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mAka: nacimiento

Este es el diario o cuaderno de bitácora de mAka, donde iré anotando cuestiones relacionadas con la construcción de la impresora por si a alguien le pudiera servir de algo, y también como recordatorio para mi.

Esta lista de la compra incluye materiales, vendedores y precios.

17/jun/13

Tras unas semanas buscando materiales, ofertas, aprendiendo sobre motores y sobre tiendas en internet he empezado a comprar, y lo primero ha sido el más completo de los kits parciales: MegaSet RepRap Gadgets3D

El conjunto incluye casi todo lo necesario salvo motores, rodamientos, estructura, arrastre (hobbed bolt) y fuente de alimentación. Lo vende Gadgets3D por 249US$ + 22US$, pero en también la tienda fabster3D en eBay, donde aparece por 249+19 con posibilidad de mejora de ofertas. He ofrecido 221+19, han aceptado y he pagado 240US$ (185,65€ con PayPal).

Me choca que traiga 3 poleas, 4 termistores y 2 medios para leer memoria externa: uno para SD integrado en el LCD y otro para microSD independiente.

Por otro lado he comprado 5 motores Wantai 5 PCS Nema 17 Stepper Motor 42BYGHW811 en la tienda Changzhou Wantmotor's de Aliexpress, que valen 47+23,21 US$ pero he pagado un plus para que venga con FedEx en 1 semana en lugar de 2-6. El total ha sido 47+28,62 US$ que se han quedado en 58,10€

En Inoxidables San Valero he comprado 6m de varilla de acero 304 de 10mm porque no se podía comprar menos. Casi me alegro de haber comprado de más, porque los que manipulan las varillas se creen muy graciosos haciéndolo a lo bestia al tiempo que repiten babeando “no pasa nada, no pasa nada”.

La he cortado en 6 trozos de metro y 3 de ellos están dañados (y eso que “no pasa nada”). Probablemente al usar trozos pequeños no se note, pero ya que me sobra material cogeré las mejores piezas.

Ha costado 16,84€

27/jun/13

Hace 3 días fui a una tienda de rodamientos, y LM10UU les sonaba a chino, así que los he comprado en China, en la tienda jamesbondtb de eBay por 9,86 y llegará en 3 o 4 semanas.

El paquete de Gadgets3D llegó el jueves 20 y me lo recogió Beatriz porque yo no estaba.

Ha habido que pagar casi 10€ de IVA en aduanas, y unos 27€ por la gestión :-(

Creo que DHL transporta cosas como tapadera: su verdadero negocio es ejercer de mediador ante las aduanas, como explico en el vídeo.

Por lo demás, estoy feliz con el contenido. Me encanta :-)

También tengo los motores. El envoltorio es rácano: se ve que iba en packs de 10 sobre polexpan, y lo han cortado de cualquier manera para hacer los lotes de 5. De todas formas han llegado con FedEx sin sorpresas y en buenas condiciones.

10/jul/13

He probado el Arduino Mega con programas de ejemplo, y funciona. He subido el Marlin y he probado el pronterface. Daba un error, porque no había configurado el Marlin, así que he tocado 4 #defines y la cosa va tomando buen cariz:

#define MOTHERBOARD 33 // RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder, Fan, Bed)

#define TEMP_SENSOR_0 1 // 100k thermistor - best choice for EPCOS 100k (4.7k pullup)

#define TEMP_SENSOR_1 1

#define G3D_PANEL

15/jul/13

Para evitar que haya cables de colores sueltos por todas partes, he comprado 5m de manga extensible en la tienda de Modpcuk por 5,41€.

He recibido los rodamientos lineales: entran sin problema en las varillas con la punta biselada y corren bien, sin holgura.

Para hacer una prueba completa he conectado los 5 motores, 3 finales de carrera y el panel LCD. Tengo Marlin compilado en español y configurado, así que he hecho la prueba de homing y tocar la marcha imperial.

Marlin se niega a funcionar si no hay una temperatura mínima en el extrusor, así que he puesto 2 potenciómetros en el lugar de los termistores para ajustar una temperatura verosímil.

