Monthly Archives: March 2015

3D nyomtatás: Q&A

Milán kérdezett párat levélben, megosztom a válaszokat, hátha másnak is hasznos lesz:

A 3D nyomtatódon milyen fej van, amiből az anyag jön? És ha jól tudom akkor még a lényeg az anyag olvadás és dermedéspontja.

3D printer fej: rengetegféle van, nagyon sokáig a printrbot UBIS 3 mm-es kemármia (=PEEK-es) hotendje volt fent, ami épp vasárnap éjjel gondolta úgy, hogy itt az ideje elpusztulni. Sajna ezt a fejet 3 mm-es nyersanyaghoz már nem gyártják, így másikat kell felpakolni, ami az Ultimaker sajátos mechanikája miatt nem egyszerű - lényegében minden fejhez új mountot kell csinálnod. Már elő van készítve egy E3D v6, csak a mountot kell kiprinteltetnem hozzá. Az E3D elég jól eltalált hotend, nagyon szeretik a népek.

Egy jó hotend alapvetően:

  • All metal konstrukció. Azok, akik nem ilyenek, egy teflonból készült ún. PEEK-et használnak arra, hogy a melegített részt elszigeteljék a felfogató résztől - ilyen nem all metal volt az UBIS, vagy ilyen az egyik leghíresebb, legrégibb hotend is, a J Head. Az all metal hotendek ezzel szemben csupa fémből készülnek és egy nagy hőleadó borda meg az arra szerelt kis ventillátor végzi a hőleválasztást. Az all metal verziók nagy előnye, hogy 270 ℃ fölé tudsz menni, míg a PEEK-es hotendeknél ilyenkor már nagy eséllyel kiolvad a PEEK és a hotend mehet a kukába. A magas hőfok egyrészt azért jó, mert többféle nyersanyaggal tudsz kísérletezni (Nylon, PP, PET, PCTPE - hogy csak egy párat említsek, de a Taulman3D nonstop hozza ki az újabb variánsokat is), illetve egy elkoszolódott hotendet magas hőfokon tudsz így pirolitikusan tisztítani, ami szintén nem hátrány.
    Szintén az all metal verziók mellett szól az, hogy jóval kevésbé hajlamosak eldugulni. Amikor megy a print és üzemi hőfokú (~>=210 ℃) a hotend, a nyersanyagszál nem csak kifelé mozoghat, hanem picit visszafelé is. Ezt a visszafelé mozgást hívják retraction-nek. Erre akkor van szükség, amikor a GCODE a fejet A-ból B-be mozgatja úgy, hogy közben nem kell anyagot küldeni a tárgyasztalra - ilyenkor picit visszarántja az extruder a műanyagot, hogy ne csurranjon el. Ha ez nem történik meg, akkor ilyen pókhálószerű szemét kerülhet a nyomtatott ojjektumra (ezt hívják stringingnek).
    Szóval az így rángatott szálnak az a része, ami már túl van a glass transition temperature-ön, hajlamos egy kicsit meglágyulva egy dugót képezni. Ezzel a dugóval addig nincs baj, amíg a forró zónában képződik - azonban ha a forró zóna lassan vált át hidegbe, akkor a dugó a hotend olyan részében jön létre, ami nem elég meleg ahhoz, hogy azt újraolvasssza.
  • Egyszerűen karbantartható. A hotenden néha fejet (=nozzle) cserél az ember. Vagy azért, mert vékonyabb/vastagabb szállal nyomtatna, vagy azért, mert a műanyagszál belecipelt valami szemetet (=por, vagy akár valami adalék, amit a speciális nyersanyagszálba kevertek: farost, fémpor, et cetera), ami szép lassan eldugította a fejet. Ilyenkor jó, ha nem kell vért izzadni egy nozzle cserénél, hanem szabvány szerszámokkal gyorsan és kényelmesen meg lehet oldani mondjuk anélkül, hogy elégetnéd pár ujjad.
  • 3. szabványos a felfüggesztése. A RepRap világban létezik egy "groovemount" névre keresztelt kvázi szabványos felfüggesztés, amit a legtöbb hotend igyekszik követni:

    Groovemount-Flat-Plate_v
    source: b3innovations.com

    Ennek csak annyi az előnye, hogy nem kell a fél printert módosítani ahhoz, hogy kipróbálj esetleg egy új hotendet. Ha pl. az E3D után gerjednék a nagyon olcsó airbrush nozzle-t használó, de ronda PEEK-es Merlin hotendre, akkor nem lenne nagy probléma a csere, hiszen mindkettő groovemount felfüggesztésű.

