Construindo uma impressora 3D #3 – Montagem da estrutura

Essas são as peças plásticas necessárias para a montagem da impressora 3D modelo Prusa Mendel V2. Um detalhe interessante é que todas as peças plásticas usadas na impressora, são feitas por outra impressora, daí vem o conceito de replicação da Reprap.

Essas são as peças estruturais e algumas outras como as correias GT2, rolamentos e polias. Todas as peças estão listadas acima, incluindo onde foram compradas.

Eu já comprei barras de metal cortadas na medida, com todas as suas respectivas porcas e arruelas, o que facilitou um pouco a montagem, mas aumentou o preço. Na foto pode não parecer mas são muitas peças!

Todas as peças da eletrônica estão aqui, o Arduino, o Shield RAMPS, os drivers dos motores, sensores de fim de curso, LCD, adaptadores e cabos.

O Arduino usado foi um Arduino MEGA 2560 versão R3, esse modelo suporta o firmware com LCD e leitor de SD Card, pois tem 256Kbytes de memória para armazenar o código. Acima de 128KBytes já se pode usar o firmware com suporte ao LCD e SDCard, abaixo disso você não tem espaço suficiente, pois o firmware do Repetier, por exemplo, consome mais de 64KB quando compilado

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Motores de passo, comprados na Aliexpress, conforme as especificações citadas no post anterior.

LCD Shield para a impressora 3D. Esse ‘shield’ tem um LCD 20×4 caracteres, com um driver comum, tipo Hitachi HD44780, que é amplamente usado no mundo do Arduino. Esse shield também tem um encoder rotativo, um botão “push button”, um buzzer e um slot pra cartão SD.

Pra quem não conhece, um encoder rotativo é uma peça, de aparência similar a um potenciômetro, mas que tem ‘giro sem fim’, a cada clique, conta como se fosse um botão ativado. Ele é usado para navegar entre os menus do firmware. Se você pressionar, ele age como um botão “Enter”, já o botão embaixo do encoder seria o “Esc”. Isso tudo é configurável no firmware, você pode usar botões normais, telas touch, etc.

A mesa aquecida é onde será a base da impressora, o plástico será depositado em cima de um vidro, que fica preso a essa mesa aquecida.

Ela é feita de uma placa de circuito com trilhas grossas e compridas, agindo como uma resistência comum. Esse modelo é chamado de MK2B, feito pelo próprio Josef Prusa, o cara que projetou esse modelo de impressora que eu estou montando.

Apesar de ser barata, não é a melhor opção para imprimir com plástico ABS pois ela demora para aquecer e não passa de 115°C, que não é tão suficiente para que o plástico grude na mesa com firmeza. Já para o plástico PLA ela serve muito bem, pois o PLA não exige uma temperatura muito alta, no meu caso eu uso ela numa temperatura por volta de 60°C quando eu imprimo com PLA.

Visão mais próxima, onde pode se observar as trilhas da placa e dois leds SMD que indicam quando a mesa está ligada.

Iniciando a montagem do quadro

A idéia inicial do Adrian Bowyer, era fazer uma máquina auto replicante, de certa forma fosse comparável a um sistema biológico, um autótrofo, como algumas bactérias, que produzem seu próprio alimento e se reproduzem sozinhas. Mas isso implicaria numa dificuldade enorme, então porque não fazer como a própria natureza, deixar de lado esse sistema e usar outro, onde algumas intervenções ambientais se fazem necessárias para que o processo se complete, da mesma forma que uma planta tem parte da sua reprodução dependente de uma abelha.

A montagem se inicia com fixação dos quadros triangulares laterais, usando as barras roscadas e as peças respectivas de plástico. Durante toda a montagem da estrutura, o procedimento é semelhante, todas as peças plásticas ficam presas entre porcas e arruelas de ambos os lados e são travadas com duas chaves e usando uma guia (réguas ou peças de madeira) de 29cm.

As duas laterais formam dois triângulos idênticos e nelas vão barras perpendiculares que dão forma a estrutura.

Algumas peças já devem ser colocadas durante a montagem, como os suportes para as guias lineares e os suporte dos motores.

O próximo passo é instalar a base do carro que corre no eixo Y, onde será instalada a mesa de impressão.

Veja que as guias lineares de inox já estão instaladas. Elas devem ser alinhadas de forma que o carro Y ofereça pouca resistência para correr nos eixos, pode-se alinhar usando um paquímetro e testando se o carrinho corre livre e se esta paralelo a estrutura.

Detalhe da parte inferior do carro Y, onde vão os rolamentos lineares LM8UU. Eles são presos com abraçadeiras de plástico aos suportes e os suportes são presos com parafusos ao carro Y.

