The Brain

As coisas tem evoluído rápido com a impressora, acho que passando as dificuldades iniciais a coisa está caminhando. Pode ser também porque acabou a mecânica e começou a parte eletrônica, com a qual eu estou muito mais familiarizado :)

A maior parte das controladoras de RepRap são baseadas no ecossistema ARDUINO, a descrição oficial é "plataforma de prototipagem eletrônica", mas estou chamando de "ecossistema" por que está na moda. Vejam os ecossistemas Apple IOS ou Google Android.

Justifico o apelido; O ecossitema Arduino é composto por várias Boards (Arduino Uno, Arduino Leonardo, Arduino Mega), vários shields (Relay, Ethernet, Motor etc), um IDE e uma linguagem de programação. ou seja, Software, Hardware e Applicações  exatamente como nos Smartphones :))

As Boards, são basicamente pequenos computadores (MCU), que contam com os sistemas básicos de processamento, memoria, comunicação e I/Os (entradas e saídas genéricas), as várias versões contam com diferentes quantidades de memória, capacidade de processamento e quantidade de I/O. assim podemos selecionar a mais conveniente para cada caso.

Só para se ter uma idéia, um Arduino Mega como da foto, roda a 16Mhz e tem 256Kbytes de memoria "ROM", comparando com os computadores atuais parece bem pouco, mas é quase quatro vezes um PC XT quando foi lançado, isso sem contar que a própria arquitetura destas CPU é mais eficiente que a do velho 8086 usado no PC.

Os Shields são expansões das boards que tem recusos específicos, por exemplo o Shield Ethernet adciona às boards a capacidade de conectar-se à internet, da mesma maneira o Shield Motor permite controlar motores a partir do Arduino. Existem inumeros Shields no mercado, desenvolvidos pela comunidade Arduino ou mesmo por terceiros, disponibilizando uma imensa variedade de recursos. Desde simples teclas e leds até GPS ou comunicação wireless. Os Shield são acumulativos (dentro de certos limites), de forma que se eu quero duas funções, basta adicionar os dois Shields. O interessante é que sempre que alguem lança um novo Shield, lança junto bibliotecas para a linguagem de programação, de forma que utilizar o novo Shieid é simples e não demanda conhecimento detalhado que como aquela tecnologia funciona.

 

Na foto um Arduino Mega com 3 Shields.

O IDE e a linguagem de programação são padronizados, de forma que independente da Board ou do Shield usado a forma de programar é a mesma, isso diminui a curva de aprendizado e a passagem de um projeto para outro ocorre com muita rapidez.

As controladoras de RepRap baseadas em Arduino acabaram seguindo duas filosofias. Algumas foram desenvolvidas como um Shield para ser conectado ao Arduino, em geral se usa o Arduino Mega, dado a grande demanda de memória e capacidade processamento dos "Firmwares" para RepRaps. Esse é o caso da RAMPS, uma das mais famosas que segue essa filosofia. A grande vantagem é que por ser padrão e open source, é facil encontrar Arduinos (e seus clones) a preços interessantes. O uso de um Shield também permite flexibilidade em uma possível troca de Board no futuro, caso seja necessário mais processamento ou memoria para tratar novos recursos. Abaixo uma foto da RAMPS, sem os drivers de motor de passo.

A segunda filosofia é a "all in one" onde a parte da Board e do Shield estão montados em uma única placa, de forma que a solução pode ser otimizada em termos de espaço e de custo, em geral uma placa única será menor, mais optimizada e e mais barata que a combinação Arduino + Shield. seguem esta linha placas como a SANGUINOLOLU ou a GEN7.

Esta é uma Sanguinololu já com os Drivers de motor de passo instalados.

Minha busca por um cérebro para a impressora me levou até a placa GEN7v1.2BR2, placa desenvolvida pelo Grupo de Estudos RepRapBR, baseada na GEN7v1.2. A ideia de ter uma versão nacional veio da necessidade de utilizar conectores e componentes fáceis de encontrar no mercado brasileiro.

A GEN7BR (assim como a GEN7) foi desenvolvida com o intuito de poder ser fabricada em casa, tanto na montagem, pois não usa componentes SMD, quanto na fabricação da própria PCI. As trilhas são grossas e a placa pode ser feita em face simples.

Apesar dessa filosofia de simplicidade, ela é capaz de controlar todos os recursos de uma impressora padrão, como 3 eixos, 1 extrusor, 1 mesa aquecida, sensores de fim de curso máximo e minimo para cada eixo e 1 ventilador com velocidade variável para resfriar a peça. Ela ainda tem um processador capaz de rodar a 20Mhz, o que pode ajudar a conseguir boas velocidades na impressora.

Como eu já passei da idade de ficar com as mãos manchadas de percloreto de ferro, eu comprei uma PCI fabricada e fiz a montagem em casa, à um custo de menos de 50% de comprar a placa montada.

