 4 ponton állitgatni picit macera, 3 ponton gyorsabban menne, van is rá hack.

Fűtött tárgyasztal

A tárgyasztalt két okból jó fűteni: egyrészt a meleg tárgyasztalra tapad az olvadt nyersanyag és így nem kell élvédő ragszalagot cserélgetni az asztalon, másrészt csak a fűtött tárgyasztalon tapad meg az ABS és előbb-utóbb eljutunk oda, hogy ABS-ből is nyomtatnánk.
A fűthető tárgyasztalt vagy alumíniumból, vagy üvegből készítik a népek. Az előbbire kaptont ragasztanak és arra nyomtatnak, míg az utóbbi el van magában. Az alumíniumba viszonylag könnyű a felfogatáshoz lyukat fúrni, ám teljesen sima felületű alumínium lapot csak maratni lehet, míg 3 mm-es ab ovo tükörsima üveglapot fillérekért vág az üveges. Üvegből a nagy hőingásnak jobban ellenálló boroszilikátot szokták a népek választani - én végül egy Robamax fedőnevű üveglapot használtam, amit kandallók és sütők ajtajába építenek be.

Ha megvan az új tárgyasztalunk, fel kell fogatnunk az aljára a fűtőelemet. Az emberek általában a RepRap-ekhez gyártott 12V-os fűtést használják, amiből itt van egy frissebb példány. Én is a RepRap féle változattal kezdtem, aztán rátaláltam a qu-bd.com 24V-os, 225x225mm-es szilikon fűtőelemére. Ez utóbbi a RepRap 12V-os hőforrásához képest jóval egyenletesebben melegszik és ráadásul hihetetlenül gyorsan:

30-68-thickbox

Mivel a fűtött tárgyasztal témát az Ultimaker régóta hanyagolja (=ők nem forgalmaznak ilyet), így bőven van dolgod, amíg életre kelted az egészet:

  • Kell szerezned egy akkora teljesítményű tápegységet, ami a fűtőelemed kiszolgálja. Ez általában minimum 12V 10-15A teljesítményű vadállat. Hasonlóval hajtasz egy mezei gamer PC-t is, akár abból is készülhet tehát a táp.
  • Az Ultimaker elektronikájának heated bed kimenetének (azért van ám neki) nem tesz feltétlenül jót, ha ő kapcsolgatja ezt a bika áramot közvetlenül, ezért azzal csak egy relét vezérelsz, ami majd a fűtőelem tápellátását engedi/nem engedi. Kell tehát egy megfelelő (táptól függően 12 vagy 24V-os) szilárdtest-relé.
  • Ha a QU-BD fűtést választod, akkor sokkal több gondod nincs: abba beleintegrálták már a hőmérsékletet monitorozó 100k-s termisztort, valamint a fűtőelem tápellátására szolgáló kábel is a helyén van. Ha azonban a RepRap-os megoldást választod, akkor neked kell termisztort és tápkábelt szerelned a fűtőelemre.
  • Be kell kötnöd a termisztort az Ultimaker elektronikájába. Ehhez kell egy 3 tűs mini Molex csatlakozó, ha nem akarsz kontárkodni. Ha te szerezted be a termisztort, akkor lehetőleg EPCOS 100k-s termisztort válassz, mert azt ismeri gyárilag a printer firmware. Ha másmilyet választasz, akkor még termisztor kalibráló táblázattal is szabad pöcsölni.

Nyomtatófej

Az egész Ultimaker számomra legutálatosabb része azonban maga a nyomtatófej. Egész addig nincs vele probléma, amíg mondjuk el nem tömíti valami szennyeződés (=pl. port visz be a műanyagszál), vagy esetleg nem képződik benne egy rendesebb plug. Amint azonban ez megtörténik, kezdődik a rémálom: szét kell bontani a nyomtatófejet és ki kell takarítani azt. Az olvadt műanyagszállal eldugult fejet természetesen csak forrón lehet szétszedni, ráadásul az egész kocsi/hotend konstrukció nem az a könnyen szerelhető Nirvana kategória.

A fenti mizéria folyományaként találtam rá a briteknél gyártott E3D hotendre:

6379467

Ehhez azonban a komplett hotendet cipelő kocsit is újra kell csinálni - ebből szerencsére volt már minta, így meg is született a gyerek, 5 iterációt követően:

E3D-Ultimaker-hotend-threaded-mount-iterations

E3D-hotend-Ultimaker-threaded-mount

Jövő héten felszereljük és megnézzük mit tud.

Summa summarum, FFF printerrel nyomtatni ma még nagy kaland: nem mindig öröm a vele töltendő idő, de összességében mégiscsak azt mondhatom, hogy nagyon megéri.