Egy hotendnél a mechanika mellé jön még 4 komponens: a fűtőelem, a hőmérő, a hotend hűtése és a nyomtatott test hűtése. A fűtőelem általában egységes alakú és méretű (az egyben előre szerelt UBIS ebben is kivétel), a hotend hőmérsékletét mérő termisztor már más kérdés, van vagy 15 féle, amit ráadásul a printer firmware-ében kell compile előtt konfigurálnod, ezért hotend csere ~= új firmware, hacsak nem maradt ugyanaz a termisztor típus. Ez alól kivétel pár frissebb ARM alapú printer board, akik a cfgot egy plain text file-ból is képesek már felszedni (a Smoothieboard ilyen) - tiszta XXI. század!

A hotend hűtésére az all metal verzióknál van szükség, a PEEK-es verzióknál a PEEK, mint hőszigetelő választja ketté a hideg és a meleg zónát. A hűtést általában egy 30 mm-es kis ventillátorral oldják meg. Ez gyakran 5 lapátos, míg néha (pl. az új E3D v6-nál) már a csendesebb és hatékonyabb 7 lapátos ventillátort mellékel a gyártó. Én hónapok óta keresek olyan all metal hotendet, amit vízhűtéssel lehetne üzemeltetni (az E3D Kraken-je ilyen, de az meg egy overkill vadállat).

Végül az utolsó nyomtatott réteg hűtése - ez teljesen nyersanyagfüggő. Vannak páran, akik pl. ABS-nél nem használnak dedikált hűtést - én sem fogok a frissen épülő printerben, de csak azért, mert hőkamra veszi majd körül az egészet és abban amúgy is bőszen mozog majd a 70 ℃-os levegő. Itt a dilemmát az jelenti, hogy míg bizonyos anyagok egymásra pakolt rétegei vadul ragadnak egymásba és a tárgyasztalra is (pl. a PLA ilyen tipikusan könnyen printelhető cucc), addig más nyersanyagok (pl. az olcsó és sok pozitív tulajdonsággal bíró ABS) szeretnek nem ragadni. Ennek aztán az a vége, hogy kész a print és szálirányban baromi könnyen szétjön:

20140810-1848-ABS-bad-layer-bonding

Ha jól tudom a többi az ugyanaz mint egy CNC gép.

CNC-knél picit más a board firmware (más spéci featurákra van szükség): ott Grbl van, illetve a fémmegmunkálásnál izmosabb léptetőmotorokat és azokhoz való stepper elektronikát alkalmaznak, de ebben én nagyon nem vagyok otthon.

Miben rajzolsz és miben vagy hogyan generálod a GCODE-ot?

Rajzolni Autodesk Fusion 360-ban rajzolok - OS X alá sajna nincs túl sok alternatíva, ez a legjobb azok közül, amit próbáltam. Privát használatra ez egy évig ingyen van - mindent felhőbe ment, van még gyerekbetegsége bőven, de a platformra elérhető többi cucc (ViaCAD, Sketchup) egy vicc ehhez képest mind. Fusiont meredeken fejlesztik és óriási a community is. A devteam elég jól figyel a közösség ötleteire, ~ havi 1 release van, szóval jó lesz ez idővel.
Sok user Inventorban, vagy Solidworksben tolja - ez utóbbi nagyjából az ipari standard, szinte mindenki ebben publikál. Kéne nekem is, de OS X alatt virtuális gépben nem fut, ezért pedig én vissza nem megyek Windows alá :)

