Patear los neumáticos antes de comprar: impresoras 3D

Así que está buscando comprar su primera impresora 3D y su dedo índice está temblando sobre esa impresora de 300 dólares estadounidenses en Amazon.com. ¡Detener! Estás a punto de pasar un mal momento. La impresión 3D ha recorrido un largo camino, pero la mayoría de las impresoras 3D están diseñadas a través de brujería, leyendas y cuentos chinos en lugar de un proceso de ingeniería riguroso. Diría que la mayoría de los diseños de impresoras 3D son simplemente malos o están diseñados por un equipo de ingenieros chinos que aplican todo su ingenio para reducir costos. Hay algunos que están bien diseñados y tienen un precio comparativamente más alto adjunto.

Comenzaré repasando algunos de los mitos y leyendas que aparecen en las impresoras 3D. Después de eso, repasaré algunas de las características comunes, en su mayoría trucos, que normalmente dificultan la capacidad de su impresora, en lugar de agregar una función útil. A continuación, pasaré a las cosas que realmente mejorarán su impresora. Finalmente, agregaré una consideración especial si es un principiante que compra su primera impresora.

La mayoría de las impresoras tienen diseños mecánicamente muy débiles. Nunca podrá lanzar un husillo en el 99,9% de las impresoras 3D y obtener una máquina CNC. Las impresoras 3D generalmente no están diseñadas para soportar cargas, no están diseñadas para manejar el polvo, no están diseñadas para la alineación o cualquier otra cosa necesaria para una máquina CNC. Los impresores se salen con la suya con una enorme cantidad de pecado mecánico debido a dos cosas. Uno, apenas hay carga en una impresora 3D. Dos, la fabricación aditiva no necesita nada más que un control de posición mejor que nada para funcionar. Lo que quiero decir es que la mayoría de las impresoras son terribles y funcionarán de todos modos.

Los casquillos funcionarán bien. En realidad. Un buje autolubricante en una varilla endurecida de precisión funcionará muy bien para una impresora 3D. Será igual de preciso, igual de suave, tendrá menos mantenimiento y no causará problemas en comparación con un rodamiento adecuado. Los rodamientos LM8EUU que se usan en la mayoría de las impresoras 3D generalmente se fabrican con tolerancias tan terribles que podrían hacer que su impresora sea menos precisa.

La mayoría de las veces, nada de esto importa de todos modos. Porque es probable que su buje o cojinete sea empujado hacia una pieza endeble de plástico impreso en 3D; lo que anulará instantáneamente cualquier ventaja de precisión de cualquiera de las soluciones. Si una impresora anuncia cojinetes lineales o bujes que se colocan en una pieza de acero o aluminio, puede obtener una ventaja de precisión y rigidez sobre otra elección de impresora. De lo contrario, es poco probable.

Otra cosa que no va a hacer ningún bien es un rodamiento de patines 608 normal montado contra una extrusión. Estos rodamientos tienen que estar precargados para proporcionar cualquier precisión. Están diseñados para compensar algunas desalineaciones axiales. Para deshacerse de esta desalineación axial, debe precargar el rodamiento con un resorte o perno, presionando la pista interior contra la bola y, a su vez, la pista exterior. Ambos deben estar firmemente sujetos. Si esto no sucede, lo cual ocurre en el 90 % de los diseños de impresoras 3D y CNC que utilizan este método, se enfrentará al menos a alguna desalineación. El beneficio percibido de estos rodamientos simplemente no tendrá el efecto deseado en la precisión de su movimiento.

En conclusión, el tipo de rodamientos en la mayoría de las impresoras no hará mucha diferencia a menos que estén debidamente sujetos, cargados y alineados; que es caro de hacer.

Un motor paso a paso NEMA 17 probablemente sea excesivo para una impresora 3D. Resulta que son el tamaño más barato y más fácilmente disponible. La mayoría de las impresoras 3D que tienen problemas para imprimir con un motor más pequeño y débil están mal diseñadas y necesitan potencia adicional. No veo muchos fabricantes de impresoras que anuncien motores más pequeños, pero algunos han tratado de hacer pasar los más grandes como una actualización, lo cual es dudoso.

Las correas dentadas GT2, o incluso la cadena de baja elasticidad, son suficientes para su impresora si desea mantener el costo bajo. Incluso si tiene tornillos de avance Acme rectificados con precisión con una tuerca de avance correctamente ajustada y precargada, aún no obtendrá ninguna ventaja a menos que los sujete correctamente, lo cual es costoso de hacer.

