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I motori Stepper per la Prusa i3

Post introduttivo e indice.

Parametri per la scelta dei motori Stepper

I motori usati in genere nelle stampanti 3D sono degli stepper NEMA 17.

Nema 17 è la categoria che indica la dimensione del lato della flangia quadrata del motore ma non la lunghezza complessiva del motore che può variare in funzione della potenza.

Per questo modello la flangia quadrata ha un lato di 1,7 pollici (43,18mm).

Non è una dimensione tassativa ma è comunque una dimensione massima per questa categoria di motori.

Quindi prima di acquistare va prestata una certa attenzione anche ai parametri funzionali oltre che alla categoria dei motori atrimenti si rischia di acquistare un motore NEMA 17 con coppia all’asse da 1Kg/cm piuttosto che uno da 5Kg/cm.

Un parametro importante nella scelta del motore è appunto la coppia all’asse.

In una stampante tipo Mendel Prusa fatta in casa con area di stampa attorno a 200mm nei tre assi, anche se fatta con la massima accuratezza, ci sono in gioco attriti maggiori rispetto ad una stampante fatta con procedimento industriale. Di conseguenza la scelta di un motore con un buon valore di coppia è d’obbligo.

Oltre alle caratteristiche standard di tutti i motori passo passo Nema17 come lo step angle di 1.8° le caratteristiche più importanti sono queste:

Holding torque 55N/m
Detent torque 200N/m
Rotor torque 68N/m
Rated current 1.5A.
Attenzione a quest’ultima caratteristica in quanto lo stepper motor controller Pololu A4899 eroga fino ad un massimo di 2A e quanto più l’assorbimento del motore si avvicina a 2A maggiore sarà il riscaldamento dei controller e superare questo valore li può danneggiare.

I motori passo passo di Lulzbot.com hanno le seguenti caratteristiche:
Fasi:                      2
Step Angle:        1.8° +/- 5% 200 step per giro.
Voltaggio:           2.8Vdc
Corrente:            1,5 A
Holding Torque: 55N/cm   5.6Kg/cm
Detent Torque: 200N/cm   20.3Kg/cm
Dimensioni 42.3 x 42.3 x 47mm

Il PN ordinato è il SY42STH47-1504A vedi specifica pdf
SY42STH47-1504A_060047067

A cose fatte posso anticipare che questi motori funzionano veramente bene, sono precisi nel posizionamento e non ho mai avuto problemi di perdita di steps. Inoltre posso aggiungere che grazie al basso assorbimento di corrente, dopo stampe di qualche ora i motori X e Y che lavorano più di tutti non superano i 40-45 gradi ed i controller non scaldano molto.

Aggiungo inoltre che questi motori hanno anche l’asse fresato per un migliore serraggio delle pulegge.

Post successivo: Assemblaggio Asse X

Post introduttivo e indice.

3D Printer Prusa i3 Struttura meccanica

Post introduttivo e indice.

 

Assemblaggio struttura meccanica
Per questa fase servono 4 barre filettate M10 L= 210mm  e 2 barre filettate M10 L= 380
35 dadi M10
40 rondelle foro da 10mm e 4 rondelle foro da 10mm ma di diametro 20mm

3 viti M3x12
1 Bullone o vite M4x20 più dado M4
1 Bullone o vite M8x30 più dado M8
2 rondelle foro da 8
Fin quì si trova tutto da un buon ferramenta.

1 cuscinetto a sfere tipo 608
4 cuscinetti lineari tipo LM8UU
GT2 Belt  circa 2 metri (se avanza non è un grosso problema)
2 barre lisce (guide di precisione) diametro 8mm Lunghezza 360mm
2 Pulegge GT2  da 16 denti per motore X e Y
Queste parti (comprese anche le  guide di precisione per l’asse X e Z  cuscinetti a sfere e le pulegge GT2 si possono trovare presso rivenditori specializzati di cuscinetti a sfere tipo “casa del cuscinetto” oppure su ebay a prezzi più interessanti.
Io ho comperato presso un rivenditore italiano di Piove di sacco (PD) su ebay
http://www.ebay.it/usr/compass_dhm_projects?_trksid=p2047675.l2559

Rivenditore serio con il quale è possibile accordarsi per le misure desiderate.
Spedisce dall’Italia a costi a mio parere onesti.