GCODE generálás: ami CAD-et próbáltam, az mind tudott bináris STL-be exportálni, a slicer szoftverek meg ebből tudnak GCODE-ot készíteni. Slicer rengeteg van, jobbnál jobbak. Kisslicer, Slic3r, Cura, vagy a fizetős de nekem eddig legszimpatikusabb Simplify3D. Sokan hülyének néznek, hogy ezért pénzt adtam, de a Simplify3D sok más nagyon hasznos feature mellett tud egy olyan dolgot, amit eddig senki másnál nem láttam és nagy szükségem van rá sokszor: a nyomtatandó ojjektum kilógó részeihez készülő támasztékot (=support structure) nem csak automatikusan tudod vele generáltatni meredekségtől függően, hanem akár egyedileg tehetsz le/vehetsz el támasztékokat, incl. azokat is, amelyeket a szoftver generált.
Pont most van egy ilyen cucc a queue-ban, mindjárt meg is mutatom:

Subaru-Legacy-coin-holder-replacement-w-BT-cradle

Ez az autó könyöklőjébe készül, egy bluetooth kontroller bölcsője lesz a gyári érmetartó bigyó helyett:

Subaru-Legacy-2009-factory-fitted-coin-holder

A kontrollert majd egy mágnes tartja a helyén, ami a menetes részbe csavart henger tetején fog lakni. A menet egy M27/2-es menet, amihez a szoftver simán generálta a támasztékot pár helyen, mert úgy érezte, hogy a printer el fogja rontani a modellt ekkora túllógásnál. Simplify3D-ben ezeket simán kiszeded, míg a többi támaszték, amit jogosan tervezett a helyükre, az mind marad (a támasztékok a narancsos oszlopok, a sárga a modell).
Az ingyenes cuccok közül a Slic3rre esküsznek sokan, de a Cura is korrekt kényelmes darab, sokáig azt használtam.

Honnan szerzed be az alkatrészeket?

Alkatrész beszerzés: Az új printerhez csillió dolog kell. Elég sok webshop állt már rá 3D printer specifikus alkatrészekre, mondok párat, amikkel nekem volt már kapcsolatom (ha nem ez volt a kérdés, kérdezz újra):

get3d.pl - *.3dprint
reprapsource.com - *.3dprint
reprap.me - *.3dprint
reprapdiscount.com - *.3dprint
store.quintessentialuniversalbuildingdevice.com - *.3dprint
tytan3d.com - lengyel all metal extruder mechanika
printinz.com - PEI build plate
shop.ultimaker.com - Ultimaker alkatrész és a legdrágább nyersanyag, amit valaha találtam
printrbot.com - printrbot alkatrészek és nyersanyag
lulzbot.com - *.3dprint, de főleg a saját printerük
prusanozzle.org - all metal foodsafe hotend
e3d-online.com - *.3dprint és a legszimpatikusabb all metal hotend, plusz kivételesen korrekt customer service
marwiol.pl - most találtam, baromi jó minőségű, olcsó nyersanyag

3D nyomtatás: CL3D – kezdjünk el fejben építeni

Preface: ez egy képek nélküli, jó száraz poszt lesz, ami nagyjából arról szól, hogy hol tart az agyamban az építésre váró képzeletbeli 3D printer Szent Grál.

Jó rég ígértem már, hogy nekiállunk 3D printert építeni - most jött el az ideje, hogy nekikezdjünk, legalábbis elméletben.
Valahogy hivatkoznunk kell a szerkezetre amin agyalunk, ezért ezennel elkeresztelem őt Cleo-nak, de mivel ez egy 3D printer, Cleo neve helyesen írva legyen CL3D. Na essünk neki!

Listázzunk

A tavalyi meetupos előadáson felsoroltam egy csomó tulajdonságot, amit anno fontosnak tartottam egy 3D nyomtatóban. A lista nem sokat változott, csak közben kicsit közelebb kerültem a technológiákhoz és így átértékeltem pár dolgot. Nézzük meg, hogy mi az, amit ma megtartanék és mi az, amitől meg tudok válni.

