Dal modello alla stampa 3d - 4 - Slic3r e la stampa

Calibrazione della stampante

In fase di montaggio saranno state tese le cinghie e posizionati i fine corsa degli assi X e Y
I fine corsa X e Y non sono critici: determinano solo la posizione della stampa sul piano.
Di tanto in tanto dovrà essere controllata la tensione delle cinghie, che comunque non varia molto.
L'unica calibrazione richiesta dalla stampante è quella dell'asse Z e del piano.

Calibrazione della stampante

Teoricamente l'ugello dovrebbe toccare il piano in posizione di zero. Cercheremo di ottenere questo per tutti i punti, in modo che l'ugello non strisci mai sul vetro.

Calibrazione dell'asse Z

Il primo passo per la calibrazione è regolare il fine corsa dell'asse Z in modo che la punta dell'ugello tocchi il piano al reset degli assi.
Un modo per farlo è quello di spostare a mano o con comandi g-code o altrimenti l'asse Z fino quasi a toccare il piano, quindi spostare il fine-corsa finché l'interruttore non scatta.
A questo punto occorre rifare l'azzeramento degli assi, sbloccare i motori attendendo o dando il comando e registrare il piano con le viti

Calibrazione dell'asse Z

Nel mio caso mi accorgo quando l'estrusore tocca il vetro perché il rumore della ventola si smorrza. Trovo difficile farlo visivamente.
Regolerò il registro in modo che l'estrusore tocchi premendo appena il piano vesso l'alto.
È necessario registrare tutti e quattro gli angoli, poi controllare che il centro non tocchi. In questo caso abbasseremo gli angoli della stessa quantità finché l'ugello non tocca in nessun punto.

Slic3r

Per tradurre la nostra mesh STL in g-code occorre affetttarla e riempire ogni fetta con un tratteggio fitto o un motivo, ad esempio a nido d'ape.
Noi eseguiremo questa operazione con Slic3r che potete trovare qui: http://slic3r.org/
Questo programma, consente di configurare il g-code in base alla stampante
Supporta molti parametri per ottimizzare la stampa in base al tipo di plastica utilizzata
Consente inoltre di realizzare automaticamente i supporti per le parti a sbalzo in varie maniere.

Slic3r

Per finire consente di visualizzare il pezzo in molti modi e di analizzare gli strati prodotti.

Configurazione iniziale

Al primo avvio Slic3r richiede i principali parametri di stampa
Tutti questi parametri sono poi modificabili nelle schermate di configurazione, assieme ad una miriade di parametri aggiuntivi
Potremo anche, in seguito, definire più set di parametri a seconda del tipo di materiale, di ugello e di stampa che vorremo fare e sceglierli quando si caricheranno gli oggetti.
Con queste videate imposteremo i parametri principali, per poter iniziare rapidamente a stampare.

Configurazione iniziale

Alcune di queste cose non dovranno essere più modificate mentre altre saranno cambiate ad ogni stampa.

Parametri del Wizard

La prima cosa da scegliere è la versione di g-code che verrà prodotta. La maggior parte delle stampanti utilizza la prima voce (RepRap)
Le successive tre richieste (dimensione piano, diametro dell'ugello e diametro del filo) sono dati meccanici della stampante. Dovreste reperirli facilmente.
Le ultime due richieste dipendono dal tipo di materiale che userete per la stampa.
I valori che vedete nell'esempio sono quelli che utilizzo per il PLA, ugello a 190° (per il primo strato) e letto a 75°

Vista del piatto

La vista iniziale di Slic3r è quella del piatto ed in particolare la vista tridimensionale (assonometrica)
Per aggiungere oggetti da stampare basta trascinare il file stl nella finestra.
Gli oggetti vengono automaticamente centrati sul piatto.
Se inseriamo più oggetti, questi verranno automaticamente distanziati e disposti sul piatto.
Nella parte inferiore della finestra ci sono le varie viste.
Una vista molto interessante è quella degli strati.

