Prusa I3 Hephestos

Montagem de Impressora 3D Prusa I3 Hephestos

Uma das coisas que queria adquirir, há já algum tempo, era uma impressora 3D. Mas tendo em conta os preços e a manutenção, quando avariam, decidi montar a minha própria impressora. Decidi montá-la pois o custo é mais baixo e, quando é necessário efetuar manutenção, sei exatamente que peça adquirir, onde a adquirir e como a substituir.

Após pesquisar os vários modelos existentes (entre os não proprietários) decidi montar uma Prusa i3 Hephestos. A Prusa i3 Hephestos é uma variante da Prusa i3 (uma das mais conhecidas impressoras 3D), mas em vez da extrusora ser adquirida em partes e montada, usa a extrusora da BQ ( extrusora ). Apesar de o restante material da impressora ser todo montado por mim, decidi que a extrusora, visto ser um componente crítico na impressora, deveria ser adquirida pronta. Eventualmente, quando tiver mais experiência na área, poderei substituir por uma outra extrusora adquirida em partes.

Uma das maiores comunidades de impressão 3D é a RepRap. A RepRap é uma iniciativa que tem como objetivo permitir  a impressão dos próprios componentes a baixo custo. Visto ser uma comunidade open-source, todos os projetos/tutoriais apresentados são lançados sob uma licença de software gratuita, a GNU. Poderão consultar mais sobre esta comunidade na Wikipedia ou na própria wiki da RepRap

Na wiki da Reprap existem vários tutoriais para montagem de impressoras 3D. Como decidi montar uma Prusa i3 Hephestos, segui um tutorial que a própria BQ criou ( tutorial ).

Como o tutorial está estruturado com fotos e explicações passo a passo, não vou explicá-lo aqui, apenas vou indicar pequenas anotações em alguns passos.

Material

A nível de material de construção elaborei uma lista do necessário. Nem sempre usei, exatamente, o pedido no tutorial. Algumas vezes adaptei outras soluções. Segue a lista de material.

Componentes

Descrição Quantidade Preço Fornecedor Obs:
Ramps 1.4 1 21.96€ Banggood
Fim de curso 3 4.68€ Banggood Vêm em pack de 4
Painel de Controlo LCD 1 8.31€ Banggood
Motor Nema 17 4 61.68€ Banggood
Transformador 220 AC 12 DC 100W 1 13.95€ Banggood
Ventilador de 50 x 50 mm 1 3€ Chiptec
Adaptador/conector Jack-Ramps 1 0.83€ Banggood
Elo da corrente transportadora de cabos Igus 52 16.64€ Igus
Extrusora Witbox 1 99.90€ BQ Já traz cablagem e o suporte
Rolamento axial de esferas B623ZZ 2 2€ Orballo Printing
Correia GT2 6mmx1m 2 5.27€ Banggood Trás 2 metros e as polias
Rolamento linear de bolas LM8UU 7 8.44€ Banggood
Mola 4 1.54€ Banggood Vêm em pack de 10
Vidro 220x220x3mm 1 1.5€ Vidreira local
Clip Preto (35x10mm 4 0.90€ Loja China Caixas de 6
Acoplamento flexível de alumínio de passo 5 mm 2 3.48€ Banggood

Notas:

Comparando esta lista com o tutorial podem verificar que faltam componentes e alguns vêm extra. No caso dos extras:

  • Só é pedido 1 metro de correia GT2 mas são necessários 2 metros.
  • Só são pedidos 4 rolamentos LM8UU mas são necessários 7.

Apesar de são serem pedidos na lista de material, nos passos de montagem são solicitados.

A estes preços é necessário acrescentar os portes de envio, quando existam, e ter sempre em salvaguarda que o equipamento adquirido na Banggood pode ser inspecionado na alfandega. Caso isto aconteça, deverão contar com um acréscimo de preço (taxas alfandegárias).

No caso do material em falta:

  • Os Stepstick Drivers A4988 vêm juntamente com o controlador Ramps 1.4
  • É necessário um Arduino Mega que não vem discriminado no tutorial. No meu caso este vem no pack do controlador Ramps, juntamente com os Stepstick
  • Os cabos dos motores Nema 17 e dos Fins de Curso que vêm são suficientes. Não é necessário nenhum cabo extra.
  • O cabo flexível de dois fios bicolor já tinha em casa. Mas é um cabo normal que se compra num eletricista.
  • A base de Metacrilato foi substituída por uma placa de MDF com as mesmas dimensões e 8mm de altura, visto não a encontrar á venda.

