3D Printing – Calibrazione e collaudo finale

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E ora si stampa! La 3DRag è finalmente pronta per regalarci le soddisfazioni tanto attese. Manca solo qualche ultimo piccolo ritocco e poi saremo davvero pronti per entrare in contatto con quello che ci aspetta nel prossimo futuro tecnologico. Un video dimostrativo chiuderà questa prima, ma non unica, serie sul 3D Printing. Dunque, "cercate ogni speranza, voi ch'entrate"!

Già mi sembra di vedervi, giovani avide menti: avete atteso molto ed ora siete impazienti di vedere di cosa è capace il nostro "demiurgo digitale", l'ormai nota 3DRag.

I muscoli d'alluminio sono ormai ipertrofici.

La sua anima elettronica brama di essere alimentata.

La bella notizia: alla fine di questo articolo vedrete finalmente la prima creatura stampata, stavolta con tanto di video dimostrativo. La brutta notizia: se avevate già riposto la scatola degli attrezzi, riprendetela, poichè mancano gli ultimi ritocchi nella meccanica, da fare adesso con il software di controllo della stampante in esecuzione. In quest'ultima tappa del nostro viaggio sul 3D-printing vedremo dunque la messa a punto della stampante ed una prima basilare interazione con i software necessari a farla funzionare, ovvero il programma di controllo e quello di slicing. Come accennato nei precedenti articoli, useremo, rispettivamente, Repetier Host e Slic3r, con il secondo già incluso di default nel pacchetto di installazione del primo. Abbiate quindi ancora un pò di pazienza. Più che alle parole, stavolta lascerò spazio alle immagini, con un video finale che vi mostrerà effettivamente come lavora una stampante 3D; per cui arrivate a leggere fino in fondo e avrete un'anticipazione tangibile di ciò che ci riserva il futuro tecnologico. Ma, anche dopo questo nostro viaggio, ricordatevi sempre che questa è solo la punta dell'iceberg: le tecniche di stampa 3D sono in continua evoluzione e, al momento in cui scrivo, è già possibile stampare (con svariate tecniche oltre la FFF) oggetti in metallo, legno, marmo, ceramica. Ed è solo l'inizio.

Requisiti

Ecco i requisiti per partire:

  1. la stampante è posizionata in piano (si possono utilizzare le varie viti di regolazione della 3DRag per l'appoggio della struttura e del piatto di stampa) su un tavolo stabile e massiccio;
  2. sul PC sono installati il software Repetier Host ed il driver ftdi per creare una nuova porta seriale tra il PC e la scheda di controllo della stampante (ecco la procedura per installarlo);
  3. la stampante è connessa al PC via cavo USB e la scheda di controllo è alimentata esternamente.

Uno sguardo al programma di controllo

Avviamo il programma Repetier Host:

Per prima cosa creiamo un profilo di stampante adeguato alla nostra 3DRag. Cliccando sul pulsante "Impostazioni stampante" in alto a destra si accede alla sezione che permette di definire i parametri significativi per il modello di stampante in uso, come ad esempio le dimensioni utili di stampa, la presenza o meno di un piatto di stampa riscaldato, l'eventuale area di scarto del materiale ancora estruso dopo la stampa, la definizione di un punto preciso di stand-by del piatto di stampa ed altro ancora. Inoltre, sempre in questa sezione, vengono definiti anche i parametri per la comunicazione tra il PC e la stampante stessa, come la porta COM utilizzata, il baud-rate, il controllo di parità e tutto ciò che normalmente descrive una comunicazione seriale. Nella figura seguente si trovano le impostazioni per il nostro caso specifico.

Una volta creato il profilo della stampante, diamo uno sguardo di massima alle finestre di visualizzazione ed ai 4 tab principali di Repetier Host. La vista principale che si ha aprendo il programma è sul layout 3D di riferimento della stampante, "Visualizzazone 3D":

Impostati opportunamente i parametri di visualizzazione, quello che ci appare davanti è un cubo graduato la cui base ricalca le dimensioni effettive del piatto di stampa posseduto (ogni quadretto rappresenta 1 cm). Questa vista, normalmente vuota all'avvio del programma, si arricchisce del modello digitale dell'oggetto (o degli oggetti) di stampa al suo caricamento. In particolare, è tramite questa finestra che sarà possibile seguire lo sviluppo della stampa, osservando come l'oggetto "cresce" man mano che viene depositato il filamento fuso per ogni singolo layer di stampa. La finestra immediatamente dietro quella appena descritta è chiamata "Curva Temperatura" e, come il nome suggerisce, mostra l'andamento della temperatura dell'estrusore in base ai valori raggiunti ed impostati.