Vista del piatto

Questa vista ci mostra il percorso della testina per comporre uno strato. Il colore indica la velocità del movimento.
Con il cursore sulla destra possiamo visualizzare tutti gli strati prodotti.

Parametri della stampa

La seconda scheda riporta i parametri di stampa.
Nei parametri generali notiamo che, sebbene il diametro del filo sia di 0,5mm, lo spessore dello strato è di 0,4, in modo che il filo venga leggermente schiacciato e non tocchi solamente in un punto sullo strato sottostante.
I perimetri e gli strati pieni costituiscono il guscio dell'oggetto, che verrà riempito con un motivo, normalmente a nido d'ape. In questo caso si sono scelti 3 strati tutto intorno all'oggetto.

Parametri della stampa

Nella sezione dei riempimenti si sceglie il motivo del riempimento interno ed il modo in cui vengono riempite le facce superiore ed inferiore. Si sceglie anche la densità dell'interno.
I supporti vanno aggiunti se ci sono parti a sbalzo, ponti particolarmente lunghi o fori circolari sulle facce laterali
Per i supporti possiamo scegliere la densità, la distanza dagli strati supportati e se vogliamo che vengano aggiunti anche ai ponti.

Parametri della stampa

La velocità di estrusione determina l'adesione tra gli strati, perché uno strato si deve fondere con il sottostante, che sarà già solidificato.
Per rifonderlo occorre il calore dell'estrusore, quindi se la testina viaggia troppo veloce gli strati si uniscono male.
La velocità è diversa per i perimetri, che devono essere ben incollati tra loro, e per i riempimenti, che possono essere anche un po' incoerenti.
Per finire si stabilisce la velocità da utilizzare quando ci si sposta tra un punto e l'altro di una superficie, senza estrudere.

Parametri della stampa

Se questa velocità è troppo alta la testina potrebbe perdere alcuni passi quando rallenta di nuovo, minando la precisione della stampa.
La tesa (brim) è un sottile strato incollato al piatto attorno alla base dell'oggetto.
Questo artificio serve a ridurre lo scollamento dal piatto per materiali che, come l'ABS, si ritirano raffreddandosi.

Parametri del filo

Questi parametri sono molto simili a quelli inseriti al primo avvio.
Troviamo il diametro del filo e le temperature di estrusore e piatto.
Oltre a questi troviamo il moltiplicatore di estrusione che ci consente di modificare la quantità di materiale estruso rispetto al valore teorico
Per quanto riguarda le temperature, oltre a quelle impostate all'inizio troviamo quelle da applicare al primo strato.

Parametri del filo

Il primo strato è critico, in quanto è quello che deve aderire al piano e sostenere l'oggetto.
Dato che qui il filo non si fonde con altro materiale, per migliorare l'adesione si alzano la temperatura sia del piatto e dell'estrusore.

Parametri della stampante

La gran parte di questo pannello corrisponde ai settaggi iniziali.
In più troviamo i parametri per la ritrazione.
Quando la testina si sposta da una zona di stampa all'altra non deve più emettere materiale.
Data l'elasticità del materiale e del sistema, non basta smettere di spingere. Spesso occorre tirare indietro il filo (retrazione) per fermare il flusso.
Qui impostiamo questa azione in termini di mm di filo tirato indietro.

Parametri della stampante

Per essere sicuri, poi, di non far danni sulla parte già stampata, si può sollevare la testina dall'oggetto.
Per finire si possono indicare alcuni comandi g-code da eseguire prima della stampa o quando essa è terminata.

Gestione Configurazioni

Dal menù File è possibile salvare o recuperare le configurazioni correnti (Export Config o Load Config)
Se però andiamo in Preferences... e selezioniamo la modalità Expert, oltre a comparirci una nuova serie di opzioni, possiamo anche gestire più profili.
In ognuna delle tre schede di impostazioni ci comparirà una tendina che consente di scegliere un profilo.
Con l'icona del disco potremo salvare le impostazioni correnti in un profilo esistente o crearne uno nuovo
I profili sono indipendenti per ogni scheda di impostazioni

Gestione Configurazioni

Export config salva le impostazioni correnti per le tre schede e Load Config carica le impostazioni nelle schede, ma non nei profili.
Per salvare o ricaricare i profili occorre utilizzare Export Config Bundle... e Load Config Bundle...