Fém váz

A printernek mindenképpen robosztus, szilárd vázra van szüksége, amely az printerben keletkező hőre sem deformálódik érzékelhetően. Fémlemezekből álló váz helyett azonban 30x30 mm-es alumínium T-profilokból fogjuk a printer házának keretét megépíteni. A falak és az ajtók 3 mm-es akrilból készülnek majd.

Vonóorsó / trapézanya / lineáris motoros mozgatás szíjhajtás helyett

A lengyel Zortrax M200-at gyártó cég nagy szerencsémre ide Krakkóba, tőlünk kb. 20 percnyi sétára telepítette az egyetlen mintaboltját, ahol megfordultam már jópárszor, valamint máshol is alkalmam volt kipróbálni az M200-ast.
A Zortrax printer egy Ultimakerre kísértetiesen hasonlító gép, ám abban Gates GT2 szíjakat és csigákat használnak az Ultimaker féle MXL szíjhajtás helyett. Rengeteg nagyon jó minőségű printet láttam az M200-asokból kijönni, ezért mégis a jóval olcsóbb szíjhajtás mellett döntöttem.

All metal hotend

Ezzel volt a legkisebb gondom: egyszerűen annyit küzdöttem már PEEK-es olvasztófejekkel, hogy csak a folyamatos hűtésű, tiszta fém konstrukciók jöhetnek szóba. Hogy melyik, azt még nem tudom: van már itt E3D v6, Prusa Nozzle és új 1.75 mm-es UBIS is, de kipróbálhatunk egy Pico-t is, vagy akár egy vízhűtéses E3D Krakent, ha azt dobja majd a gép.
Egy biztos: olyan hotend rögzítő mechanikát építünk, amelyen pillanatok alatt szabadon és könnyen cserélhető az olvasztófej, akár elektronikával együtt, hogyha megkívánunk egy újabbat vagy épp csak megmurdel a régi és már nem tudjuk beszerezni, akkor ettől ne váljon elavulttá a printerünk (=groovemount).

Direkt hajtású extruder

Ebből is megpróbálunk egy all metal változatot használni: vagy a lengyel Tytan3D Goliatja lesz az, vagy esetleg egy Bulldog XL. Egy dolgot tartunk majd szem előtt: bármit is választunk, Nema 17-es léptetőmotor hajtsa és bowden vezesse az extruderbe a nyersanyagszálat.

Fűtött tárgyasztal (és az ő összes nyűgje)

Ez sem kérdés - kötelező. Az ideális fűtés egy 24 V-ról üzemelő szilikon fűtőlapos szendvicsszerkezet lesz, vagy esetleg ennek a 12 V-os, picit lassabb tesója. Az Ultimakeren most a 24 V-os verzió van fent, ami brutálisan gyors és nagyon egyenletesen fűt. Meglátjuk, hogy találok-e beszerzési forrást.
Az is kérdéses még, hogy legyen-e fém a tárgyasztalban, illetve hogy mechanikusan rögzítsük-e a legfelső réteget vagy inkább magas hőmérsékleten is tartó kobalt-szamárium mágneseket használjunk, amin gyorsabban és könnyebben cserélhető a nyomtatási felület?

Automata tárgyasztal kalibrálás

Ez egy nagyon fogós ravasz kérdés! Ahhoz, hogy a tárgyasztalt ne kelljen állandóan beszinteznünk, egy úgynevezett proximity szenzort kell az olvasztófej mellé építeni, amivel megméretjük az olvasztófej által bejárt sík és a tárgyasztal síkjának eltéréseit. A proximity szenzorok fémet érzékelnek, főleg az acélt szeretik, de azért megy nekik az alumínium is, csak közelebbről. Szerencsére már találtam olyat, amelyik ~7 mm-től képes látni.
A rengeteg research közben azonban ráakadtam egy másik, félautomata, ám zseniális kalibrációs megoldásra - az Ultimakeren már használom a "kistesóját" és azt kell mondjam, hogy tökéletesen működik. Jelenleg azt gondolom, hogy intergráljuk majd mindkét megoldást :)