Acquisto delle barre filettate M10 e relativi dadi e rondelle per la struttura dell’asse Y.
Le ho tagliate a misura ed assemblate parzialmente.

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Ho fatto tagliare delle assi di truciolare di spessore 23mm recuperate da avanzi di mobili per realizzare il frame. Questo modello lo faccio con il truciolare, rivestito e stabilizzato. Non dovrebbe nel tempo avere deformazioni importanti. Ho fatto tagliare anche una base sempre dello stesso truciolare sulla quale saranno fissati i vari pezzi del frame e la struttura della stampante. Il tutto è tenuto assieme da viti per legno e colla vinilica. Questa soluzione mi sembra più stabile rispetto alla versione originale con frame in alluminio o in alcuni casi in plexiglass.

La struttura assemblata è questa.

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Riassumendo, tutte parti della struttura sono in truciolare (meglio se nobilitato o medium density) da 23mm eccetto il piano che ha spessore 15mm:
Nr.1 Base 380x380x15mm
Nr.2 Montanti verticali laterali  370 x 100mm
Nr.2 Montanti verticali frontali 370 x 55mm
Nr.1 Asse orizzontale superiore 370 x 123mm
Nr.1 Tramezzo inferiore 259 x 40mm da forare ed asolare in base alle quote per potervi inserire la struttura metallica dell’asse Y

Quì sotto il link al disegno quotato della struttura.

FRAME in LEGNO

ASSEMBLAGGIO STRUTTURA METALLICA ASSE Y

Per assemblare la struttura metallica dell’asse Y servono le seguenti parti in plastica stampate in ABS con la 3D printer Makerbot Replicator messami gentilmente a disposizione dal SciFabLab.

4x Y Corner Y Corner

1x Y Idler Y Idler

1x Y Motor Y Motor

I file stl di queste parti plastiche sono scaricabili qui: parti plastiche asse Y

oppure su  http://www.thingiverse.com/thing:119616

Le impostazioni utilizzate per la generazione del gcode sono le seguenti:
Filamento in ABS 1.75mm
Infill 80%
Temperatura Extruder 230°C
Piatto riscadato a 115°c

In alcuni casi ho usato l’opzione RAFT per una migliore aderenza delle parti al piatto riscaldato.

Stampare presso il fablab di Trieste le parti della mia stampante mi ha permesso di iniziare a familiarizzare con il SW necessario per creare il Gcode che per le printer della serie Makerbot è un X-Gcode, parente stretto del Gcode generato da slic3r o Cura, due SW di slicing maggiormente usati per le stampanti RepRap Prusa …come la mia.

1) Assemblare l’ Y idler con il cuscinetto come indicato in figura.
Verificare che il cuscinetto a sfere ruoti liberamente dopo aver stretto i dadi.

Y idler assy

2) Assemblare la parte anteriore della struttura Y come in figura:
Y front assy
La posizione dell’ Y idler sulla barra filettata è dettata dalla posizione dello stepper motor nella parte posteriore della struttura e dal Y belt holder posizionato sotto il carrello del piatto di stampa (vedi post successivo) Prusa i3 Struttura Letto di stampa

3) Assemblare la parte posteriore della struttura Y  fissando il motore all’Y motor con le 3 viti M3x12mm

Y rear assy
La posizione dell’ Y motor (il supporto motore) è comunque basata sul motore scelto che può avere una profondità diversa a seconda della marca e della potenza e regolata definitivamente dopo il posizionamento del carrello di stampa dell’asse Y.
Garantire comunque 1-2cm circa di spazio sul retro del motore in modo da poter prevedere un dissipatore ed un piccolo ventilatore in caso le temperature di esercizio risultino troppo alte.