11 thoughts on “3D nyomtatás: a sötét oldal #2

  1. Freddy

    A mai nap tapasztalata, hogy a fűtött üvegre sem tapad minden PLA. Úgy hogy nyomtatás helyett kaptont ragasztottam. Az előző anyag ami be volt fűzve az gyönyörűen tapadt a sima üveghez. De nem nagy baj ez a kaptonozás csak nem számítottam rá.

  2. eFi Post author

    Nálam PLA-val nem volt még baj, sőt! Ez a PLA pl. úgy ragad, hogy alig tudom felszedni. Próbáld meg magasabb hőfokra fűteni a tárgyasztalt is és az olvasztófejet is.

  3. Freddy

    Az valóban magasabb. Mondjuk megvárom míg lepusztult róla ez a kapton réteg, addig jó így.

  4. Tibor

    A 3D nyomtatasrol fogalmam sincs, de a Robamax uveggel kapcsolatban azert az nem vilagos, hogy hogyan hasznalhatjak ugyanazt az uveget a sutore es a kandallora. Az egyiknel bent kell tartani a hot, a masiknal meg atengedni amilyen gyorsan csak lehet. Mindkettom van (suto/kandallo) es mig a sutouveget akar 250 fokos sutonel is lehet tapogatni, a kandallo uveget csak azbeszt kesztyube lehet simogatni. Nem lenyeg, csak kotexszem.

  5. eFi Post author

    Well, elírtam: egyrészt ROBAX a becsületes neve, másrészt nem sütőajtó készül belőle, hanem a kerámilap üvege. Cserébe kapsz egy hőtűrő tesztvideót.

  6. Tibor

    Semmi gond Efike. A cserebe kapott tesztvideoert cserebe vigyek valamit? A fesuskagylo sajna nem bira ki odaig. Volt Neked itt kedvenc borod a "sok"-on es a "finom"-on kivul?

  7. eFi Post author

    NZ kivételével életemben sehol nem vásároltunk még úgy bort, hogy "válasszál olyat, aminek tetszik a cimkéje", szóval bármit hozhatsz, ami nektek is ízlik és itt megihatjuk :)

  8. bonooobong

    Remek meglátások, hozzáfűznék 1-2 dolgot (több év tapasztalat után):
    - ABS-sel való nyomtatás (kivéve ha lapos lemezeket szeretnél nyomtatni) egészen addig felejtős, amíg nincs temperált kamrád » hiába fűtöd fel akár 110-re a platnit, egy 5 cm magad modell esetében a végefelé már max 50-60 fokos lesz a műanyag, ráadásul az abs nem csak, hogy nehezebben tapad, de csúnyán viseli a hirtelen lehűlést is » felkunkorodik, deformálódik)
    - a hot end gyakran eltömődik (különösen, ha nem csak műanyaggal, hanem fával és homokkővel is nyomtatsz), a por megtisztítására érdemes egy átfúrt szivacsdarabot tenni a behúzó rész elé, így jelentősen javulnak az esélyek; tisztításra a legjobb módszer acetonba áztatni »» csak ABS esetében, mivel a PLA-t nem oldja, sőt, kikristályosodik tőle, utána pedig még nehezebb kiszedni a nozzle-ból, a PLA oldószerei (MEK, Tetra-hidro-furán) pedig elég veszélyes, rákkeltő illékony anyagok, melyek ráadásul bőrön át is felszívódnak, így azokkal csak óvatosan) ami bevált PLA-nál, sütőbe 250fokra, majd Schell-szelep tisztítóval vagy egy nagyon vékony gitárhúrral átmenni rajta
    - jól néz ki a hot end-et cipelő kocsi, de ha PLA-ból készült nem lesz hosszúéletű, a PLA ugyanis hiába hasonló olvadáspontú az ABS-hez, viszont 70-80 fok környékén már lágyul és csúnyán deformálódik, a képen látható modellen a nozzle hűtését biztosító fúvóka pl 100%-ban lehajlik/deformálódik majd, így ezt abs-ből, de méginkább vmilyen hőálló műanyagból (objet-ekhez létezik többféle) érdemes megcsinálni
    - ha csak PLA-val nyomtat valaki, teljesen felesleges a fűtött lap, a PLA remekül tapad üvegre, fára, kaptonra, sima maszkolószalagra. Ami nekem a legjobban bejött: 1cm vtg plexi lézergravírozott mintával, néha tényleg alig jön le. ABS-hez meg remek ragasztók vannak (az UHU is megteszi). A Nylon pedig nem tapad sem üvegre, sem plexire, ott a legjobban az általános iskolai farostlemez-rajztábla vált be:))
    - az alapanyagok átmérőjé tényleg necces kérdés. ABS-nél általában nincs gond, a +- 5%-os hibatűrést áltlában könnyedén tartják még a kínai gyártók is, a PLA viszont egészen más tészta. Hamarosan - majdnem titkot árulok most el - elindul majd hazai gyártása is a filamenteknek, az előzetes tesztek alapján PLA-ból sokkal nehezebb konstans keresztmetszetet létrehozni, gyakran kerülnek buborékok a szálba, de az átmérő is nagyon tág határok között mozog » miután 3 tekercsből 3 be sem fért a lyukba, egy kengyeles mikrométerrel megmérve az elvileg 1.73-as kör keresztmetszet helyett 1.65 x 1.92 -es ellipszis lett. Az olcsó kínai gyártók 15-20 $ is kínálnak kilós tekercseket, sajnos a minőségügyről arafelé eléggé mások az elképzelések, ABS-sel eddig sosem volt bajom, PLA-ból viszont inkább drágább, holland termékek játszanak mostanában. Hozzáteszem, a hivatalos Makerbot filament (amely 50$ körül van) ugyanúgy távolkeleten készül, gondolom találtak egy megbízható gyártót.
    Erre is megoldást jelent egy kis hack: a tekercs elejére (vagy a szivacs-pormentesítő elé) egy 1.85mm átmérőjű furatot egy fémlemezen, így ha valami baj van az átmérővel, még az előtt megakad, minthogy bevegye a gép. Szikraforgácsolóval lehet legegyszerűbben pontosan ekkora lyukat készíteni (kivéve persze, ha valakinek van ilyen fúrója:))
    btw remek a blog, végre egy hely ahol nem csak színes yoda-fejek kapcsán van szó 3d nyomtatásról:) benne lennél más anyagok tesztelésében esetleg? nézd meg az oldalamat, fdm/fff nyomtatóval lehet laywood(fa) laybrick(homokkő) és flexPLA (modifikált, szilikonszerű) anyagokkal is nyomtatni a szokásos Nylon/ABS/PLA mellett, igaz rendesen át kell írni a retraction és speed értékeket a g-code generálásakor.
    ultimakerrel próbáltál 50 mikron körüli felbontásban nyomtatni? vannak tapasztalatok ezen a téren?