O rolamento LM8UU deve ser manuseado com bastante cuidado pois as esferas contidas nele podem ser arrancadas na hora de se colocar as guias lineares. Alguns usuários usam buchas de latão, normalmente usadas em impressoras de mesa, como jato de tinta ou matriciais, para substituir os rolamentos lineares.

O próximo passo é a montagem do carro X, onde será instalado o extrusor de plástico. Essa montagem é bastante simples pois as duas peças estruturais (das extremidades) tem encaixes prontos e alinhados para que se coloquem as guias lineares, usando um martelo de borracha por exemplo.

O carro do eixo X já deve ser instalado antes de encaixar as duas peças de suporte.

Detalhe dos rolamentos já instalados, mas sem as abraçadeiras de plástico nos rolamentos. Serão adicionados mais dois rolamentos lineares nesse carro, nas peças da extremidades, para correr no eixo Z.

O próximo passo é instalar as guias lineares do eixo Z, que darão sustentação ao carro X.

Vejam que as guias lineares do eixo Z já estão nas suas posições presas pelo suporte do motor na parte de cima e por uma abraçadeira impressa na parte de baixo, com o carro X já instalado.

A barra roscada onde as duas guias lineares do eixo Z estão presas (na parte inferior, no centro) deve ser alinhada para que o carro X fique perpendicular à base de impressão.

O passo seguinte é a instalação dos motores do eixo X e Y e suas respectivas correias.

A instalação dos motores é simples, só sendo necessário aparafusa-los no suporte. Vejam na imagem acima que o suporte deve estar alinhado com o carro, no caso do eixo Y.

Motor do Eixo Y instalado, com a correia já presa ao carro Y. Esse sistema funciona de forma que quando o motor girar, todo conjunto da correia gira, como o carro está preso a uma parte da correia, ele se move. Isso também se aplica ao eixo X

Motor do eixo X preso e já com a correia instalada.

Dois fatores importantes na hora de instalar os motores.

A polia do motor tem um parafuso que a prende no eixo do motor. Esse parafuso deve ser solto na hora de se colocar a correia, para que se consiga um alinhamento ideal, sem que a correia tenha tensão lateral, após alinhar, ai sim deve se apertar o parafuso da polia.

O segundo fator é a tensão da correia, o quão ‘apertada’ ela deve estar no conjunto. Eu não tenho dados técnicos em mãos, mas se ela estiver tensionada o suficiente para que um lado não encoste no outro quando apertada com os dedos, sem fazer muita força, já é suficiente

Uma curiosidade a respeito das correias é que existe uma discussão se as correias GT2, T2.5 e T5 influenciam na impressão, dado que as correrias T tem dentes quadrados, enquanto as GT tem dentes arredondados, evitando que tenha um efeito ricochete na polia do motor em movimentos rápidos. Posteriormente eu devo postar mais sobre o assunto.

Faltando os últimos dois motores para o eixo Z, onde também serão instalados os fusos no carro X. Os fusos nada mais são que barras roscadas ligadas aos motores, que correm em porcas presas nas peças laterais do carro X.

Com os fusos ganha-se em precisão mas perde-se em velocidade. Como durante a impressão a elevação do bico extrusor é bastante lenta e precisa, essa é a melhor escolha. Outro fator é que os fusos suportam um peso maior em sua estrutura.

Reparem na peça na parte inferior. Essa peça se chama X-end-idler e a peça do outro lado chama-se X-end-motor, por ter o suporte para o motor.

Nessa peça, onde a barra roscada está instalada, existem duas porcas M8 encaixadas e travadas, de forma que quando o motor girar, o conjunto todo se movimente.

O eixo do motor é preso aos fusos por meio de uma braçadeira impressa. No eixo do motor é colocado uma mangueira de borracha para diminuir a possibilidade do eixo escorregar.

    

Nessa última foto mostra o carro X já suspenso pelos fusos ligados aos motores.

Finalmente nós temos a estrutura básica montada, já com os motores instalados.

Quanto tempo levou para montar toda essa estrutura? Eu diria que umas duas tardes.

Todas as peças plásticas estruturais devem ter os furos alargados com uma furadeira, pois as barras roscadas não passam com facilidade. Outro fator que pode atrapalhar é o alinhamento das barras, que eu considero um ponto fraco dessa estrutura. Alinhar de forma satisfatória leva bastante tempo, apertando e desapertando as porcas.

O próximo passo é a montagem e instalação da mesa aquecida, do extrusor e do bico aquecido, que fica para o próximo post.