4) Stringere i dadi delle due strutture (anteriore e posteriore) verificando che tra il bordo esterno dell’ Y Corner destro e il bordo esterno dell’ Y Corner sinistro vi siano 186mm.Y front-rear

Unire le due strutture anteriore e posteriore con le due barre filettate da 380mm sempre diametro 10mm ma non stringere ancora i dadi.  Questo lo faremo dopo aver inserito le barre lisce.
Contemporaneamente all’inserimento delle barre filettate da 380mm per unire la parte frontale con quella posteriore, si assemblano anche le due barre lisce da 360mm diametro 8mm inserendole negli appositi scavi nella parte superiore dei 4 corner. Le barre lisce stanno già ferme così, però è meglio bloccarle con una fascetta facendola passare nell’apposito foro.
IMG_1086a
Questo ovviamente va fatto solo dopo aver inserito i quattro cuscinetti LM8UU nelle barre rettificate.

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Per inserire i cuscinetti LM8UU usare del grasso per lubrificarli adeguatamente altrimenti si rischia di rigare le barre.

Post successivo: Prusa i3 Struttura del Letto di Stampa

Post introduttivo e indice.

Prusa i3

COSTRUZIONE DI UNA STAMPANTE 3D

La presente relazione ha lo scopo di documentare cronologicamente la costruzione di una stampante 3D utilizzando come linee guida le informazioni trovate dai vari siti della REPRAP community in rete.

Il mio profilo tecnico si basa su una formazione di base in Elettrotecnica (Perito elettrotecnico) e sulla conoscenza e la sperimentazione elettronica acquisiti nel mio percorso professionale sempre a diretto contatto con l’elettronica ed hobbistico unita all’attitudine ad affrontare “l’ignoto” maturata credo sempre professionalmente quando lavorai alla Digital Equipment Corporation nel ramo assistenza tecnica ai terminali ed ai computer medio grandi degli anni 90.

Il progetto si ispira fondamentalmente al modello REPRAP PRUSA i3 ed in particolare segue la guida base del progetto PRUSA i3 REWORK che mi sembra la più dettagliata. In corso d’opera poi sono state fatte delle variazioni dettate dalle necessità del momento e dalla disponibilità di materiali a più basso costo.

Lo scopo principale del progetto è realizzare la stampante con la minima spesa e riciclando il più possibile materiali già in mio possesso.

NON E’ STATO USATO ALCUN KIT PRE CONFEZIONATO per la costruzione della stampante in quanto generalmente troppo costoso e perché preferivo affrontare una costruzione partendo da zero e costruirmi strada facendo anche l’esperienza che in questo campo mi mancava anche a costo di errori.
Tutte le parti sono state costruite, recuperate e comperate separatamente presso vari siti dedicati al commercio di parti per le stampanti 3D su internet e citati caso per caso nella relazione.
Un particolare ringraziamento va al SciFabLab dell’ICTP di Trieste che mi ha appoggiato consigliandomi inizialmente da quale progetto partire dato che nella comunità REPRAP sono disponibili numerosissimi progetti e relative evoluzioni tali da far perdere la testa e scoraggiare chiunque che come me inizi un approccio alla costruzione di un modello di stampante.

Il problema iniziale infatti è stato proprio questo….QUALE STAMPANTE COSTRUIRE.
Grazie al SciFabLab dell’ICTP di Trieste e il suo valido coordinatore Carlo Fonda, ho potuto utilizzare le stampanti 3D MAKERBOT del centro per realizzare le parti plastiche in ABS della mia stampante.

Inizialmente mi ero focalizzato sul modello PRUSA i2 poi però mi è stato consigliato di passare al modello PRUSA i3 in quanto più recente e meccanicamente più stabile.