Eso no quiere decir que si tuviera un husillo de bolas de Clase 0 en un movimiento mecánico de trescientos mil dólares correctamente rectificado y cuadrado, no vería más precisión. Es solo para decir que si coloca un tornillo de bola en su máquina y lo mantiene en su lugar con un bloque mayormente hueco de PLA, no tiene sentido.

Además, mencionaré que si la elección es entre un poco de rosca de ferretería y un tornillo de avance rectificado o laminado con tuerca de avance de cualquier descripción, absolutamente, al 100%, hará que su impresora sea más precisa. Especialmente para movimientos en Z donde el peso de la extrusora o la cama está presionando la tuerca de avance, precargando la misma.

Makerbot hizo esta cosa desconcertante con el Replicator 2X. Construyeron un costoso marco de acero para su impresora y luego sostuvieron todas las piezas móviles con plástico moldeado por inyección en mal estado. Son tan inútiles que hay todo un océano de empresas de posventa que reemplazan las piezas de plástico. La mayoría de las impresoras 3D tienen sus movimientos principales realizados con impresoras 3D. Lo que significa que tienes un material mayormente flexible que intenta permanecer rígido. ¿Ves el problema? Se va a flexionar bajo carga.

Algunos fabricantes de impresoras se han esforzado por asegurarse de que las piezas que soportan la carga, los cojinetes, etc. estén colocados en metal. Estas son impresoras que no reprap. Sin embargo, no se puede evitar, desafortunadamente las leyes de la física triunfan sobre la ética del diseño.

La primera capa de su impresión es la más importante. No importa si tienes una balsa. El error no se eliminará en unas pocas capas. La verdad es que es probable que cualquier error en una capa inferior de su impresión se transmita a una capa superior. Así que debes tener una cama nivelada. La mayoría de las impresoras con camas grandes tienen una gran pieza de material plano de aluminio que no tiene ninguna tolerancia, que a su vez tiene tres resortes con tornillos en el centro, que sostienen una placa de circuito sin ninguna tolerancia, sostienen una placa de vidrio sin ninguna tolerancia.

Es probable que lo pases mal. Para la mayoría de estos movimientos, cuanto más pequeño sea el movimiento, menos error verá. Si una varilla barata tiene un error de rectitud de +-0,5 mm en 300 mm, es probable que vea ese 0,5 mm al final de 300 mm, pero tal vez solo 0,16 en 100 mm. Cuando agrega todos estos mecanismos baratos, comienza a tener una pila de tolerancia imposible de resolver. Después de todo, está tratando de mantener una boquilla a 0,18 mm +-0,02 mm de una placa de vidrio en todos los puntos. Eso es bastante difícil. Una impresora más pequeña le dará mejores resultados que una impresora grande que cuesta lo mismo. La nivelación automática de la cama puede compensar algo por esto.

Además, las impresiones grandes comen una tonelada de plástico. Espere arriesgar 30-40 dólares en una letra grande.

Los mecanismos extraños no te ayudarán a imprimir mejor. De nuevo. Está tratando de posicionar algo con precisión y repetibilidad. Cada vez que se agrega algo a la ecuación, es una cosa más que puede salir mal. Entonces, cualquiera que anuncie un nuevo mecanismo innovador que no reciba simultáneamente elogios por su trabajo innovador en ingeniería, probablemente le esté vendiendo un truco. Si le gusta, está bien, pero no espere una mejora en la calidad de impresión. Llevamos mucho tiempo diseñando cosas que se mueven en línea recta. Se sabe.

Nota: No estoy hablando de impresoras delta aquí, funcionan para impresoras 3D específicamente porque un movimiento delta es uno que no puede manejar cargas pero es muy bueno para un posicionamiento rápido y preciso.

Suena increíble en teoría, pero la verdad es que la mayoría de las configuraciones de doble extrusor son inútiles en la práctica. Solo pausa la impresión y cambia el filamento. Si hay una desalineación entre las boquillas; arruinará su impresión. Si el plástico gotea de una de las boquillas; arruinará tu impresión. Si una de las boquillas se atasca; arruinará tu impresión. O si el peso adicional de la extrusora adicional interfiere con su movimiento mecánico. Arruinará tu impresión. El soporte soluble es bueno en teoría, pero es un gran desastre y los resultados son cuestionables. Es mejor comprar un buen software con el dinero de la extrusora que ahorró que comprar esa extrusora adicional.