Na foto faltam os Drivers para os motores de passo e o processador. Os conectores que não montei serviriam para alimentar a impressora com uma fonte de PC, mas como vou usar uma fonte 12V eu montei apenas o borne azul na parte inferior esquerda.

Chamei a controladora de cérebro da impressora, pois a placa tem todos os recursos para receber os dados do computador e acionar os motores e aquecedores da impressora. Sendo assim o Firmware é a inteligencia. É o Firmware que interpreta os comandos, calcula os movimentos e comanda os motores. O firmware ainda mede as temperaturas do bico e mesa e aciona os aquecedores para manter as temperaturas conforme definido para fabricação do objeto.

Parece simples, mas na realidade o computador informa apenas a posição de destino dos eixos e as temperaturas desejadas, a impressora faz todo o cálculo do melhor caminho, sentido e quantidade de passos dos motores e acelerações/desacelerações. Além de implementar dois controles PID para manter as temperaturas constantes independente da demanda ou  fatores externos. Por exemplo, quanto mais rapido o filamento é derretido, mais o bico esfria e mais energia tem que ser entregue de forma a manter a temperatura.

Existem vários firmwares para Repraps, eu fiquei em duvida entre dois. O Marlin e o Repetier-Firmware, aparentemente ambos descendem do Sprinter, tem características similares e são bastante usados no Brasil, acabei optando pelo Repetier-firmware pois ele tem o "par" Repetier-Host, falo mais disso daqui a pouco.

Com a placa montada, um punhado de conectores colocados nos cabos, e o firmware instalado na placa eu estava pronto para ligar a impressora e ver se ela "aceita" algum comando.

As RepRaps aceitam comandos no padrão G-code, esse padrão é largamente usado em maquinas CNC, fresadoras, maquinas de corte a Laser, tornos e etc. Faz todo o sentido usar isso para uma maquina tão parecida com uma maquina operatriz. Longa historia contada de forma curta, G-code são os comandos que dizem para a maquina qual movimento fazer e com qual velocidade,  por exemplo  G1 X90.5 Y15.3 F1500 seria: mova a ferramenta (neste caso a extrusora) para a posição 90.5mm no X e 15.3mm no Y, a uma velocidade de 1500mm/min.

Muito legal isso, mas ficar dando comandos para a impressora escrevendo tudo isso não é lá muito pratico, ai é que entram dois tipos de software fundamentais para as impressoras 3D o Slicing sotfware e o G-code Sender. 

O Slicing software carrega um arquivo CAD em 3d (normalmente é usado o formato STL) e "fatia" a peça em camadas, gerando um arquivo com os G-codes para desenhar cada camada, uma sobre a outra.

O G-code Sender é um pouco mais que o nome diz, claro que a principal função dele é abrir o arquivo G-code e enviar linha a linha para a impressora, mas ele também permite controlar manualmente a impressora, assim como setar uma série de parâmetros e condições de operação.

Eu estava interessado em testar a impressora, pelo menos movimentar os eixos, ligar os aquecedores e ver o que acontecia. Como disse lá atrás, optei pelo repetier-firmware pois ele tem um parzinho chamado Repetier-Host, que é exatamente um G-code Sender, ele ainda trás na instalação um Slicing software o Slic3r. DEpois de brigar um pouco para instalar esses softwares na maquina Linux que estou usando eu estava em condições de testar minha impressora.

Mas ai, já é tema para outro post, até lá!

  

Nasce um esboço

Comecei a pensar em como seria a construção da minha impressora. Como o objetivo é diversão e aprender pelo caminho, não pretendo comprar nenhum kit e vou tentar aproveitar o os materiais que eu tenha ou consiga por perto.

O projeto base é o original do Nophead que está no Thinginverse,  Nophead é um ativo membro da comunidade RepRap e sempre tem alguma coisa interessante em seu blog 

Em geral uma RepRap é dividida em algumas "classes" de materiais e eu vou usar mais ou menos essa divisão como WBS do meu projeto (ai ai ai , muito tempo trabalhando com PMPs e PMI ).  São elas:

Frame - é o quadro que sustenta e dá forma à impressora.
Decidi fazer o frame em MDF 6mm, depois de procurar um pouco encontrei esta empresa em São Paulo que me entrega o frame cortado a Laser por um custo menor do que comprar o material para cortar em casa (tá, eu sei que eu defendi a possibilidade de fazer em casa, mas o bolso também conta.)

Guias e Rolamentos - São as partes mecânicas que possibilitam a movimentação nos três eixos (XYZ) para a impressão dos objetos, são em grande parte responsáveis pela qualidade final dos objetos impressos, pois quaisquer ondulações ou vibrações serão transmitidas aos objetos.