SPECIFICHE DI MASSIMA DELLA STAMPANTE

– DATI TECNICI

Dimensioni di stampa XYZ: 200x 200 x 200 mm (assi XYZ)
Max temperatura di stampa: 400°C
Materiali di stampa: ABS/PLA/NYLON/altro (filamento da 1,75 mm)
Alimentazione:    220V AC   Alimentatore ATX 12V 500W
Tecnologia: stratificazione di filamento fuso di PLA, ABS o nuovi materiali sperimentali.
Struttura: Telaio in truciolare spessore 23mm ,barre filettate in acciaio con parti plastiche guide rettificate di 8 mm
Carrello X in plastica con manicotti a ricircolo di sfere con guide paraolio LM8UU
Carrello Y: Piano di base in alluminio da 5mm con manicotti a ricircolo di sfere con guide paraolio LM8UU
Hot end: Hot-end tipo Metal Jhead con ventola di raffreddamento a velocità controllata con ugello da 0,40 e 0,20 mm intercambiabili. Termistore NTC in vetro da 100K con profilo termico personalizzato.
Heatbed: Versione ALPHA senza heatbed       Versione BETA   heatbed su Pcb Tipo MK2a
Movimento: 4 motori stepper NEMA 17 + 1 motore stepper NEMA 17  per estrusore.
Controller:  Ramps 1.4 con A4988 stepper driver
Display LCD: con lettore secure digital per stampa in remoto senza pc
Comunicazione: USB to Serial su board Arduino MEGA2560
Velocità di stampa tipica: 60-80-100 mm/sec
Velocità di stampa massima: up to 200 mm/sec (in funzione dell’oggetto da stampare e del diametro dell’ugello)
Risoluzione nominale in Z: 0.1 mm
Larghezza: 380 mm
Profondità: 380mm + x per ingombro effettivo PS e cablaggio elettronica
Altezza: 370mm + x per ingombro rotolo filamento

Segue l’elenco dei post pubblicati.

Elenco dei Post:

Prusa i3 elenco dei materiali da acquistare.

Prusa i3 Struttura meccanica

Prusa i3 Struttura Letto di stampa

I motori Stepper per la Prusa i3

Assemblaggio Asse X

Assemblaggio Asse Z

Assemblaggio Meccanico Finale

Assemblaggio Estrusore

L’alimentatore

L’elettronica

Il Firmware e le sue impostazioni di base

Calibrazione

Prusa i3 UPGRADE

Prusa i3 Hephestos UPGRADE

From Bottle Caps to 3D-Printing: An open guide

By: J. A. Montoya

 

To the public it is a little known fact that different types of plastic can differ widely on the process that is required in order to recycle them. One common example is plastic bottles, where the bottles and their caps are made of PET and HDPE respectively (frequently Polypropylene is also used as a cap material). At the recycling facility bottles and caps need to be separated because their recycling process is different and this, at a large scale, implies high labor costs and possible waste of some of the material, depending on the separation method that is being used. In general, leaving the caps on the bottles is a better option than throwing them to the dumpster, however, it is important to remember that not every recycling facility around the world is guaranteed to be able to process different types of plastic. A better solution would be to leave the recycling of the transparent part of the bottles (the PET) to a specialized company and make sure that their plastic caps do not end up in a landfill by doing something useful with them at home.

Before going forward, we need to mention that we intend to use the recycled plastic as filament (raw material) for low-cost 3D-printing. The first source of abundant and cheap plastic that always comes to people’s minds is the bottle itself, which is made of PET (recycling code 1) . However, in order to feed this or any other plastic into a 3D-printer, we need first to make plastic filament of a constant diameter. In order to achieve this, PET needs to be heated up to a temperature that renders it soft (not liquid) so that it can be extruded by applying pressure through a hole with a size that will determine the diameter of the filament. The problem that one finds is that in the process of applying heat to PET it crystallizes and becomes brittle. To avoid this crystallization one would have to be very precise in controlling the temperature and the heating/cooling rates of the entire process, in order to keep PET in an amorphous form. The technical challenges inherent to this process make PET less suitable for a DIY project, like the one that we are trying to present here.