El extrusor es la magia que hace que tu impresora. Comprar una imitación barata y mal hecha y luego esperar una buena operación de impresión es desconcertante para mí. Una vez más, no hay ningún truco inteligente aquí. Una extrusora está bien hecha o no lo está. Volvemos a la física otra vez. No ha habido muchas innovaciones importantes en las capacidades de los tornos automatizados. Costará casi lo mismo hacerlo en los EE. UU. que en China. Por lo tanto, es muy poco probable que la extrusora de importación tuviera que reducir costos en algún otro lugar que no sea la calidad y la precisión del material. Simplemente compre un e3D v6 o j-head de marca, o lo que sea que esté bien hecho y tenga un paso de inspección de calidad.

En serio, las imitaciones son tan malas que aplastaron el espíritu del diseñador del J-head. Ya no quiere diseñarlo. Para aquellos de ustedes que compraron las imitaciones, siéntense en un rincón y piensen en lo que han hecho.

Repita después de mí: "No puedo hackear la física. La física no cree que sea inteligente. Funciona o no. Está bien hecho o no". Los ingenieros no están locos, no quieren herir tus sentimientos. No están acumulando secretos para poder cobrar dinero sin ningún motivo. Todas estas cosas han sido probadas científicamente para ser ciertas o no. No es un sistema que puedas jugar, solo uno que puedas compensar.

Cada centavo que no gasta en piezas buenas es tiempo que gasta en compensar esas piezas baratas. Por ejemplo. Pasé dos horas tratando de averiguar por qué mi impresora saltaba pasos cada pocas capas. Al final, las poleas baratas que compré tenían la culpa. El fabricante ahorró algo de dinero moldeando por inyección los dientes de la polea y presionándolos sobre un núcleo de aluminio. No es de extrañar, los dientes de plástico se rompieron. Pedí poleas más caras, todas de aluminio, de una fuente confiable y no he tenido problemas desde entonces. Me ahorré unos tres dólares comprando esas poleas de plástico. Terminé gastando tres horas y diez dólares adicionales para arreglar una polea. Me parece bastante tonto.

Por último, no compre una impresora con un eje z barato. ¿Se ve rígido? ¿Parece estable? ¿Parece el movimiento más caro de la máquina? Si la respuesta es no, sáltatela. Solo es superada por la extrusora en importancia. Mi impresora tiene dos varillas roscadas de Home-Depot para la Z, del mismo modo, mis impresiones siempre se ven terribles en la Z. No hay forma de arreglarlas sin actualizarlas.

¿Tenemos que repetir el mantra de nuevo? Al igual que con la extrusora. Estás, al principio y al final del día, extruyendo algo de plástico. Entonces, ¿por qué correr hasta el fondo para comprar el filamento más barato que puedas comprar? Encuentre un proveedor de confianza que fabrique filamentos en su país con especificaciones de ingeniería reales y compre eso y solo eso. Intentar

algunas marcas, pero no vayas a comprar las cosas más baratas que puedas. Fallará piezas, o atascará su extrusor, o lo pasará mal.

Las cosas que típicamente indican que el filamento es de buena calidad son: un error de falta de redondez inferior al 4 % y una tolerancia de tamaño inferior al 4 %. O aproximadamente +-0,04 mm en filamento de 1,75 mm. Filamento que menciona inspección de calidad, micrómetros láser y otras cosas costosas que se arrojan en el proceso de fabricación. Además, si la empresa puede nombrar la fuente de sus gránulos de stock, señalar una hoja de datos o dar especificaciones de ingeniería, es una muy buena señal. No quieres plástico reciclado para tu filamento.

Además, el filamento más barato suele ser el negro, esto se debe a que puedes moler plástico de cualquier color y teñirlo de negro. Comprar filamento negro barato es una excelente manera de obtener literalmente una roca o un poco de hierba en su extrusora. El filamento negro de calidad será de plástico virgen.