Generazione del G-code

Una volta posizionati gli oggetti sul piano ed impostate le opzioni si può generare il g-code
Per questo basta premere il bottone a destra, Export G-Code... sul pannello del piano.
Un'altra possibilità offerta da Slic3r, se si è in possesso di un server di stampa 3D Octoprint (un software libero disponibile anche pacchettizzato per Raspberry come OctoPi) è quella di inviare il file direttamente alla stampante

Linguaggio g-code

Slic3r consente di inserire del g-code all'inizio ed alla fine della stampa, oltre che al cambio di strato e di estrusore (se se ne hanno più d'uno)
Il G-Code è concettualmente semplice ed i comandi di base sono pochi, ma potendo comandare macchine diverse possiede una gran quantità di parametri avanzati.
Un reference completo si può trovare in http://reprap.org/wiki/G-code
Un reference più semplice e compatto è http://linuxcnc.org/docs/html/gcode.html

Comandi g-code di default

I comandi utilizzati nel default sono:
- G28 - Azzera gli assi - Parametri:
  - X0 - Y0 - Z0 indica l'asse da azzerare (l'X nel codice di default)
- G1 - Muovi dal punto corrente al punto indicato, seguendo una linea - Parametri:
  - X<val> Y<val> Z<val> indica il punto da raggiungere seguendo una linea retta. Se si salta un asse, il suo valore non varierà dal punto corrente (asse Z a 5mm nel default)
  - F<val> indica l'avanzamento del filo in unità al minuto (5000 unità al minuto, per mettere in pressione il filo nell'estrusore)
- M104 - imposta la temperatura dell'estrusore - Parametri
  - S<val> valore da raggiungere (0° nel default, ma può essere qualunque)
- M84 - resetta gli assi (li riporta al fine corsa)

Comandi g-code di default

Altri comandi:
- M106 - imposta la velocità della ventola - Parametri
  - S<vel> indica la velocità tra 0 e 255 (nel mio esempio 0, per fermarla e consentire all'estrusore di scaldarsi prima)
- M190 - imposta la temperatura del letto ed aspetta che venga raggiunta - Parametri:
  - S<val> la temperatura da raggiungere in gradi (nel nostro esempio 190° all'avvio ed un mantenimento di 120° al termine)
- M109 - imposta la temperatura dell'estrusore ed attende che venga raggiunta - parametri:
  - S<val> la temperatura da raggiungere in gradi (nel nostro esempio 190° all'avvio ed un mantenimento di 120° al termine)
- G0 - Raggiungi rapidamente il punto indicato (probabilmente un sinonimo di G1) - ha gli stesi parametri di G1
- M140 - imposta la temperatura del letto - Parametri:
  - S<val> la temperatura da raggiungere in gradi (nel nostro esempio 190° all'avvio ed un mantenimento di 120° al termine)

Stampa

È possibile inviare comandi g-code direttamente alla nostra stampante, tramite un emulatore di terminale, ad esempio quello contenuto nell'IDE di Arduino che abbiamo utilizzato per scaricare il software sulla scheda.
Questo è estremamente utile per provare la stampante al termine del montaggio, ma meno per eseguire una stampa.
Per inviare un file g-code, prodotto da Slic3r, dobbiamo utilizzare un programma che invii il file riga per riga ed attenda l'OK dalla scheda.

Stampa

Un programma disponibile per diverse piattaforma che svolga questo compito è Printrun (https://github.com/kliment/Printrun)
In alternativa possiamo aggiungere alla nostra stamapante un display, un selettore rotativo ed una interfaccia per schedina SD (esistono dei kit per questo), copiare il file su SD e stampare senza connessione al PC.
Per finire possiamo usare un server di stampa come OctoPrint (http://octoprint.org/), magari caricato su una scheda Raspberry Pi con OctoPi (https://octopi.octoprint.org/), inviare dal PC i file tramite l'interfaccia Web e controllare da remoto l'andamento della stampa.