  9. eFi Post author

    Wow, micsoda comment!-) Köszi a sok-sok infot, válaszolok szép sorjában:

    • ABS print: nemrég olvastam arról, hogy emberek 280 fokra fűtött hotenddel nyomtatnak nagy ABS tárgyakat. Egy próbát megér, meg fogom nézni, mennyire működik a dolog. Ha nem megy, még mindig lehet nekiállni temperált kamrát építeni akrilból :)
    • eltömődő hotend: igen, az n. ilyen eset óta én is egy darabka szivacsot használok. PLA pucoláshoz van otthon egy adag THF, de még nem kísérleteztem vele - a sütős verziót ki fogom próbálni, köszi. Ha 0.4 mm-es fejed van, akkor ahhoz pont jó a vékony, 0.4 mm átmérőjű inzulinos injekciós tű.
    • E3D hotend kocsi: tudom, hogy nem bír sokat PLA-ból - a terv az, hogy ABS-ből nyomtatok egyet, aztán a PLA változat megy a kukába. PLA olvadásos sztorim pont most volt a nyáron: a GoPro-nak a kocsiba gyártott skeleton mount nem bírta a 40-45 fokot sem, simán "lekanyarodott" a szélvédőről. Objet-es hőálló műanyag: nem tudsz ilyen bérnyomtatást? Szívesen legyártatnám bárkivel. A nylon + IKEA bútorhátlap comboról én is olvastam már, egyszer ki is fogom próbálni, de még nem tartok ott.
    • alapanyagok: szóval akkor te 1.75-ös szálat használsz :) Én azon agyaltam az Ultimakernél, hogy lecserélem a bowdent egy 4 mm belső átmérőjű teflon csőre. Már meg is van hozzá szinte minden, csak fel kell, hogy idegesítsen egy újabb adag rossz minőségű nyersanyag, hogy nekiálljak :) Most túl jól össze van kalibrálva a printer ahhoz, hogy nekiálljak szétszedni.
    • yoda, parametric-art: én is furán nézek ezekre. Olvasom a parametric artot, elég régóta és én is kedvelem :) FlexPLA van nálam egy tekercs, de még nem próbálgattam. Laybrickről még nem hallottam, de a farostos szálról már igen. Ez utóbbitól pont a fej eltömődése miatt fázom egy kicsit, de egyszer biztosan eljutok odáig, hogy ilyennel is nekiálljak kísérletezni. Természetesen bármilyen anyagot szívesen kipróbálok. Nemrég olvastam, hogy egy fickó a műanyagszálas fűnyíróhoz gyártott nylon szállal nyomtat, ezt is megnézném egyszer szívesen.
    • Ultimaker 50 μm: igen, csináltam már ilyet PLA-val, elég döbbenetes az eredmény - itt van a post róla.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *