Construindo uma impressora 3D #4 – Estrutura finalizada

Agora que nós temos os motores instalados, o passo seguinte é a instalação dos end-stops ou chaves de fim de curso. Essas chaves são micro-switches que ficam no fim do trajeto de cada carro, X, Y ou Z e indicam ao Arduino quando o carro chegou ao fim do seu trajeto.

 

No meu caso eu usei um Mech Endstop, projetado pela Makerbot, pois foram os que vieram no kit. Na instalação final eu removi o conector e soldei fios diretamente na placa, pois eu não tinha os conectores.

 

Fios soldados, seguindo um padrão, vermelho (+5V), preto (GND) e azul (Sinal).

 

Nessa foto eu instalei o Endstop no ‘fim’ do curso do eixo Y, que corresponde a parte frontal da impressora, tendo em vista que eu inverti a montagem e instalei o motor no lado de trás.

 

Endstop do eixo X instalado, agora no lado correto. Repare como ele funciona; o carro do eixo X que acionará a chave no final do curso do eixo. Essa chave é a mesma encontrada em mouses, mas ‘adaptada’ para usar como fim de curso.

 

O eixo Z segue o mesmo conceito, o carro toca na chave de forma que ela acione e indique ao controlador que o curso chegou ao fim.

 

Os endstops tem uma seção especifica no código do firmware, onde diz respeito a posição dos mesmos. Um endstop pode ser instalado no início do curso ou no fim do curso e isso deve ser informado na configuração do firmware. Também pode-se instalar duas chaves de fim de curso em cada eixo, o Shield Ramps suporta, mas não é necessário, pois com um motor de passo você tem um certo controle da posição relativa ao fim de curso do carro no eixo.

 

Instalando a mesa aquecida.

A mesa aquecida numa impressora 3D tem o propósito de diminuir o efeito que chamam de “warp“, onde a peça tem uma deformação na sua base, normalmente descolando da mesa aquecida e empenando devido a diferença de temperatura entre durante a extrusão do plástico e a temperatura ambiente.

Nem todos os tipos de materiais que podem ser impressos sofrem desse problema, mas alguns materiais mais comuns como ABS e PLA tem um resultado melhor quando impressos em mesas aquecidas.

Algumas impressoras 3D industriais, como as Stratasys, controlam a temperatura e umidade do filamento plástico para diminuir a variação de qualidade durante a impressão. Existem também impressoras que isolam toda a área de impressão do ambiente, com câmaras de impressão que também controlam a temperatura e umidade. Se eu não me engano, esse método de criar uma câmara isolada para impressão é patenteado, por isso ainda não apareceu em projetos open-source.

Esta é e mesa aquecida usada na maioria dos projetos Reprap, esse modelo é chamado de MK2B.

 

Seguindo o conceito do projeto Reprap, essa mesa aquecida é bastante simples, composta apenas de uma placa de circuito com trilhas longas do início ao fim da placa, somente numa das faces.

Essas trilhas formam uma resistência que, ao aplicar uma corrente elétrica vão gerar o calor necessário para que a peça se mantenha na temperatura estabelecida.

No caso da MK2B, ela foi projetada para alcançar até 110°C em 10 minutos, consumindo cerca de 11A ligada em 12V. Por esse motivo são instalados fios que suportem a corrente e a temperatura de trabalho da mesa.

Existem outras soluções para o aquecimento da mesa de impressão além da placa de circuito impresso como a minha, existem mesas aquecidas com fios de nicromo, mesas que usam resistores 10W com carcaça de alumínio distribuídos sob a mesa de impressão, dentre outras.

Toda mesa de impressão usada nas Repraps contém ao menos um sensor para o controle da temperatura. No meu caso, e da maioria das Repraps, é usado um termistor no centro da mesa aquecida, normalmente instalado com pasta térmica. O termistor usado na minha mesa é um modelo bastante comum, da marca EPCOS, 100k e do tipo NTC, que já tem suas características programadas por padrão no firmware (No caso, Repetier).

http://www.robotronics.com.au/web/sites/default/files/styles/uc_product_full/public/Thermistor_100k-600×600.jpg

 

Um termistor é um resistor que varia sua resistência com base na mudança de temperatura, onde normalmente se monta uma tabela relacionando a temperatura com o valor da resistência dentro da sua faixa de operação.

 

Detalhe para o termistor instalado.

 

A mesa aquecida é aparafusada sobre um suporte de MDF para dar mais estabilidade ao conjunto e em seguida é instalada no carro do eixo Y. Como minha mesa aquecida é de um conjunto diferente do kit de ferragens, eu tive que refazer o suporte em MDF para que a furação correspondesse com a do carro Y.

Na instalação da mesa são colocados espaçadores com molas, para regular a altura da mesa aquecida em relação ao bico de impressão e também para evitar acidentes, caso algum endstop falhe e o bico seja pressionado contra a mesa.

 

 

 

 

Regular a altura da mesa é um passo requer bastante atenção, pois definira como a primeira camada de plástico será depositada na mesa, se ficar muito próxima da mesa o plástico não será depositado na quantidade ideal, se ficar muito distante o plástico pode não aderir a mesa de impressão. Esse passo eu devo explicar num post posterior durante o primeiro uso.

Finalmente, para completar a mesa de impressão, um vidro liso com um tamanho um pouco menor que a mesa aquecida é colocado sobre a mesma e preso com grampos (provisoriamente) para oferecer uma superfície plana e lisa para impressão.

 

Nota de montagem: Reparem que a base de MDF está montada de forma que a base toca na estrutura. A mesa aquecida deveria passar por cima da estrutura, sobre a correia, para ter o curso completo de 20cm no eixo Y, mas da forma que eu montei ficou com 8cm de curso. Tive que desmontar toda base e remontar da forma correta, com o MDF maior preso direto na mesa aquecida (PCI) e no MDF maior ficam os parafusos com as molas, parafusados ao carro Y (MDF menor).

 

O extrusor de plástico

Esta é a parte final da montagem estrutural, composta pelo extrusor de filamento e do bico aquecido. O modelo do extrusor usado na minha impressora é um modelo amplamente usado nas Repraps, chamado de Greg Wade Extruder, disponível no Thingiverse. Apesar de não ser o de uso mais fáci – pois trocar o filamento exige um certo trabalho – é um modelo simples de se montar.

 

Infelizmente eu não tirei fotos do processo de montagem do extrusor, mas sua montagem é bastante simples.

A função do extrusor é de empurrar o filamento plástico contra o bico quente para se obter um filamento com um diâmetro menor. Ligado ao eixo da engrenagem maior existe um parafuso usinado, com dentes, que tracionam o filamento conforme a rotação do motor. Para que o filamento não escape, existe um rolamento do lado oposto, que pressionado pelos parafusos com molas (visto na imagem acima), mantém o filamento preso.

 

O motor é igual aos motores da estrutura, mas auxiliado por uma grande engrenagem de redução para aumentar o torque ao tracionar o filamento.

Parafusado diretamente sob o extrusor vai o bico aquecido. O Bico aquecido tem a função de derreter o filamento plástico de forma constante e uniforme, sem estragar o material.

 

O bico aquecido usado na minha impressora foi desenvolvido por um grupo de usuários do grupo ReprapBR, feito em território nacional.

 

O bico aquecido é fixado no extrusor, de forma que a saída do extrusor encaixe diretamente na entrada do bico aquecido (parte superior peça na foto acima). A extrutura é composta por um suporte de alumínio para se aparafusar no extrusor, um isolante térmico feito de PTFE, para que o calor não seja transmitido para outras partes plásticas do conjunto.

 

Na ponta existe o bico de latão usinado, com 0,5mm de diâmetro na saída do plástico. Preso ao bico está o bloco de aquecimento.

 

No bloco de aquecimento existe um espaço para acoplar um resistor comum de 5W, com pasta térmica, que será responsável pelo aquecimento do bico. Também é instalado termistor igual ao da mesa em um espaço menor na lateral do bloco para controlar a temperatura do conjunto.

Após a montagem do bico aquecido, incluindo a eletrônica, o bico é isolado usando fita de teflon (Veda-rosca) de forma que não troque calor com o ambiente.

 

A montagem do conjunto é simples, com somente dois parafusos e porcas para fixar o conjunto no carro X, da qual já tem a furação padrão.

 

 

 

Veja aqui as instruções para montagem do extrusor e os arquivos STL para baixar e imprimir o seu Greg Wade Extruder.

http://www.thingiverse.com/thing:8252