person_outline
caeuenfrgldees

Parts d’una impressora 3d

Parts d’una impressora 3d

Les impressores 3d són màquines de precisió ja que han de reproduir fidelment l’objecte. Del seu coneixement mecànic, electrònic i de la seva cal·libració en depèn una impressió satisfactòria.

Anem a veure quines són les parts fonamentals d’aquestes màquines. Per això, ens centrarem en les impressores cartesianes de fabricació mitjançant filament fos.

El capçal d’una impressora 3d.

extrusor_impressora_3d

El capçal d’una impressora 3d està format, per l’extrusor, el hotend (extrem calent) i pel ventilador de capa. Les impressores modernes inclouen també un sensor d’ auto-anivellació.

L’extrusor s’encarrega d’introduir el filament des de la bobina cap al hotend. Està format per un motor pas a pas que en el seu eix incorpora un engranatge de tracció. Una politja de pressió fa que el filament premi a l’engranatge de tracció i es desplaci cap al hotend.

El hotend és l’encarregat de subministrar calor al filament plàstic, fins a portar-lo a un estat semi-líquid per tal que surti fluidament a l’exterior, quan el motor exerceix una tracció i fa que surti per l’orifici del nozzle.

Una resistència escalfarà el filament fins arribar a la temperatura d’impressió i un sensor de temperatura enviarà les lectures a la electrònica de la impressora 3d per a mantenir-la constant. Aquests dos components els trobem al bloc calefactor.

Finalment a l’extrem trobem el nozzle, en forma de punta i amb orifici a la seva part inferior per a permetre la sortida del filament. Hem de conèixer prèviament el diàmetre d’aquest orifici per introduir el seu valor al programa laminador.

El hotend pot arribar a temperatures de 240º C o superiors. Mai vulguis retirar filament fos amb els dits, utilitza sempre unes pinces llargues!!!

El llit o plataforma d’impressió

llit_impressio_3d

El llit o plataforma d’impressió és la superfície plana on es construeix l’objecte i ha d’estar sempre completament perpendicular al broquet per a permetre una correcta adherència de la primera capa de l’objecte. A la part inferior, hi trobarem tres cargols d’anivellament que ens permetran fer aquest ajustament anomenat cal·libració del llit.

El filament PLA permet imprimir amb base freda, mentre que amb l’ABS ens cal un llit calefactat a una temperatura d’entre 90 a 110ºC per tal de garantir l’adherència del material a la base. Els llits calefactats (Heatbed) estan compostos per una superfície amb una resistència i un termistor connectats a la placa controladora de la impressora 3d que els manté a la temperatura constant que hem assignat al programa laminador.

La plataforma d’impressió sol estar completament accessible, pel que cal extremar les mesures de seguretat per no patir danys per cremades. Les impressores 3d amb llit calent s’utilitzen per a impressió de materials molt tècnics i en cap cas són aconsellables si estan a l’abast dels infants.

L’estructura mecànica

Una impressora 3d cartesiana està formada per tres eixos ortogonals que permeten que el capçal es posicioni a qualsevol punt de l’espai d’impressió de la màquina. Les coordenades de cada punt s’expressen en valors X, Y, Z respecte al punt de referència anomenat origen. Pel que fa a l’orientació dels eixos:

L’eix de les X correspon al desplaçament d’esquerra a dreta.

L’Eix de les Y correspon al desplaçament de davant a darrera.

L’eix de les Z correspon al desplaçament vertical.

Mecànicament ens podem trobar amb dues configuracions:

El capçal es desplaça per l’eix de les X i verticalment per l’eix de les Z, mentre que el llit es desplaça al llarg de l’eix Y. Aquesta és la configuració més habitual en impressores tipus Prusa I3.

El capçal es desplaça pel pla format pels eixos XY i és la plataforma d’impressió que es desplaça verticalment pel eix Z. Un exemple es la Witbox 2 de bq.

L’estructura mecànica dels eixos X i Y Z solen estar formada per varetes llises d’acer inoxidable i rodaments lineals LM8UU, la tracció lineal als eixos X i Y es transmet dels motors pas a pas mitjançant corretges i politges dentades del tipus GT2, mentre que a l’eix Z, la tracció vertical ve donada per varetes roscades connectades directament al motors per acoblaments flexibles.

varilla_eixos_impressora_3d

Estructura Electrònica d’una impressora 3d

Una impressora 3d estarà formada bàsicament pels següents components electrònics:

Motors pas a pas

motor pas a pasEls motors pas a pas s’utilitzen en màquines on es necessita un control precís de desplaçament i velocitats. La seva principal característica és que per a cada impuls de corrent que rep, el seu eix es desplaça només un determinat número de graus.

Per entendre millor el concepte, veurem un exemple concret amb els motors utilitzats en les nostres impressores 3d, els NEMA 17 de 1,8 graus cada pas. Si tenim en compte que una volta sencera són 360º, aquest tipus de motor necessitarà 200 passos per a ser completada.

360/1,8=200

Driver del motor

És un petit xip que controla els passos dels motors pas a pas i permet dividir-los en micropassos, generalment 16 o 32. Ara ens podem fer una idea de la precisió d’aquestes màquines, el driver o controlador del motor fa que per a cada impuls electrònic que rep, l’eix del motor es desplaci només 1.8º/16= 0,1125 º en el primer cas i 1,8º /32= 0,05625 º en el segon cas.

driver motor impressora 3d

Termistor

El termistor és un sensor que varia la seva resistència elèctrica segons la temperatura.

 termistor

Resistències calefactores

Són components electrònics que s’oposen al pas de la corrent dissipant temperatura. Els cartutxos calefactors del hotend poden arribar a superar els 250ºC

resistencia calefactora

 

Finals de carrera

Són interruptors normalment situats a la part més negativa de cada eix que serveixen per a indicar on està situat l’origen de les coordenades d’impressió. En engegar la impressora 3d el capçal i el llit d’impressió es desplacen per tal de cercar el punt (0,0,0)

finals de carrera

Font l’alimentació

Proporciona l’energia necessària a tot el sistema electrònic. Les més comunes són les de corrent continua a 12 V, 100 W de potència si la impressora no porta llit calent i 400W en cas de portar-ne.

font alimentacio

Placa controladora

placa controladora

La placa controladora és el “cervell” de la impressora 3d i hi estan connectats els components electrònics que la composen; els motors pas a pas que intervenen en el moviment dels eixos i de l’extrusor, els interruptors de final de carrera que fixen l’origen de les coordenades, els termistors i resistències calefactores pel control del hotend i si és el cas, del llit calent. Addicionalment també permeten la connexió d’un sistema d’autolevel , d’un ventilador de capa així com d’un display i la targeta SD per a la impressió autònoma.

El seu principal component és el microprocessador que controla tots aquests components segons les ordres de l’arxiu gcode, com a resultat de laminar l’objecte que volem imprimir. El micro, per si sol, no sap interpretar-les; necessita un programa que li digui que ha de fer en cada una, és a dir, que estableixi la lògica de baix nivell que els components han d’executar. Aquest programa s’anomena firmware i, una vegada configurat segons les característiques tècniques de la nostra impressora 3d, el carreguem a la memòria del microprocessador. El firmware més utilitzat en electròniques d’impressores 3d és Marlin.

Al mercat hi ha diferents models de plaques electròniques per a impressores 3d. El sistema més popular és l’Arduino Mega 2560 juntament amb una placa de potència anomenada RAMPS. Altres models a destacar són la SAV MKI i la SmoothieBoard, una placa molt avançada d’altes prestacions equipada amb un microcontrolador de 32 bits.