26/ago/13

La semana pasada llegó la manga. La veo demasiado estrecha en reposo, pero creo que se podrán meter los 4 cables de los motores. Imagino que costará meterlos si hay empalmes con termorretráctil, pero podré.

Tras varias semanas dibujando el proyecto he empezado a fabricar piezas, y necesito saber con certeza con qué material cuento, así que he ido a Rodavelo a comprar unos rodamientos 605zz (5x14x5mm) que he pagado a 2 eurazos la unidad. Me he ido con la impresión de que me habían engañado, pero comprarlos por la red no habría costado mucho menos. Sólo en Aliexpress están francamente baratos: 5€ la decena free shipping, pero tardan 3 o 4 semanas.

Es evidente que planificando las compras se ahorra, pero apenas hace 4 días que descubrí estos rodamientos, que me interesan por tener un radio 1mm inferior a los 625zz, más usados y baratos.

05/sep/13

Ya tengo terminadas las piezas de aluminio, y sólo les falta una manita de pintura:

la que parece una A se agarra a los rodamientos del eje Y, y sostendrá la superficie de trabajo
abajo a la izquierda el soporte para el final de carrera Y
las otras tres piezas sujetan la polea Y a la parte delantera de la estructura.

También tengo cortadas las piezas de tablero de DM. Ahora hay que pegar piezas, ajustar y hacer alrededor de 50 agujeros. Algunos de ellos los estoy planificando desde hace días.

Le daré una manita de barniz transparente lavable para proteger la madera de la humedad y sobre todo de las manchas de manoseo. Es una gozada trabajar con DM.

05/sep/13

Creo que una animación es la mejor forma de ver cómo va a ser mAka, que sobre todo será una impresora 3D pero tengo otras aplicaciones en mente.

El aspecto de mAka es similar al de una Prusa i3 pero hay algunas características que he modificado:

el tamaño total será 40x40 y 36cm. de altura; el tamaño neto sobrepasa un poco los 20x20x20.
las varillas lisas son de 10mm, no por ganar rigidez sino porque los rodamientos de 10 me inspiran más confianza que los de 8.
los tres finales de carrera principales van atornillados y serán accionados por tornillos ajustables.
el contacto de la correa del eje Y con la rueda dentada del motor es de 180º para ayudar a evitar la pérdida de pasos por deslizamiento de la correa.
la superficie de trabajo tiene 3 puntos de apoyo: uno trasero fijo, y dos delanteros para nivelar.
el motor del eje X no sobresale del marco, y está sujeto en posición subhorizontal con una inclinación de 10º.
el carro X se mueve sobre 2 varillas dispuestas a la misma altura porque me parece que será más fácil instalar distintas herramientas.
las piezas laterales del eje X están pensadas para que no entorpezcan si quiero instalar una herramienta sensiblemente mayor que un extrusor.
el carro X va apoyado simplemente sobre dos cursores accionados por las varillas roscadas de Z, y dos finales de carrera adicionales detectarán si el eje pierde apoyo por la razón que sea.
el eje X en general no es muy rígido, porque su estabilidad la tienen que garantizar las varillas lisas y roscadas del eje Z. Además, su flexibilidad es necesaria para que no haya problemas en si hay pérdida de pasos descompensada en Z

El diseño ha estado limitado por dos condiciones:

utilizar materiales que ya tengo por casa, o que pueda comprar en pequeñas cantidades a un precio razonable.
no contar con herramientas que no tengo.

En la animación no he colocado bridas, pero las habrá donde haya rodamientos lineales. Tampoco he puesto cables, que serán:

carro X: una manguera desde la esquina superior derecha del frontal de madera, con cables para motor, fusor, termistor, 2 ventiladores, iluminación y final de carrera de suministro de filamento.
carro Y: manguera desde la parte delantera derecha del frontal a la delantera izquierda del carro, por debajo de la correa dentada, con alimentación para la cama caliente y un termistor.
carro Z izquierdo: manguera desde la esquina superior derecha del frontal, con cables para motor X, finales de carrera de X, Z y los dos de apoyo (el cable de apoyo derecho va al lado izquierdo por un tubo entre la varilla trasera y la correa dentada).