 

Prusa I3 Hephestos
Extrusora BQ Witbox

 

Prusa I3 Hephestos
Componentes Electrónicos

 

Prusa I3 Hephestos
Base e Transformador

Ferragens

 Parafusos  Necessários  Quantidade por embalagem  Preço
 M3x20  8  30  1.89€
 M6x40 (rosca até metade)  1  6  1.89€
 M3x10  33  30  3.98€
 M3x16  5  10  2.39€
 M3x25  7  25  1.89€
 M3x12  2  30  1.89€

Os parafusos M3x18 e M4x6 não estão referenciados pois, na altura da compra, estavam esgotados e na montagem acabei por substituí-los.

 Porcas  Necessárias  Quantidade por embalagem Preço 
 M6  3  30  1.89€
 M10  5  8  1.89€
 M10 Aba larga  4  4  1.69€
 M8  2  15  3.78€

As porcas M3 não vêm referenciadas pois vêm com os parafusos M3.

 Anilhas  Necessárias  Quantidade por embalagem  Preço
 M10  8  15  1.59€
 M10 Aba larga  4  14  2.29€
 M8  22  20  3.18€

 

 Varões  Necessários  Preço
 Varão Roscado M8  1  1.05€
 Varão Roscado M5  1  0.69€
 Varão Liso M8  3  6.57€
 Varão Roscado M10  1  1.19€

No caso dos varões, são vendidos em barras de 1 metro.
Todas as ferragens foram adquiridas numa loja Leroy Merlin.

Prusa I3 Hephestos
Ferragens e motores

Peças Impressas

As peças impressas foram descarregadas do Thingiverse ( link ) ( um repositório de peças de diversos tipos para impressão) e impressas em várias impressoras 3D. Esta é a parte onde é necessário conhecer alguém que tenha uma impressora ou então comprar as peças já impressas (por exemplo no OLX).

Prusa I3 Hephestos
Eixo do X

 

Prusa I3 Hephestos
Eixo do Z

 

Prusa I3 Hephestos
Eixo do Y e electrónica

Frame

A frame foi construída em MDF de 5mm. Foi descarregada daqui e cortada numa cortadora a laser. Poderão adquiri-la em alumínio na BQ ou em outras empresas mas com um preço mais elevado. A placa de MDF de 5 mm necessária rondou os 3€.
Nota: Neste momento a BQ já possui várias partes para aquisição, mas o preço é um pouco mais elevado do que sendo adaptadas por nós.

Prusa I3 Hephestos
Frame Prusa I3

Ferramentas

Além deste material foram necessárias várias ferramentas. Estas não estão incluídas no preço pois já tinham sido adquiridas para outros projetos.

Ferramenta necessárias

  • Ferro de soldar – para embutir as porcas e soldar alguns fios
  • Rebarbadora com disco de corte de ferro – para cortar os varões à medida
  • Lima de ferro – para criar nos veios dos motores Nema 17 uma superfície plana, para os parafusos “agarrarem” e para limarem algumas peças impressas de modo a encaixarem mais facilmente e não criarem atrito
  • Torno – para segurar os motores enquanto são limados. Aconselho um torno pesado para evitar movimentos.
  • Dremmel – caso tenham algum, pode usá-lo para limar as peças impressas.
  • Chaves de fendas, Phillips e Allen (2mm e 2.5mm) – para os diversos parafusos.
  • Multímetro – para calibrar os Stepstick

Firmware

Após montar os componentes e ligar a eletrónica é necessário carregar o firmware para o Arduíno. A Prusa i3 Hephestos usa uma variante do firmware Marlin ( link ), o Marlin Hephestos ( link para descarregar ).

Este firmware é carregado para o Arduíno Mega através do Arduíno IDE. Ao ser aberto o ficheiro .ino que vem no firmware, este vai abrir todos os ficheiros necessários. Um desses ficheiros, que vai ser usado para personalizar a configuração é o “configuration.h”. Neste ficheiro vamos alterar os seguintes parâmetros:

Parâmetros opcionais. Permite identificar quem efetuou a configuração e quando.

