La Prusa I3 MK3S y una historia de dos sensores

Cuando se lanzó la Prusa i3 MK3 en 2017, se comercializó como "malditamente inteligente" gracias a la impresionante cantidad de sensores que se habían incluido en la impresora. La actualización no se trataba realmente de mejorar la calidad de impresión con respecto a la MK2, sino de hacer que la máquina fuera más fácil de usar y más confiable. Había un sistema para reanudar las impresiones que se habían detenido durante un corte de energía, un termómetro para que el firmware pudiera compensar la deriva térmica en el sensor de la cama inductiva, detección de RPM en todos los ventiladores de enfriamiento y controladores paso a paso Trinamic avanzados que podían detectar cuando el la impresora se había resbalado o atascado.

Pero la actualización más emocionante de todas fue el nuevo sensor de filamento. Usando un codificador óptico similar al que encontraría en un mouse, la Prusa i3 MK3 podría detectar cuándo se insertó el filamento en la extrusora. Esto permitió que el firmware pausara la impresión si el filamento se había agotado, una característica que antes de este punto era prácticamente desconocida en las impresoras 3D de escritorio de nivel de consumidor. Más que eso, el codificador óptico también podría detectar si el filamento se movía o no a través de la extrusora.

En teoría, esto significaba que el MK3 podía detectar problemas como un extrusor atascado o un enredo en la ruta del filamento que impedía que la bobina se desenrollara. Cualquier otra impresora 3D de consumo en el mercado simplemente continuaría felizmente, sin darse cuenta de que en realidad no estaba extruyendo ningún plástico. Pero el MK3 podría ver que el filamento se ha estancado y alertar al usuario. Las capacidades del sensor de filamento óptico representaron una pequeña revolución en la impresión 3D de escritorio y, combinadas con el resto de la instrumentación de la MK3, prometían casi erradicar la angustia de las impresiones fallidas.

Un avance rápido hasta febrero de 2019 y el anuncio de la Prusa i3 MK3S. Esta actualización relativamente menor de la impresora recopiló todos los ajustes incrementales que se habían realizado durante la producción de la MK3 y realmente no agregó ninguna característica nueva. Aunque eliminó uno: el MK3S eliminó el sensor del codificador óptico utilizado en el MK3 y, con él, la capacidad de detectar el movimiento del filamento. Los usuarios tendrían que decidir si valía la pena renunciar a todas las otras mejoras que ofrece la actualización para mantener la capacidad de detectar obstrucciones y enredos.

¿Pero por qué? ¿Qué sucedió en esos tres años que hicieron que Prusa Research decidiera abandonar lo que prometía ser una gran mejora en la usabilidad de su producto estrella? La respuesta es una mirada interesante a cómo incluso las soluciones de ingeniería más inteligentes no siempre funcionan como se espera en el mundo real.

Por supuesto, Prusa Research no fue el primero en intentar abordar el problema de la detección de filamentos atascados. Los piratas informáticos ya habían estado improvisando sus propias soluciones durante años cuando se lanzó el MK3, pero la mayoría de ellos utilizó un enfoque más directo. La forma más común era simplemente empujar una rueda contra el carrete o el propio filamento, cuya rotación se puede detectar fácilmente a través de un codificador rotatorio o un sensor de efecto Hall.

Pero el problema con esta idea es que ejerce una resistencia adicional sobre el filamento, lo que puede introducir variaciones en la tasa de extrusión que, en última instancia, afectan la calidad de la impresión. Los usuarios que buscan una extrusión perfecta han desarrollado varios portabobinas de baja resistencia precisamente por este motivo. Agregar arrastre al sistema, incluso si permitiera la detección de filamentos estancados, sería un fracaso para muchos usuarios.

La belleza del sensor óptico era que podía "ver" cuando el filamento se movía sin tocarlo. Una vez más, a Prusa Research no se le ocurrió esta idea. Ya se habían realizado intentos de inspeccionar visualmente el filamento cuando ingresaba a la extrusora, aunque el objetivo generalmente era compensar la variación del grosor del filamento.

Lo que hizo Prusa Research fue crear un sensor de hardware abierto de bajo costo que combinó estas ideas establecidas para crear un sensor de velocidad de filamento sin contacto preciso. Por derecho, cabría esperar que, a estas alturas, todos los fabricantes de impresoras 3D del planeta hayan desarrollado su propia variación de este pequeño sensor y lo hayan instalado en sus máquinas de nivel de entrada.

Lo que ciertamente habrían hecho eventualmente, si el sensor realmente hubiera funcionado según lo previsto.

Para ser claros, el sensor de filamento óptico de la Prusa i3 MK3 funcionó. No habrían enviado la máquina si no lo hubiera hecho. Incluso funcionó bastante bien... la mayor parte del tiempo. Pero tenía algunos problemas bastante serios que en realidad solo se hicieron evidentes cuando los usuarios pasaron un tiempo agradable con la máquina. Incluso antes del lanzamiento del MK3S y la eliminación física del sensor, muchos usuarios simplemente optaron por apagar el sensor óptico en la configuración del firmware debido a problemas que simplemente se volvieron demasiado comunes para ignorar.

El primer problema, y ​​el más evidente, era que el sensor tenía dificultades ocasionales para ver los filamentos de colores claros, y peor aún con los translúcidos. Esto por sí solo no fue realmente un gran problema para muchos usuarios; un rápido paseo por Thingiverse le mostrará que, para empezar, la mayoría de los propietarios de impresoras 3D se quedan con el filamento negro, azul o rojo. Pero a medida que los usuarios dedicaron más tiempo a la MK3 y comenzaron a usar colores menos comunes, quedó claro que no todos los filamentos eran iguales a los ojos de la impresora.

Desafortunadamente, el segundo problema agravó aún más el problema. Si bien hubo un claro intento de empotrar el sensor en el cuerpo de la extrusora, el polvo logró entrar. Hasta cierto punto, esto era inevitable, ya que los engranajes de la extrusora invariablemente generan partículas de polvo de plástico mientras hacen su trabajo. El procedimiento de mantenimiento oficial aconsejó a los usuarios que estén atentos a la acumulación de polvo y partículas alrededor de los engranajes de la extrusora, pero no menciona la revisión del sensor. Si bien quitar el sensor y limpiarlo sin romper todo el extrusor no es terriblemente difícil, no es lo que nadie llamaría fácil de usar. Ciertamente no es el tipo de cosa que haría por capricho, especialmente si no se menciona en las pautas de mantenimiento.

Después de un tiempo, esta capa de polvo comenzaría a afectar la capacidad del sensor para ver el filamento. Los problemas con los que se encontraba ocasionalmente comenzaron a convertirse en sucesos diarios. Puede notar que insertar el filamento en la extrusora no siempre activa la función de carga automática, lo que requiere que la active manualmente. En el peor de los casos, la impresora podría decidir repentinamente que el filamento había desaparecido y detener la impresión. Esto ya era bastante molesto si estabas en la misma habitación que él, pero si hacías impresiones largas durante la noche o mientras estabas fuera de casa, podría ser una gran pérdida de tiempo.

Modificar el procedimiento de mantenimiento para que los usuarios retiren y limpien el sensor óptico cada pocos meses podría haber ayudado a la situación, pero francamente, habría sido una medida provisional en el mejor de los casos. Claramente, el sensor no estaba a la altura del desafío. La precisión no era lo suficientemente alta, incluso en condiciones ideales, e introdujo un punto débil en lo que de otro modo sería un caballo de batalla. Tenía que irse. Pero, ¿qué lo reemplazaría?

Al final, Prusa Research optó por un compromiso. El sensor del MK3S sigue siendo óptico, pero esta vez no mira el filamento. Cuando el filamento se inserta en la extrusora, empuja hacia atrás una pequeña bola de metal que a su vez mueve una palanca que interrumpe un haz de luz. Cuando el filamento ya no empuja la bola, la fuerza de dos imanes opuestos devuelve la palanca a su posición original.

Sin resortes ni interruptores mecánicos que se desgasten, se espera que el nuevo sensor dure mucho más que la versión original. Al mismo tiempo, la presión ejercida sobre el filamento en sí es lo suficientemente ligera y consistente como para que no tenga ningún impacto en la calidad de impresión.

La desventaja obvia es que el sensor ya no puede decir si el filamento se está moviendo, solo que está físicamente presente. Entonces, si el hotend se obstruye o el carrete se atasca, el filamento se triturará dentro de la extrusora y la impresión fallará. Pero esto no significa que Prusa haya renunciado a resolver el problema; Desde entonces, la empresa ha decidido que la mejor manera de combatir los atascos y las obstrucciones es producir su propio filamento interno con tolerancias físicas más altas. La teoría es que si el material de alimentación tiene el tamaño y la formulación adecuados, no habrá razón para que la impresora se atragante con él.

Para la comunidad de impresión 3D más grande, es desafortunado que el sensor de filamento avanzado de Prusa no haya funcionado. Aunque incluso en caso de falla, sirve como una importante lección de ingeniería. Es un recordatorio de que, a veces, los enfoques más simples son realmente los mejores, y que el hecho de que una pieza de hardware funcione en su banco de pruebas no significa que vaya a sobrevivir a las realidades del uso diario.