La primera tarea de mAka será ayudarme a hacer un mecanismo que empuje filamento a través del fusor, quizá con una herramienta similar a la dremel "dibujando" ruedas dentadas sobre DM o plástico.

Cuando la impresora sea funcional quiero hacer unos añadidos que necesitarán modificaciones de programación:

sensor de filamento acabado: puede ser óptico y estar instalado en el cuerpo del extrusor.
sensor de movimiento del filamento: una rueda con radios como las de los ratones mecánicos que gire con el filamento, y un sensor óptico que detecte si se para cuando no debe.
iluminación sobre la zona de trabajo, controlable desde el menú.
ventilador de capa regulado por PWM desde el menú.
ventilador del fusor autorregulado con una resistencia NTC en contacto con el radiador.

He estudiado seriamente la posibilidad de alimentar la cama caliente con 220V usando un regulador que entregue sólo una fracción de cada ciclo de corriente alterna, buscando un voltaje eficaz de unos 12V. Con esa estrategia pretendo:

poder calentar la cama más rápido al poder jugar con el voltaje eficaz.
evitar la necesidad de hacerme con una fuente que entregue 16A con soltura y sin sofocones (tengo una de 15+15A pero tengo que empezar por cambiarle el ventilador porque hace mucho ruido).
ahorrarme los problemas de cables gruesos, conexiones que se calientan, MOSFET que se tuestan y/o relés que viven poco al tener que negociar con intensidades considerables

He probado con una bombilla con una resistencia de 3ohm. La bombilla y el fusible de 4A han muerto, y ha saltado el limitador de 15A. El problema es que aunque el 95% del tiempo la corriente esté cortada, la cantidad que pasa en el 5% restante es suficiente para fundir cualquier circuito de 12V que le ponga, así que descarto esta idea :-(

09/oct/13

Quiero que mAka pueda ser autónoma y para eso necesito un sistema para controlar la fuente de alimentación, especialmente el apagado automático.

Apagar la fuente es fácil pero hay un problema: a intervalos de 1 o 2 segundos llega al sistema un impulso eléctrico que enciende el panel LCD durante décimas. Desconozco la razón, pero se me ha ocurrido invertir la lógica: que la fuente se encienda cuando el pin PS_ON de la RAMPS está activado.

Marlin pone el pin PS_ON en estado bajo por defecto (POWER_SUPPLY=1) pero se puede hacer que se comporte al revés (POWER_SUPPLY=2). A día de hoy, esa definición no tiene más consecuencias que el cambio de lógica de PS_ON.

19/oct/13

Ya tengo recopilada y fabricada la mayor parte de las piezas que voy a necesitar, a falta del extrusor y algunos otros detalles.

Base y eje Y

Detalle de las piezas de los ejes X y Z

Parte vertical

Explicación de todas las piezas

21/oct/13

He igualado lo más posible las 4 patas de la plataforma pero el nivelado final lo he hecho con masilla epoxi. El procedimiento ha consistido en preparar un apoyo que hiciera de modelo, y limar los asientos de las varillas para que quedaran por debajo del modelo. Luego he puesto una bolita de epoxi en una esquina de forma que la varilla lisa apoya en el modelo, y da forma a la bolita de resina. Una vez endurecida se repite la operación con las otras 3 esquinas, de forma que todas quedan a la altura del modelo.

Para evitar que el aluminio apoye en la mesa donde se encuentre mAka he puesto unas bases también de resina epoxi, y las he rematado con caucho pegado a la resina. Por supuesto, he dejado hueco para pasar la brida que une la varilla a la pieza.

El ajuste del ángulo recto que deben formar el marco y las varillas del eje Y me ha llevado un rato pero ha quedado bien. Sólo había que fijar en el sitio correcto las tuercas que unen las dos partes.

31/oct/13

A medida que he ido montando piezas he resuelto algunos detalles en los que había pensado un poco por encima pero sin concretar.

Acopladores: he usado tubo de látex de 4mm interiores y 7 exteriores con una gotita de fijador de tornillos y sujeto exteriormente con un casquillo de latón hecho con el cuerpo de una clema bien limado hasta quedar cilíndrico. Creo que agarran a la perfección y me dan confianza.