#define STRING_VERSION_CONFIG_H
#define STRING_CONFIG_H_AUTHOR

Definição da velocidade de comunicação do Arduíno ao computador.

// This determines the communication speed of the printer
#define BAUDRATE

Definição do modelo da controladora usada. O 33 corresponde a uma controladora Ramps 1.4 com uma extrusora, ventoinha e cama quente.

//// The following define selects which electronics board you have. Please choose the one that matches your setup
#define MOTHERBOARD 33

Definição do modelo de termistor usado na extrusora. No caso da extrusora hephestos da bq o modelo é o 1 (100k thermistor)

//// Temperature sensor settings:
#define TEMP_SENSOR_0 1

Definição do “home” da mesa. No caso da Prusa i3 hephestos o “home” é nas posições minimas do X, Y e Z. (canto frontal esquerdo da mesa, com a extrusora encostada a esta)

// Sets direction of endstops when homing; 1=MAX, -1=MIN
#define X_HOME_DIR -1
#define Y_HOME_DIR -1
#define Z_HOME_DIR -1

Definição do tamanho da mesa em mm

// Travel limits after homing
#define X_MAX_POS 215
#define X_MIN_POS 0
#define Y_MAX_POS 185
#define Y_MIN_POS 0
#define Z_MAX_POS 180
#define Z_MIN_POS 0

Estes parâmetros são extremamente importantes. Indicam ao Arduíno qual é a distância que corresponde a uma volta do eixo de cada motor. Os valores correspondem, respetivamente, ao eixo do X, eixo do Y, eixo do Z e extrusora.

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {80, 80, 4000,100.47095761381482}  // default steps per unit for Ultimaker

Os parâmetros para a Prusa i3 Hephestos são os seguintes:

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {80,80,4000,100}  // default steps per unit for prusa i3 rework 

Estes valores são calculados da seguinte forma:

Extrusora

Marcamos uma escala no filamento de 5 em 5 mm até ao 10 cm.

Com o printrun efetuamos uma extrusão de 5 cm de filamento. Após a extrusão ser efetuada, medimos na escala marcada quanto filamento foi realmente usado. Se tiver sido usado 5 cm, a extrusora encontra-se calibrada. Caso contrário calculamos o novo valor pela seguinte fórmula:

novo_valor = valor antigo * (100 / quantidade_usada_em_mm)

Substituímos o valor no parâmetro da extrusora, carregamos novamente o firmware para o Arduíno e repetimos o processo.

Este processo é repetido até a quantidade que indicarmos ser igual à quantidade usada.

Eixos

Os parâmetros dos eixos são calculados através da calculadora que Josef Prusa criou (calculadora).

Na secção Stepper Motors definimos os seguintes parâmetros para este caso:

  • Motor step Angle – 1.8º – Informação nas especificações do motor
  • Driver microstepping – 1/16 uStep (mostly Pololu) – informação dos Stepstick Drivers A498
  • Belt pitch – 2 –
  • Belt presets – 2mm Pitch (GT2 mainly) – Tipo de correia.
  • Pulley tooth count – 20 – número de dentes do GT2

Como os motores e as correias são todos iguais, o valor definido aplica-se tanto ao eixo do X como do Y. Neste caso o valor resultante é 80.

Nivelamento da mesa

Um processo que é necessário efetuar antes da primeira impressão, e de tempos a tempos, é a nivelação da mesa. Esta nivelação consiste em regular a altura do vidro em relação à extrusora. Caso a extrusora não se encontre à mesma distância do vidro em qualquer ponto deste, a impressão fica comprometida. Caso esteja afastada, o filamento não adere ao vidro e, caso esteja muito próxima, o filamento fica esmagado entre a extrusora e o vidro.

Este processo é efetuado da seguinte forma:

Nas opções que surgem no LCD da impressora, existe uma chamada “Control”. Dentro desta existe uma outra chamada “Level Plate“. Esta opção movimenta a extrusora para cada um dos cantos do vidro. Em cada um dos cantos é necessário efetuar o seguinte processo:

É colocada uma folha de papel entre a extrusora e o vidro e é regulada a altura deste através dos parafusos que o fixam. É necessário apertar/desapertar cada parafuso até ser possível retirar a folha que está entre o vidro e a extrusora, mas de modo a que esta ainda crie resistência. Se não for possível retirar a folha que está entre a extrusora e o vidro significa que estes estão muito próximos e é necessário apertar o parafuso. Caso esta saia facilmente, é necessário desapertar o parafuso, pois estão muito afastados.