Hőkamra

Talán az egyik legfontosabb tulajdonság, ami nélkül neki sem állnék az egésznek - miatta lesz t-slot profilból a váz és akrilból a falak. Ha nincs hőkamra és nem tudsz 70 ℃-t csinálni, akkor akármit teszel, a genya ABS bizony fel fog kunkorodni.
Persze lehet ABS juice-szal és egyébb anyagokkal fokozni az ojjektum tapadását, ám ez kétélű fegyver: amikor kész a print, azt el is kell távolítanod a tárgyasztalról egy darabban és én ezzel nem akarok semennyit sem szenvedni. Ki akarom emelni egy mozdulattal a tárgyasztalt, rátenni egy erre a célra tervezett hűtőfelületre, hogy olyan gyorsan lehűljön, amennyire csak lehet és a kihűlt tárgyasztalról egy könnyű mozdulattal akarom roncsolásmentesen leszedni a kész modellt. Már megtaláltam a fűtőelemet, fejben nagyjából kész a konvekciós levegőkeringtetés is, a hőszabályzó is itt van mellettem bedobozolva, csak tesztelni kell ;)

Belső megvilágítás

Nem kérdés, 6500 K hidegfehér ledek kellenek, ám a böszme hosszú ledcsík helyett valószínűleg pár SmartArray led blokkot használunk majd.

Porszűrő a nyersanyagtovábbításnál

Ez egy kis dobozkába gyömöszölt szivacs, mondjuk, hogy kész van :)

Computer függetlenség

Ezt egy Raspberry Pi és egy OctoPrint disztró lefedi, de jelenleg annyira bele vagyok szerelmesedve a Simplify 3D szoftverbe, hogy ez lehet, hogy az első körből kimarad.

Hogyan tovább?

Van még nyitott kérdés bőven, ideömlesztem őket, javarészt magamnak - jó idejekke ezekkel fekszem/kelek. Ha valamit nem értesz, de érdekelne, commentben kérdezz, mesélek szívesen - ha pedig ötlet/javaslat van, azt is nagyon szívesen veszem és a neved a végén természetesen megy a printer tervezői közé :)

  • Elfogadható árú t-slot aluprofil forgalmazót kell találni, aki méretre vágva szállít.
  • Érdemes-e elkölteni ~300 EUR-t vízhűtésre, vagy legyen mindenen ventillátor inkább?
  • Le kell tesztelni, hogy a konvekciós légmozgás elég-e az aktuálisan nyomtatott ABS réteg hűtéséhez (valamint nem fog-e layer bonding problémát okozni ez a megoldás), vagy muszáj lesz a hotendet szállító kocsira ventillátor foglalatot építeni. Ha csak az utóbbi lesz működőképes, akkor ki kell okoskodni valami általánosan használható szigetelést is a hotendekre.
  • Nyomtatófelületnek meg kell próbálni méretre vágott üvegszál erősített poliether-imid lap értékesítőt keresni - ha ez nem megy, akkor marad az üveglap + 3M 468 + PEI kombó.
  • Ideális esetben találunk olyan gyártót, aki egyedi méretre és formára képes törpefeszültségről üzemelő szilikon fűtőelemet készíteni akár kis darabszámban is. Ha ez nem megy, akkor maradnak a standard méretek és újra kell gondolni a félautomata kalibráló mechanikát is.
  • A tárgyasztal szilikon fűtőeleme alá 170 ℃-t bíró vékony (2-5 mm) szigetelőlapot kell találni - az AeroGel megoldás lehet, de sajnos porol, jobb lenne erre a célra egy kerámiaszövet.
  • El kell dönteni, hogy a végállás szenzorok mágneses hall effect szenzorok legyenek, vagy inkább optikaiak (a mechanikusakat már kizártam, utálom mindet, amit próbáltam).
  • Z tengely mozgatásánál maradjunk a hagyományos trapézanyánál, vagy próbálkozzunk meg a karbantartást nem igénylő DryLin trapézanyákkal?

A következő posztban már remélhetőleg ízekre tudjuk szedni a készre tervezett mechanikát - stay tuned!