Guía para la correa de Y: el algún momento la correa se va hacia la izquierda y rozaba con la pieza que sujeta los rodamientos. Con un clip retorcido, unos tubitos de plástico, arandelas y tubo termorretráctil he hecho una guía que ofrece a la correa una superficie para rodar en lugar de rozar.

Ventilador para la electrónica: puesto que no voy a usar el MOSFET para controlar toda la corriente de la cama caliente no hace falta mucha ventilación. He colocado una resistencia que limita la corriente del ventilador a poco más de la mitad de lo que consumiría de forma natural. Así mantiene los disipadores fríos sin nada de ruido.

Actualización: la obsesión por evitar el ruido y unos disipadores pegados con cinta de doble cara gruesa hizo que los reguladores de corriente se calentasen hasta en punto de perder pasos de cuando en cuando. Eso me volvió loco hasta que una calurosa tarde de verano observé que la pérdida de pasos se incrementaba, y se solucionaba poniendo un ventilador grande. Le quité la resistencia al ventilador y pegué los disipadores con pegamento térmico.

Agarre del carro Y a la correa: el carro Y tiene 2 travesaños y ninguno venía bien para hacer la sujeción de la correa. Con el mismo perfil de 30x15 de las esquinas y 2 láminas de un tubo de aluminio de 12mm pegadas con araldit he hecho un alojamiento en el que entra un cuerpo de clema de 25mm2 que se sujeta con una brida.

La correa lleva un giro de 180º abajo, de manera que en la clema se encuentran los dientes de los dos extremos de la correa, y así le resulta más fácil aguantar la tensión. La clema tiene un apoyo de madera para que la correa apoye en plano. Los tornillos apoyan sobre una chapa de acero de 4mm de ancho y 1 de espesor para presionar la correa sin causarle daños.

El sistema de agarre de la correa al carro Y me ha gustado mucho, así que lo he utilizado también para el eje X.

La fijación del carro se hace en 3 pasos como se ve en las fotos de abajo: tensar la correa, colocar la clema en su alojamiento y fijar con una brida.

Me he dado cuenta de que el ajuste de altura en Z con tornillo es incómodo, así que he puesto un sistema de ajuste rápido, que cuenta con una clema de 10mm2 que sirve de guía al tornillo de ajuste, y una lámina flexible que lo sujeta.

Para establecer la altura, se pulsa el botón delantero de la lámina para liberar al tornillo, que se coloca aproximadamente donde corresponda. Al soltar el botón queda fijo, y se hace el ajuste fino girando el tornillo.

Al montar la máquina he visto con pánico que el lado derecho del eje X se atasca a veces y no baja por gravedad porque le falta peso, que no se lo voy a poner porque me parece poco elegante.

Prefiero sustituir la fuerza de la gravedad que me falta por la de un muelle que empuje la pieza hacia abajo desde el cursor de latón. El problema es que está todo calculado con tan poca holgura que me ha costado encontrar la forma.

Por la parte inferior de la pieza no sólo tiene que entrar la varilla roscada de 5mm, sino que tiene que entrar también el acoplador del motor, de 10mm.

En el espacio restante he podido meter un clip (porque los clips no sólo sirven para hacer ganzúas) que guía un muelle de los que aprietan la piedra de los mecheros, que empuja la pieza hacia abajo.

01/nov/13

Presentación en sociedad de mAka, que de momento escribe con un bolígrafo porque aún estoy meditando cómo voy a hacer el extrusor.