While Polypropylene (recycling code 5) is a very popular material to make bottle caps in many countries, in Italy, where we are located, most companies seem to prefer HDPE (recycling code 2) as a material for their plastic bottle-caps. We collected plastic caps in a nearby cafeteria and separated them by their material and color; this is where we noticed the Italian’s preference towards HDPE, since it made approximately 2/3 of the total of collected caps.

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We started the process by shredding the pink-colored HDPE caps. This can be accomplished with some robust kitchen equipment or with specialized hardware.

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The resulting material needed to be dried before it goes into the filament extruder.

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Then the filament extruder temperature was set to 132 C, and the feeding of the plastic could start. Each plastic cap will produce between 80 and 100 cm of filament at diameters around 1.75 mm.

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Keep in mind that the filament comes out of the extruder very hot and it is very irregular at first; you should make sure that the weight of the filament that is hanging, as well as the extruding temperature, feeding rate, pressure, etc., remain constant, so that the diameter of the filament reaches some uniformity. If you are doing this for the first time don’t feed the resulting filament into a Makerbot, or into some high-end 3D-printer, it will get clogged and your warranty won’t cover it, try to get some practice first and measure the diameter at several points, to make sure that it is constant and has the desired thickness.

We repeated the same procedure with some blue HDPE caps and got a much nicer filament out of them, after all this was our second attempt :-)

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Now it comes the printing part. HDPE experienced a big contraction when it cooled after being extruded by the 3D-printer nozzle. We were not able to get it to stick for more than a few seconds to a clean and smooth hot surface, even after heating our printing bed up to 110 C, which exceeded the maximum bed-temperature in our Solidoodle 3D-printer. We then decided to prepare a mixture of ABS plastic with acetone and cover (paint) the plate with it.

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After this procedure the recycled plastic stuck nicely to the blue ABS layer, shown in the picture above.

The main challenge now was that the temperature that is required to guarantee a good flow of HDPE out of the printing nozzle seems to be 220 C or higher. The printer that we were using turned itself off at temperatures above 210 C, as a safety measure. The pink HDPE would stop flowing through the nozzle after just a few minutes because 210 C seemed to be very low for this type of plastic. The blue HDPE filament instead was a bit more amenable to flow at 210 C, but the stress that the extrusion gear was applying on it was too high and eventually surpassed its mechanical limit of stability, causing the filament to bend, which in turn caused it to stop going into the printer’s hot-end and nozzle.

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So far, the final result is not what you would expect from a high-quality filament, but there is still a lot of room for improvement in both extrusion processes, i.e., when producing filament and when printing with it. Have you also experimented with HDPE? Do you have experience with Polypropylene or other plastics not discussed in this post?  Let us know.

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Team:
• Carlo Fonda
Javier A. Montoya

 

We thank S. Faeta, M. Trivella, N. Bonaventure, and Tamara, for their collaboration during this project. For materials and equipment we received support from the ICTP’s Fabrication Laboratory, which is part of the Science Dissemination Unit (SDU) at ICTP.

Nov-2014

Premiazione di Cromopolis

Il 19 settembre alle 19 presso lo studio Tommaseo in via del Monte 2/1 a Trieste è avvenuta la premiazione del progetto Cromopolis, vincitore del premio Gillo Dorfles al concorso di design 2014 di Trieste Contemporanea. Per maggiori informazioni: link.

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Ricerca del centro iniziale di rotazione del ginocchio.

lo scopo di tale progetto è quello di ricercare il centro di iniziale rotazione del ginocchio, punto anatomico di riferimento nella flesso-estensione di tale articolazione che fisiologicamente presenta un moto associato di roto-traslazione.