Una impresora 3D debe colocar una boquilla con precisión. También necesita hacer esto a una velocidad razonable. Por lo tanto, debe tomar la masa de la boquilla de una impresora, aumentarla a una velocidad y luego reducirla a una velocidad completamente opuesta. La fuerza no se desvanece, se transfiere a la correa, a las poleas ya la mesa o al marco. Cuanto más rígida sea la máquina, menos se flexionará al hacer esto. También vibrará menos, lo que aparecerá en sus impresiones como menos timbre. Esto se hace teniendo materiales pesados ​​que no se doblen en las partes que ven la fuerza. Si su impresora tiene un marco de extrusión de aluminio, pero el fabricante abarató e imprimió en 3D los soportes que la mantienen unida en lugar de optar por los fundidos, su impresora aún tendrá algo de flexibilidad.

Además, un eje reforzado ridículamente alto se tambaleará cuando la impresora se mueva. Los voladizos también son malos. Aparecerá en su impresión. Me gusta la prusa i3 y los bots printr, pero tienen una velocidad máxima. Esta es una pesadilla mecánica de rigidez y alineación.

Esto es algo que es muy difícil de hacer en la mayoría de las impresoras. Debe poder cuadrar cada eje con el otro. O, en términos de lo que esto significa prácticamente para su impresora, si imprime un cubo grande, cada lado debe ser perfectamente cuadrado. No debe haber paralelogramos.

La mayoría de las impresoras no están diseñadas para ser cuadradas. Cómo cuadrar una máquina es algo para otro día, pero por ahora recomendaría ver algunos videos en YouTube de maquinistas cuadrando sus máquinas para tener una idea. Es un arte, y la mayoría de las máquinas reales están diseñadas para compensarlo. Es por eso que una fresa de rodilla tiene más o menos la configuración del eje de ordenadas dibujado para un gráfico 3D. Es realmente intuitivamente fácil descubrir cómo transportarlo. Sin embargo, una vez que hace algo como hacer un molino de pórtico, se vuelve más difícil. Por ejemplo, qué sucede si todo el marco se tuerce un poco. Estarás perfectamente cuadrado en un extremo y fuera en el otro.

Mencionaré que esto es un poco más problemático para las máquinas cartesianas, una máquina delta puede compensar este tipo de desalineación un poco más fácilmente, siempre que tenga los rieles paralelos entre sí y perpendiculares a la base del robot. . También hay algunas sutilezas de alineación para estos.

Como se mencionó anteriormente, es muy importante que su cama esté nivelada. Incluso después de cuadrar su máquina, aún puede desalinearse con el tiempo en su cama. La nivelación de la cama del software se ajustará muy bien a estas pequeñas desalineaciones y hará que la impresión sea mucho más agradable. Todavía desea que su lecho esté dentro de los 0,5 mm de la boquilla, pero ya no tiene que pasar horas para lograrlo dentro de los 0,01 mm.

La máquina necesita un cerebro. Sería bueno si este cerebro fuera confiable, documentado, bien diseñado y respaldado. Por ejemplo, ¿qué sucede si se rompe un cable en el cable del motor paso a paso mientras la máquina está funcionando? (Este ejemplo extrañamente específico me sucedió). Si la placa tiene un diodo de protección, no mucho. Sin embargo, si el chip del controlador está allí sin protección porque una empresa decidió ahorrar 25 centavos por placa al descuidar esa parte, también perderá un chip del controlador. Desea eliminar tantas incógnitas como pueda de su aventura con la impresora. La electrónica es la parte más complicada. Puede ser bueno gastar dinero en ellos.

Además, para una impresora delta, una placa más potente como la smoothie-board le dará una mejor aceleración que las más débiles basadas en Arduino. Las matemáticas son mucho más difíciles computacionalmente para las máquinas delta.

Algunas personas no estarán de acuerdo conmigo en esto debido a su ethos de software. Pero comprar un mejor software para mi impresora ha mejorado mi impresora más que la mayoría de mis actualizaciones de hardware. Estamos extruyendo un fluido no lineal muy rápido a través de un pequeño agujero, y tiene todo tipo de propiedades físicas extrañas. Cuanto mejor diseñado esté nuestro software, mejor será nuestra impresión. Mi preferencia es simplificar3D. Escuché que algunas de las otras soluciones especializadas lo superan en algunas áreas. Investigue y haga lo mejor para usted. Habiendo dicho eso. Slic3r es una maravillosa pieza de software, y realmente admiro el trabajo que se lleva a cabo.