Supporti

La costruzione del pezzo si basa sul sovrapporre un nuovo strato di materiale su di uno strato precedente.
Ovviamente questo procedimento funziona la meglio se lo strato superiore arriva al massimo al bordo di quello inferiore.
Se lo strato superiore eccede di poco il bordo, la stampa è spesso ancora accettabile.
La stampa avviene abbastanza bene anche se uno strato deve unire due punti separati dello strato inferiore, a condizione che non siano troppo lontani (ponte).

Supporti

Se queste condizioni non sono verificate occorre aggiungere del supporti all'oggetto, da eliminare a stampa avvenuta.
Slic3r è in grado di aggiungere varie tipologie di supporti. Potremmo aggiungerne altre da disegno o utilizzando programmi diversi.
Alla fine del lavoro i supporti andranno staccati e questo spesso è un problema, specie se essi sono molto vicini al pezzo alla sua base o addirittura si appoggiano sul pezzo stesso.

Adesione al piano

A volte, specie con il PLA, l'oggetto potrebbe aderire al piano senza altri artifici.
Un modo per aumentare l'adesione dell'oggetto è quello di riscaldare il piano. In questo modo la plastica resta più morbida e quindi tende ad aderire.
Un altro modo è quello di usare un particolare nastro adesivo ruvido di solito di colore blu
Si possono poi usare adesivi come la colla vinilica
Per finire, si può usare la lacca per capelli, che può essere più o meno forte.

Adesione al piano

È comunque bene accertarsi che la superficie di appoggio sia sufficientemente ampia rispetto alla massa dell'oggetto.
In particolare nelle stampe in ABS è utile aumentare questa superficie con un bordo ampio e sottile chiamato brim, che può essere prodotto da Slic3r.

Errori di stampa - Altezza piatto

Come abbiamo detto il piatto va regolato in modo che l'ugello a zero sfiori il piatto in ogni punto.
Nelle immagini in alto possiamo notare che se l'ugello è troppo alto i primi strati non aderiscono bene al piano
Vediamo addirittura qualche filamento che esce dalla sagoma e si intravedono alcuni strati aggrovigliati.
Pr contro se l'ugello preme sul piano i primi strati vengono compressi.
Vediamo che la base risulta allargata e si notano i passaggi che si schiacciano uno con l'altro.

Errori di stampa - Altezza piatto

Di mano in mano che ci si allontana dal piatto la stampa tende a recuperare e la superficie superiore è di fatto identica.

Errori di stampa - Quantità di materiale

Nelle impostazioni di Slic3r occorre dare la giusta quantità di materiale in base alle caratteristiche della stampa.
In alto vediamo una stampa con poco materiale.
Si nota che i filamenti tendono a staccarsi e ci sono fessure tra di essi. Si nota anche che la superficie superiore è scavata.
Il supporto del ponte si stacca praticamente da solo.
Di sotto invece con troppo materiale notiamo che l'oggetto tende a superare le dimensioni del disegno.
Notiamo che la superficie superiore è stracolma

Errori di stampa - Quantità di materiale

Il supporto del ponte è quasi impossibile da togliere.

Errori di stampa - Temperatura

Se la temperatura di stampa è troppo bassa (in alto) il filamento non si fonde con quelli vicini.
Notiamo che gli strati non sono ben uniti e addirittura i filamenti del ponte strappano quelli del supporto.
Il perno verticale ha una forma irregolare.
Se invece la temperatura è alta (sotto), quando l'ugello si sposta da un punto all'altro la plastica cola, lasciando dei filamenti.
Notiamo anche che gli spigoli tendono ad arrotondarsi.
Il perno verticale diventa conico ed è più basso del previsto, perché è colato.

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