La curiosità di approfondire tale argomento, è nata da quanto scritto da Insall (il padre delle protesi del ginocchio) che aveva messo in luce la “scarsa significatività degli studi sulla cinematica del ginocchio basati su una localizzazione anatomica del centro di istantanea rotazione”.

La prima fase del progetto ha l’obiettivo di creare tramite stampa 3D di basso costo a tecnologia FDM un modello didattico che riproduca il movimento fisiologico rototraslatorio tra un capo articolare femorale ed un capo articolare tibiale. Gli attuali modelli, infatti, quelli ad esempio riproposti sugli scheletri che troviamo nelle aule di anatomia, semplificano tutta la meccanica flesso-estensioria con un semplice perno che determina un puro moto rotatorio. Ciò fa sì che mentre sui libri vengono riportate descrizioni particolarmente accurate sulla fisiologia di questo moto articolare, nella pratica lo studente non ne può assolutamente apprezzare gli effetti.

ModelloGinocchioAnteriore   ModelloGinocchioParticolarePosteriore

Dalle foto sopra riportate è possibile notare il tipo di movimentazione a “cerniera” che normalmente viene utilizzata per l’articolazione del ginocchio.

 Nello specifico, il moto roto-traslatorio prevede che i condili femorali per i primi 25-30° di flessione (della coscia sulla gamba), rotolano sui piatti tibiali; successivamente, dai 30° in poi, al moto di rotazione si associa una traslazione che diventa sempre più importante con l’aumentare della flessione (fai clik sull’immagine per attivare l’animazione).

KTJ-RotoTraslatorio

Math Exhibition using Low-cost 3D Printers: 3D model conversion tools

To print the mathematical shapes of the project “Math Exhibition”, I’ve selected the Ultimaker printers that are available, amongst others, in the SciFabLab.

There are two of the “original” model, one with a dual extruder.

After months of use, my overall assessment is positive: they are good machines, fast and accurate, despite some minor defect.

For these printers I’ve used the Cura program to “compile” the 3D model and transform it into a set of G-code instructions to send to the printer.

Actually, the Cura command “Load Model File” enables the loading of 3D models in these formats: STL, or OBJ, DAE, AMF, etc.

The first problem that has occurred in Project “Math Exhibition” was the fact that some of the 3D models were provided in X3D format, that “Cura” is not currently able to import.

Before performing other steps, it was necessary to convert the X3D files in STL format.
For this operation I have tested the use of two tools:

  1. Meshlab (open-source, developed by the ISTICNR research center, http://meshlab.sourceforge.net/)

  2. Netfabb (http://www.netfabb.com/)

Format conversion with Meshlab

Select: File – Import mesh

Select the x3d file. (for example: distel_200mm_full.x3d).

note_file_x3d_html_4262a6ca

note_file_x3d_html_6b5ce92c

To export in new file format: File – Esport as:

note_file_x3d_html_454f063f

Format conversion with Netfabb

Select: Project – New Project

Project – Add part

Select the x3d file. (for example: distel_200mm_full.x3d).

note_file_x3d_html_4262a6ca

note_file_x3d_html_240fb09e

To export in new file format: Part – Esport part – as STL (Ascii)

note_file_x3d_html_2b039bbe

Marco Rainone

Servizio TGR FVG sull’inaugurazione dello SciFabLab ICTP

Con un po’ di ritardo (il servizio è andato in onda lunedì 18 agosto, l’inaugurazione è avvenuta martedì 12 agosto) pubblichiamo la registrazione di questo servizio, trasmesso durante l’edizione delle 14:00 del Telegiornale Regionale (purtroppo l’edizione delle 19:40, nella quale si è potuto vedere un montaggio differente di immagini ed interviste, non è stata resa disponibile integralmente negli archivi web della RAI).