15/nov/13

Este verano se murió un servidor al que bauticé como "longaniza" hace 8 o 9 años, y me dejaron llevarme la fuente de alimentación, que he reformado para mAka así:

El ventilador tenía el rodamiento en muy mal estado, así que le he puesto uno reciclado.
He añadido un interruptor de entrada en la parte trasera.
Todo el cableado estaba preparado para proporcionar corriente a muchos aparatos de poco consumo individual, pero yo quiero sólo un cable de cada voltaje. La alimentación de 12V está dividida en dos carriles que dan un máximo de 15A cada uno. He soldado los cables de ambos carriles para que me puedan dar más corriente de vez, y se nota la mejora enchufando un taladrador de 12V. La diferencia es que ahora la fuente aguanta cuando se le pide la máxima corriente, mientras que cuando los dos carriles iban por separado no podían alimentar al taladrador y la fuente se apagaba al detectar exceso de consumo.
En el frontal he puesto un interruptor muy ergonómico, un LED verde de stand-by y uno blanco super-brillante de operación. He puesto 7 conectores que de izquierda a derecha y de arriba a abajo son: masa, 3.3V, 5V, 12V, control de encendido, -12V y 5V permanente. Los conectores son bornes que permiten conexión con banana o con cable pelado, y me han costado una pasta porque aquí no los tenían. Además no los hacen de color naranja y el de 3.3V lo he pintado con una laca de uñas espectacular.

El control de la fuente desde mAka tiene varios aspectos a considerar, porque la cosa cambia mucho dependiendo de que esté conectada al PC o no. En cualquier caso, para que mAka pueda estar apagada conectada a una fuente hace falta un inversor de lógica como el que expliqué en la anotación del 09/oct/13.

El inversor está encapsulado en una bola de epoxi de color látex que contiene un optocoplador 4N25, una resistencia de 2K7 y las soldaduras correspondientes para los cables PWR-ON de la fuente y de la RAMPS, y uno adicional de masa sacado del conector de servos.

El problema de este montaje es que si la máquina se descontrola puede llevar tiempo apagarla por programa. Para pruebas de riesgo será mejor desconectar el cable verde. Me replantearé la lógica del control de la fuente porque no me acaba de convencer.

01/dic/13

He instalado un nuevo gadget a mAka con el que he matado dos pájaros de un tiro:

cada vez que cambio la herramienta de mAka me vuelvo loco para atornillarla.
me cuesta afinar la posición de la broca cuando voy a taladrar porque la propia máquina da sombra y el flexo no me llega.

Se me ha ocurrido poner unas tuercas en los agujeros de la placa de herramientas, con cierta capacidad de movimiento en el plano XY e incapaces de rotar en Z. De esta forma, para sujetar algo sólo hay que ponerlo sobre la placa y atornillar desde arriba sin más preocupaciones. Las tuercas llevan soldada una arandela y van sujetas a sendas placas de circuito impreso que llevan 3 LEDs de alta luminosidad y encajan entre los rodamientos lineales sobre los que se sujeta la placa.

El consumo de los LEDs es de unos 60mA así que no se puede alimentar desde una patilla de señal. De momento he utilizado el conector D9 de la RAMPS (2º extrusor/ventilador), y así se controla por PWM con g-codes M106 y M107.

18/dic/13

Con el extrusor va a terminar la primera fase de construcción de mAka como impresora 3D. Me ha costado más de lo que esperaba y el resultado es penoso porque no ha habido planificación. He fabricado las piezas sólo con material que tenía por casa, y ni siquiera me he molestado en buscar varias alternativas porque el objetivo es que funcione lo suficiente como para hacer un extrusor de plástico estándar.

El primer paso ha sido hacer unas ruedas dentadas que me han servido de entrenamiento, y luego he diseñado y fabricado las definitivas con la ayuda de una utilidad que hay en una página formidable: http://woodgears.ca

Los números de dientes de ambas poleas deben ser primos entre sí para que todos los dientes de una interactúen con todos los de la otra, y que el desgaste sea uniforme.

Con las ruedas ya hechas he podido empezar a tomar medidas precisas para hacer el tornillo ranurado. El cuello del tornillo es de 30mm y no me deja ni 1mm de holgura porque en esa longitud hay que acomodar 2 rodamientos más el rodamiento de presión sin roce lateral, la rueda dentada grande y al menos una arandela.

El cuerpo del extrusor lo he hecho con trozos de moldura de puerta y un resto de aluminio en ángulo que tenía por ahí (aparte de rodamientos, tornillería comercial y muelles de pinza de tender de esas que venden los chinos). El aluminio es para sujetar el motor: le hice los agujeros con la ayuda de mAka, ¡y qué diferencia con respecto a los que hice midiendo y taladrando a mano!