In questa finestra è possibile osservare (a lavoro lanciato) una serie di curve che indicano la temperatura media, la temperatura istantanea, il valore da raggiungere e la potenza dissipata dall'estrusore. Spostiamoci adesso ai quattro tab sulla destra. Il primo, "Posizionamento oggetto", fornisce una panoramica sulla posizione dell'oggetto rispetto all'area di stampa:

 

E' praticamente il primo tab con cui si agisce nell'avviare un lavoro automatico di stampa, nel senso che è da qui che possiamo decidere se l'oggetto verrà stampato in una determinata posizione sul piatto rispetto ad un'altra, se deve essere stampato nelle dimensioni originali o scalato, se ne vanno stampate contemporaneamente più copie (o se va affiancato alla stampa simultanea di un altro oggetto) e via dicendo. E' inoltre dall'uso parallelo di questo tab e della finestra "Visualizzazione 3D" che possiamo ispezionare l'oggetto da stampare per vedere se presenta punti critici che potrebbero mettere in difficoltà la stampante. Il secondo tab, "Slicer", fornisce i parametri da impostare all'interno del programma di slicing per poter "affettare" l'oggetto digitale:

Di base, Repetier Host integra due programmi esterni per lo slicing, Slic3r e Skeinforge: come già accennato, il nostro slicer di riferimento è il secondo, a mio vedere forse meno potente ma più semplice ed intuitivo del primo. In sostanza, è in questo tab che verrà detto alla stampante come lavorare l'oggetto, dunque con quale velocità stampare, quale temperatura dell'estrusore impostare, quanto deve essere spesso ogni strato di stampa, la densità di materiale per ogni singola sezione del modello etc. Il prodotto dello slicing viene mostrato nel terzo tab, "G-Code Editor", dove al termine di tale fase la text area si riempie con le istruzioni in G-Code ed in M-Code relative al modello affettato da inviare alla stampante:

Questo è un tab molto interessante, poichè mostra effettivamente ogni singolo passo che dovrà essere eseguito: il codice prodotto, oltre che visionabile, può essere modificabile nel caso abbiate delle esigenze particolari. Sfortunatamente il listato è in genere composto da decine di migliaia di righe (almeno); ma la buona notizia è che la maggior parte di esse rappresentano i movimenti per i motori, aspetti su cui in teoria c'è ben poco da modificare, mentre le istruzioni su cui è più utile agire, come settaggi di temperatura ed altre questione pre o post stampa, si trovano in genere nelle prime righe ed autocommentati. L'ultimo tab è "Controllo Manuale":

 

Da qui, tramite appositi pulsanti, possiamo comandare in modo diretto la stampante. Si possono inviare comandi per far muovere i carrelli, per portare l'estrusore ad una data temperatura, per far scorrere il filamento di stampa nel condotto di fusione in entrambi i versi (ovvero per "estruderlo" oppure per "ritrarlo"), per azionare la ventola di raffreddamento e diverso altro ancora. L'aspetto interessante è che, in questo tab, tutto ciò che si può comandare usando i pulsanti, si può fare altrettanto inviando un analogo comando in G-code mediante un form.

Messa a punto

Ora che abbiamo una panoramica di tutte le componenti del sistema, è il momento di mettere in funzione il tutto ed operare le necessarie calibrazioni. Posizioniamoci sul tab "Controllo Manuale" e clicchiamo su "Connetti" in alto a sinistra. Dopo pochi istanti la barra in alto a destra ci indica che la stampante è pronta per ricevere istruzioni.

Clicchiamo sul pulsante "Stop motori", con il quale si svincolano i carrelli dai rispettivi motori, e posizioniamo a mano il piatto di stampa al centro della base della stampante. Ora diamo il primo comando, tramite la freccia "+X" per uno spostamento di 50 unità (1 unità = 1 mm): se tutto è stato montato a dovere vedremo muoversi il carrello X di 5 cm verso destra! Proviamo qualche movimento lungo gli altri assi e qualche trazione/ritrazione del motore del filamento (anche a filo non inserito). Tramite questi iniziali comandi è opportuno cercare di capire se il movimento dei vari carrelli risulta fluido o forzato, e nel secondo caso regolare adeguatamente gli organi di trasmissione meccanica come ad esempio le cinghie dentate o la vite a chiocciola oppure lubrificare i vari cuscinetti. Una volta appurato che i movimenti avvengono in modo corretto, occorre tarare i fine-corsa per ogni asse di scorrimento. Questa operazione si effettua dapprima cliccando sul pulsante con la casetta e la coordinata in esame (es. "Home X") e poi regolando la vite (del piatto di stampa o del carrello Z) deputata a chiudere il contatto elettrico del relativo microswitch. In altre parole, queste viti vanno fatte fuoriuscire dal loro alloggiamento quel tanto che basta a far sì che la posizione di fine corsa lungo un determinato asse garantisca la massima escursione possibile.