Si es un principiante, es probable que le hayan dicho que puede comprar una impresora 3D por 300 dólares y que será fácil para alguien en su octava impresora. Es probable que tengas visiones de imprimir ese modelo PipBoy. Bueno, puede gastar 300 dólares, y pasará un tiempo antes de que pueda obtener una impresión de buena calidad. Como cualquier cosa, gastar bien una cantidad razonable de dinero le dará los mejores resultados. Tampoco compre la impresora más cara que pueda encontrar; terminarás con un Makerbot y lo pasarás aún peor. Investigue, revise las revisiones y verifique las piezas que la gente está imprimiendo.

Obtendrá algunas cosas con un kit de mayor calidad, que hará que su tiempo sea mucho mejor. A saber, documentación y soporte.

Aquí está la documentación para el kit oficial de Prusa i3 de Prusa Research. Es muy bueno. Realmente será de ayuda cuando esté montando su primera impresora para no tener preguntas obvias. La mayoría de las preguntas de soporte en el canal IRC #reprap son de personas que compraron kits baratos que se comportan de manera extraña, o que no pueden decir qué pasa con una parte extraña. Una buena documentación es siempre un indicador de buen ingeniero y buena gestión en una empresa. Es la parte menos divertida, pero una de las más valiosas del proceso de ingeniería.

Comprar ese Shenzen Duplicator fuera de AliExpress es firmar un formulario de liberación de cualquier riesgo por parte de la empresa con respecto a los problemas que pueda tener con el producto. ¿Qué haces cuando la electrónica tiene un chip soldado al revés? ¿Qué haces cuando obtienes una varilla de precisión doblada? Una empresa que vincula su nombre a su producto necesita complacer a su cliente.

Por ejemplo, sé que Ultimachine reemplazará un Rambo si se rompe, casi sin hacer preguntas. Le responderán por correo electrónico con cualquier pregunta que pueda tener sobre la placa y le brindarán asistencia personalizada. ¿Puedes decir eso de cualquiera de los proveedores en AliExpress? Lo mismo para e3D. Si tiene un problema con su boquilla, lo ayudarán. Esto les cuesta dinero. Entonces les conviene hacer productos que no fallen. Para gastar el dinero donde debe ir. Esta ha sido mi experiencia, y la de otros. Es por eso que Lulzbot, Prusa y SeeMeCNC usan estas soluciones en lugar de implementar las suyas propias.

Por último, cuando compre y construya una máquina complicada como una impresora 3D, es casi seguro que tendrá problemas. Por lo tanto, desea reducir la cantidad de incógnitas sobre el origen de ese problema. Por ejemplo. Si tiene un motor paso a paso que no gira. Si compró una placa Rambo de Ultimachine, puede suponer más o menos que no es culpa de la placa. Eso hace que sea más fácil determinar que probablemente sea un conector, un cable, un cableado incorrecto o el motor mismo. Ahora, si compraste el motor de cinco dólares en eBay, entonces quizás sea el motor. Sin embargo, si compró un motor Kysan con una marca adjunta, probablemente también pueda deshacerse de esa posibilidad.

Es lo mismo que verificar si una computadora está realmente enchufada antes de comenzar a buscar los problemas más difíciles. Con un kit barato, que no tiene soporte, mal diseño mecánico, sin documentación y sin componentes rastreables; simplemente no hay forma de depurar un problema con él, aparte de probar cada posibilidad.

No sucede nada misterioso en una impresora 3D. Sin embargo, hay límites a lo que puede obtener de uno. Estos límites están establecidos por propiedades físicas reales. Endurecer una barra requiere tiempo, energía, gente experimentada y maquinaria mantenida. Todo esto cuesta dinero. Sin embargo, si se omite este paso, habrá consecuencias reales y medibles. Consecuencias que son muy bien comprendidas por quienes trabajan en el campo de la ingeniería mecánica. Así que es posible que tenga algunas buenas copias de su especial de Shenzen. Luego, las bolas endurecidas en el rodamiento lineal pueden comerse ranuras en las varillas no endurecidas y atascarse debido al polvo de metal resultante. Esa es la realidad. Por eso, una impresora decente cuesta entre 600 y 2000 dólares estadounidenses.

Así que haga una investigación adecuada, disipe las ilusiones, lea las reseñas y compre una buena impresora. Esperamos que tenga una buena experiencia y comience a mejorar su máquina. Tal vez, si tenemos suerte, alimentes los descubrimientos que hagas a la comunidad, y todos podamos construir máquinas aún mejores.