Motores - são responsáveis pela movimentação dos eixos e também pela alimentação do filamento de plástico que formará a peça impressa. o Motores são itens críticos, pois deles dependem a velocidade de impressão, a resolução da impressora entre outras coisas.

Polias e correias - Transferem o movimento dos motores para as  partes moveis da impressora ("extruder" e mesa).

Extruder - É a "cabeça de impressão", responsável por tracionar o filamento de plástico que será usado na impressão e alimentar o "Hot end".
o Grupo de Estudos RepRapBR aprimorou um desenho já consagrado, criando uma versão brasileira, pretendo usar essa versão. Aqui tem um pouco da história do extruder. e ele está disponível para download no Thinginverse ( http://www.thingiverse.com/thing:40642 )

Hot end - É a parte que efetivamente derrete o plástico e deposita sobre a mesa, dando forma à peça que será impressa. Esta é uma das únicas partes de uma RepRap que é fabricado exclusivamente para ser usado nelas (ou 3dprinters em geral). preciso decidir que bico usar. ainda não sei.

Mesa aquecida - é uma base onde o extruder/hot end vão depositar as camadas de plástico para formar a peça, alguns plásticos tendem a rachar, encolher ou descolar durante o processo, mantendo-se a mesa aquecida é possível melhorar o desempenho da impressora.
Existem varias opções para a mesa aquecida, ainda não decidi o que vou fazer, talvez eu comece sem a mesa aquecida.

Eletrônica
é a parte que controla a maquina toda, a placa de controle (ou CPU) recebe as informações do computador e traduz isso em deslocamentos nos eixos, acionando os "drivers" que controlam os motores. a placa de controle também gerencia a temperatura do hot end e da mesa aquecida, controlando a energia entregue e evitando flutuações muito grandes, que resultariam em defeitos nas peças.

Plásticos - São as peças especiais e especificas para cada modelo de impressora, aqui aparece o conceito de RepRap, você imprime estas peças em uma outra RepRap de forma que uma impressora pode reproduzir parte de si mesmo.

Bom, falei duas vezes no Thinginverse mas não expliquei muito. O Thinginverse é, na minha opinião, o maior repositório de conhecimento 3D que existe. Basicamente, as pessoas compartilham seus desenvolvimentos e criatividade, desde simples peças como um porta lápis ou uma capinha pra celular até projetos completos como o caso da Mendel90 e muitos outros. não dá pra imaginar o mundo da impressão 3D sem o Thinginverse.

Já é bastante por hora, vou encomendar o frame e começar a avaliar as outras partes.

Guilherme

Eu não preciso de uma impressora 3D!!!

A muito tempo venho acompanhando o mundo das Rep Raps, principalmente em grupos de discussão e blogs, como por exemplo o excelente grupo de estudos RepRapBR. Sempre acompanhei sem pensar em montar uma, afinal....... eu não preciso de uma impressora 3d!! e, quem me conhece sabe que eu já tenho projetos suficientes em andamento/inacabados.

Mas a verdade é que esse mundo é tão fascinante e as possibilidades são tantas que estou perdendo a briga contra a vontade de montar uma só por diversão.

A "peleja" estava equilibrada enquanto eu via a Prussa Mendel, como a única real possibilidade para montar uma impressora 3D.

Vamos ser honestos... é bem feia a danada!! Entretanto essa é a impressora com mais informação, documentação e "guides" disponíveis na internet, não é a toa que é uma das mais montadas.

Um belo dia conheci a Mendel 90, um projeto bastante enxuto e muito mais "clean".

Ai a briga desequilibrou. acabei perdendo a batalha e decidi montar uma.

A grande vantagem desse tipo de impressora é que o quadro ("frame") é formado por placas cortadas a 90 graus, ou seja demanda muito menos ajustes e alinhamentos, tambem confere robustez ao conjunto.
 
Aparentemente RepRaps com quadros de chapa estão virando uma tendência (Prussa I3, RepRap Air e outras). A meu ver a grande vantagem da Mendel 90 é que como os cortes são retos, é possível fabricar o quadro manualmente com algum cuidado e ferramentas simples. ao contrario de outras onde os quadros sofisticados são cortados à Laser. Claro que isso simplifica a montagem e adiciona recursos, mas me parece  fugir um pouco do conceito de RepRap, que, afinal, é uma maquina que pode ser replicada por ela mesma, usando partes impressas e incluindo materiais disponível no mercado.

A Mendel90 da foto foi construída em ACM - Material composto de duas chapas finas de Alumínio "recheadas" de um polimero, esse material é normalmente usado em revestimento de fachadas na construção civil. tem a vantagem de ser leve e resistente além de muito bonito, ouvi comentários de que o material é flexível demais, e a opção em MDF parece mais robusta.

Bom, dessa historia nasceu a ideia de escrever este blog, pretendo ir postando minha evolução, descobertas e problemas, acompanhem.

Guilherme