 

A titolo di esempio, clicchiamo su "Home X": il carrello si sposterà verso destra fino a che la vite non chiuderà il contatto interrompendo la rotazione del motore X. Se la relativa vite usciva troppo dal suo alloggiamento, il carrello è fermo con l'ugello dell'estrusore che è rimasto internamente al piatto di stampa. Quando, invece, la vite usciva troppo poco, all'arresto del carrello l'ugello si trova esternamente al piatto. L'operazione di calibrazione serve proprio a fare in modo che, lungo ogni asse, l'ugello si fermi proprio in corrispondenza del limite del piatto di stampa, così da massimizzare l'area in cui si può depositare il filamento fuso. Una volta regolate le viti per gli spostamenti, occorre verifcare il funzionamento dell'estrusore. Dapprima si clicca su "Temperatura estrusore", impostando la temperatura che vogliamo raggiungere; dopodichè, tenendo d'occhio la finestra "Curva temperatura", si osserva l'aumento della stessa fino al valor desiderato.

Poco prima di raggiungere la temperatura finale voluta, si inserisce il filamento plastico nel relativo condotto e manualmente lo si spinge verso l'estrusore agendo sulla ruota dentata grande del motore (sempre premendo prima il tasto "Stop motori"). A questo punto, nella sezione "Estrusore" si imposta un valore di estrusione in millimetri (30 vanno bene) e si clicca sul tasto con la freccia in giù: dovremmo vedere nel giro di poco un filo semi-fluido che viene depositato sul piatto di stampa.

E' importante verificare che, nella deposizione, il filamento cada abbastanza dritto ed una volta sul piatto formi una serie di anelli concentrici: in caso contrario si dovrà tornare alla regolazione del punto di aggancio dell'estrusore al montante della stampante o dell'opportuno livellamento del piatto di stampa. Verificato anche il buon funzionamento dell'estrusore, proviamo infine la ventola (operazione praticamente auto-referenziale) e, se tutto è a posto, prepariamoci alla prima stampa!

E adesso…stampa!

Ora che davvero è tutto pronto, carichiamo un modello 3D in formato .stl (se non ne avete uno pronto, date un'occhiata al sito Thingiverse, ne troverete migliaia!) e prepariamoci a stamparlo. Importate il file stl tramite il pulsante "Carica": il modello comparirà nella finestra principale:

Dal tab "Posizione oggetto" posizionatelo nel punto del piatto dove volete che venga effettivamente costruito. Ora passate al tab "Slicer" e, una volta impostato un opportuno profilo di stampa per le tre voci "Impostazioni stampa", "Impostazioni stampante" e "Estrusore 1", cliccate sul pulsante di avvio slicing:

A processo ultimato, nel tab "G-Code Editor" avrete le istruzioni in G-Code da dare in pasto alla stampante: potete modificarne alcune manualmente (specie tra le prime), ma questa è un'operazione che conviene fare man mano che si prende confidenza con la stampa. E' interessante notare che, muovendosi tra i pulsanti del sottotab "Visualizzazione", si può avere un'anteprima di come avverrà l'intero processo di stampa prima ancora di avviarla fisicamente, layer per layer:

E dopo tanta attesa, tante spiegazioni teoriche e tanti "preliminari", non resta che cliccare finalmente sul pulsante "Avvia lavoro" e godersi l'esperienza unica di vedere qualcosa che nasce praticamente dal nulla (o quasi)! Un video "home-made" farà da ciliegina sulla torta a questo diario di viaggio meglio di quanto possano fare tante altre mie parole:

Buona visione!

 

F.A.Q.

Q. Quanto materiale va utilizzato per le stampe?

A. Una volta terminato lo slicing, al termine del relativo listato in G-Code viene indicato l'esatto metraggio di filamento necessario alla stampa (con un certo margine di tolleranza in eccesso)

 

Q. Il posizionamento dell'oggetto previsto sul piatto di stampa è un fattore importante?

A. E' importantissimo. Bisogna sempre cercare di stampare un oggetto in modo da evitare di "sfidare troppo la gravità" poichè, anche se la ventola aiuta a solidificare il filamento fuso in tempi brevi, esso può pur sempre incurvarsi durante la stampa di layer semi-sospesi.