La parte fría del fusor llevaba una cazoleta de cobre para refrigerarse, pero a mi no me convence porque el interior no tiene buena ventilación. He comprado un tapón de cobre para soldar en tubería de 22mm, le he recortado la longitud y he hecho tiritas separándolas hacia dentro y hacia fuera alternativamente para favorecer el intercambio de calor.

Buscando la eficiencia térmica también he forrado la parte caliente del fusor con cinta kapton, y he puesto un aislante de 6,5mm en la cara inferior de la cama caliente.

Ya he conseguido fabricar un paralelepípedo de 20x20x10, conocido en este mundillo como "cubo de calibración". Ha quedado fatal porque falta terminar de calibrar el extrusor y aprender a configurar cada impresión, pero eso ya no es cuestión de hardware.

20/dic/13

Con los cables del extrusor ya enfundados en una manga, los cables de la cama caliente fijados y la entrada de alimentación eléctrica terminada ya puedo dar por terminada la primera fase de la construcción de mAka.

Untando los dientes de los engranajes con cera de vela he conseguido que dejen de agarrotarse, y ahora me falta aprender a usarla, modificar el programa de control para incluir algunas mejoras que tengo en mente, hacer un extrusor bueno, fabricar una caja para la pantalla de cristal líquido e instalarla, y un sinfín de cosas más.

21/dic/13

Primer contratiempo: las esquinas se levantan, y hace falta un ventilador de capa. Con un viejo ventilador agarrado con alambres conformados a mano alzada es suficiente por el momento.

En el vídeo de al lado se puede ver a mAka trabajando en su primera pieza útil: el engranaje de un nuevo extrusor.

Actualización: ese primer engranaje ya tenía un defecto de pérdida de pasos en una capa, y además no me gustó ninguno de los extrusores que vi por la red, así que pasé unas semanas -quizá meses- diseñando uno más a mi gusto, porque a tiquismiquis no me gana casi nadie.

10/ene/14

Cuando fabrico una pieza con mucha superficie hay un problema: la primera capa se hace muy lenta, y con el ventilador de capa apagado, así que el extremo frío del fusor se va calentando. El resultado es que el filamento de plástico se ablanda demasiado pronto y forma un tapón. En esas condiciones cuesta mucho empujar el filamento, de manera que el tornillo ranurado acaba dándole un bocado, deja de empujar y se aborta la impresión.

Pensé que con un buen disipador en el extremo frío sería suficiente, pero no es así. Como hace mucha gente, he acabado poniendo un ventilador de 30x30mm y 100mA, pero el mío va con termostato :-)

He fijado una NTC a una de las aletas del disipador, que regula la tensión en la base de un transistor que controla la corriente que le llega al ventilador, para que entregue más corriente al ventilador cuanto mayor sea la temperatura. Un potenciómetro regula la sensibilidad del sistema, para adecuarlo a unas condiciones de trabajo óptimas.

Regulador del ventilador

Colocación de la NTC en el radiador del fusor

Ventilador con la electrónica de regulación

Montaje final

La idea original procede de la página Regulación de ventiladores de Jeroni Paul. Como mi ventilador es de 5V en lugar de 12, se puede adaptar con una resistencia de 70 ohmios en serie con el motor, y alimentar a 12V. Otra opción es alimentar a 5 y poner un potenciómetro de algo más de resistencia que la recomendada para 12V (680 para una NTC de 4K7). En la foto se ven 2 resistencias porque he hecho un apaño con material que tenía en casa, sin comprar nada.

El consumo del ventilador durante una impresión de 4h30' varía entre 35 y 66mA, dependiendo de que el ventilador de capa esté encendido o no. El resultado es un funcionamiento correcto con un consumo de corriente y ruido mínimos. Sin regulador consumiría 100mA.

El resto de la evolución lo sigo contando en la página de maduración, pero antes debo confesar un secretillo: aunque "mAka" fue el primer nombre que se me ocurrió, yo la quise bautizar como Bernadette. Pero donde hay patrona no manda marinero.

En lo más profundo de mi ser siempre será Bernadette.

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