Este processo é repetido para cada um dos quatro cantos. A impressora inicia no processo no canto frontal esquerdo e segue em direção anti-horária.

Melhoramentos

Estabilidade

Após ter montado e configurado tudo, apercebi-me que a frame não era suficientemente robusta para aguentar a bobine de filamento (esta pesa 1kg). Quando a colocava no lugar, a frame dobrava o suficiente para afastar a extrusora do vidro.

Felizmente, não fui o primeiro a registar este problema. No Thingiverse, o utilizador voodoopt resolveu esta questão adicionando uma barra de suporte à frame (link Thingiverse). Além das peças impressas, usadas para fixar as ferragens, foram necessários 2 metros de varão roscado de 8mm, anilhas e porcas M8 (tinham sobrado parafusos M3, por isso não foi necessário adquirir). Após esta atualização, a impressora ficou extremamente estável.

Cama quente

Uma das questões que surgem nas impressões 3D é a aderência da primeira camada. Caso esta camada não adira bem compromete toda a impressão, pois a peça irá soltar-se no meio do processo. Uma das formas para fixar a primeira camada é usar cola bastão em toda a superfície do vidro. A cola irá criar atrito e fazer com que a camada adira (usei este processo enquanto a cama quente não chegava)

Uma segunda solução é usar uma cama quente. A cama quente, além de facilitar o processo de aderência da primeira camada, vai evitar que, no caso de peças maiores, os cantos destas levantem. A cama quente vai manter a superfície do vidro a uma temperatura alta (60º no caso do PLA), o que impede que o PLA solidifique completamente.

Montagem

Para montar a cama quente, é necessário desmontar o vidro e a base deste. A cama quente que adquiri veio da BQ ( link ) pois ficava mais em conta de que adquirir os componentes em separado. Este kit trazia a cama, o termístor para detetar a temperatura, parafusos, molas e cabos.

O processo de montagem desta é igual ao processo de montagem da base do vidro. Ao nível da cablagem, o kit traz 2 pares de cabos. Um mais grosso faz a ligação da cama ao Ramps, o outro liga o termístor ao Ramps.

Ambos os cabos necessitam de ser soldados à cama quente e ao termístor, respetivamente. Nestes casos a polaridade é irrelevante.

Após serem soldados é necessário ligá-los ao Ramps e reconfigurar o firmware de modo a este saber que existe uma cama quente.

O termístor liga no conector T1 que se encontra ao lado do termístor da extrusora. A cama quente liga-se ao conector D8 que se encontra ao lado da alimentação.

Além do kit da cama quente é necessário adquirir uma nova fonte de alimentação, pois a indicada no tutorial não é suficiente (apenas tem 10 Amperes). É necessária uma fonte de alimentação que consiga fornecer, pelo menos, 16 Amperes. 11 Amperes para alimentar a cama quente e 5 Amperes para os restantes componentes. Estas fontes podem ser adquiridas na Banggood. No meu caso, como tinha uma fonte de alimentação de um pc, e esta tinha capacidade para fornecer até 30 Amperes na linha de 12 volts, foi aproveitada. No fim da montagem da cama quente é novamente necessário proceder ao nivelamento da mesa.

Configuração

A nível de firmware apenas é necessário alterar os seguintes parâmetros:

#define TEMP_SENSOR_BED 1

Definição do modelo de termístor usado na cama quente. No caso da cama quente da BQ o modelo é o 1 (100k thermistor)

Prusa I3 Hephestos
Prusa I3 Hephestos

Conclusão

Após todos estes passos temos uma impressora 3D funcional. Existem sempre alguns aspetos que terão de ser afinados mas é uma situação caso-a-caso. Poderão consultar mais informação sobre as impressoras em vários sites existentes na internet. Aqui ficam alguns:

http://reprap.org/wiki/RepRap_Machines

http://www.3ders.org/3d-printing-basics.html

Alguns passos da montagem

Um pensamento sobre “Montagem de Impressora 3D Prusa I3 Hephestos

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