 

Q. Ci sono dei parametri di slicing universali?

A. No. Ogni stampa ne richiede di specifici in base alle caratteristiche dell'oggetto desiderate. Provate a stampare con quelli di default ed effettuate dei successivi tuning, servirà a capire meglio come funzionano

 

Q. E' davvero necessario pre-trattare il piatto stampa?

A. Sì. Il piatto deve fornire il giusto grip al materiale depositato onde evitare che, una volta raffreddatosi, esso si stacchi durante la stampa. Una soluzione efficace (e testata) è carteggiare leggermente il piatto e stendervi sopra un sottile velo di lacca per capelli prima della stampa: in questo modo il materiale avrà una buona dose di aggancio meccanico e chimico al piatto durante l'intero processo

 

Q. E' possibile interrompere una stampa?

A. Sì. Si può interromperla e riprendela successivamente, magari per cambiare il filamento con uno di un altro colore o perchè in quel momento non si ha tempo di seguire la stampa fino al termine. La stampa riprenderà esattamente da dove è stata lasciata.

 

Conclusioni

Il diario di questo mio viaggio iniziale nel mondo del 3D-Printing finisce qui. Sono stati per me 3 mesi impegnativi, in cui le cose sono andate tutt'altro che lisce! Tante volte, durante i momenti duri, mi è venuto in mente che acquistando una stampante già montata mi sarei evitato un sacco di problemi. Ma va detto che mi sarei privato anche di un sacco di conoscenze e, di rimando, questi articoli sarebbero risultati probabilmente un tutorial privo di "sentimento". Anzi, spero proprio che i lettori di questa mini-serie non abbiano avuto l'impressione di trovarsi di fronte ad un tutorial: di quelli, in rete, ce ne sono molti e spiegati meglio di quanto abbia fatto io. Specie sulla parte di slicing, nella quale non mi sono praticamente addentrato, vista la vastità dell'argomento. Io stesso ho appena scoperchiato il vaso di Pandora e c'è una gran quantità di informazioni sulla stampa 3D che ancora non conosco. Ma una cosa penso di averla capita bene: se il montaggio e la messa a punto di una stampante 3D sono operazioni schematizzabili in una qualche tecnica o procedura, stampare oggetti in 3D risulta invece un'arte, fatta di aggiustamenti nei parametri di stampa e nei materiali utilizzati che solo una buona dose di esperienza può farci realmente apprendere. Per cui ai possessori di stampante 3D in kit che hanno seguito passo passo questi articoli dico: non adagiatevi troppo sugli allori a fine montaggio, perchè il lavoro vero e proprio inizia adesso. Ma vi riempirà di soddisfazioni, ve lo garantisco!

 

Ringraziamenti

Oltre allo staff di EOS, che ci permette di avere uno spazio in cui crescere scambiandoci informazioni ed opinioni, vorrei ringraziare due persone. La prima è il mio fraterno amico Emiliano, autore del video che ho postato, che mi ha aiutato notevolmente nel montaggio della parte meccanica ed elettrica della stampante, sacrificando "alla mia causa" una serie di sere nei weekend che magari avrebbe trascorso portando fuori moglie e figlia dopo una settimana di lavoro. La seconda è il nostro "collega di blog" alex272, anch'egli possessore di una stampante 3D e con il quale abbiamo scambiato parecchie opinioni in privato: mi ha dato molte dritte su una serie di aspetti, tra cui l'evitarmi di sprecare una bobina nuova di ABS non avendo io un piatto di stampa riscaldato! E, ovviamente, grazie a tutti quelli che hanno letto e commentato questi lunghi, ma spero interessanti, articoli.

 

Link utili

Sito di riferimento per la 3DRag

Un grande rendezvous-point per makers della stampa 3D

La mia pagina personale su Thingiverse con i primi lavori eseguiti

Un CAD on-line per creare modelli digitali 3D

12 Comments

  1. delfino_curioso delfino_curioso 7 febbraio 2014
  2. alex272 7 febbraio 2014
  3. Piero Boccadoro 7 febbraio 2014
  4. alex272 7 febbraio 2014
  5. delfino_curioso delfino_curioso 7 febbraio 2014
  6. delfino_curioso delfino_curioso 7 febbraio 2014
  7. alex272 7 febbraio 2014
  8. Marven 9 febbraio 2014
  9. gfranco78 11 febbraio 2014
  10. Piero Boccadoro 11 febbraio 2014
  11. delfino_curioso delfino_curioso 11 febbraio 2014
  12. delfino_curioso delfino_curioso 11 febbraio 2014

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