Eraikizpi/es

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Eraikizpi v2

Release status: Experimental

EraikizpiLogo.jpg
Description
License CC BY-NC 4.0
Author Iñaki; Koldo
Contributors
Based-on UV
Categories UV, Resin, RepRap machines/es
CAD Models none
External Link none


Contents

Introducción

En Mayo de 2014, el laboratorio ciudadano Hirikilabs impulsado por Tabakalera junto a DSS2016 abre una nueva convocatoria de proyectos abiertos donde presentamos el proyecto de una impresora 3d dlp con nombre en clave Eraikizpi. Hirikilabs acepta y apadrina nuestro proyecto, ademas nos costea el prototipo y nos permite utilizar sus instalaciones y maquinaría para el propósito del proyecto.

Desde ese momento empezamos a trabajar en Eraikizpi. Así, nos hemos juntado 6 genios y figuras:

Eraikizpi v2 es una impresora 3d stereolitográfica (SLA) que utiliza una resina fotosensible que es curada gracias a la luz ultra violeta que emite un proyector dlp (Digital Light Processing).

Eraikizpi v2 es capaz de imprimir piezas de gran calidad y acabado.

Agradecimientos

Agradecer a toda la comunidad que con sus ideas y desarrollos, han contribuido a que este proyecto llegue a buen puerto.

En especial al grupo de Resincat por su gran aporte respecto a la cubeta y al equipo de Steve Hernandez sin cuyo software Creation Workshop, difícilmente habría sido posible este desarrollo.

Diseño conceptual

Aunque todas las personas que conformamos el grupo conocíamos las impresoras de filamento, no era así respecto a las impresoras de resina. Había mucha información en internet y por tanto dudas a la hora de decidir un diseño concreto.

Un punto importante fue decidir donde íbamos a proyectar las imágenes pues esto afecta de manera sustancial en el diseño de la impresora. Las imágenes se pueden proyectar sobre la resina (top to down) o en el fondo de la resina a través de una cubeta/pecera de fondo transparente (down to top). Nosotros nos inclinamos por esta última básicamente porque no te obligaba a tener la cubeta llena de resina.

El siguiente punto fue definir como iba a ser esa exposición inferior, si de manera directa o indirecta (utilizando espejos de primera superficie).

Nos gustaba la idea de utilizar estos espejos pero como no disponíamos de ellos en el momento y el tiempo avanzaba, decidimos concebir la impresora en dos módulos separados. Una sería el módulo de impresión y la otra el módulo del proyector. De esta manera cabía la posibilidad de en una futura iteración, conseguir un espejo de estas características y prescindir del módulo del proyector

Otro punto fue la asistencia al desmoldeo. En los sistemas de exposición inferior nos enfrentamos a dos fuerzas que se oponen al movimiento de la plataforma de construcción en su movimiento hacia arriba. Una es debido a la adhesión química que puede haber entre la resina y el fondo de la cubeta y la otra al efecto ventosa, la cual es mayor cuanto mayor es el área de la imagen proyectada. Al respecto, existen varias soluciones. Nosotros probamos lo que llamamos los sistemas de balanceo activo () y pasivo y finalmente en la .V2 nos decantamos por el balanceo pasivo

Respecto a la estructura, esta se puede materializar de mil maneras y materiales. Aprovechando que Hirikilabs dispone de una cortadora laser, decidimos diseñarla y hacerla por corte laser en contrachapado de 7mm de espesor la estructura y en metacrilato de de 3mm de espesor la tapa.

Galería

Podéis ver más impresiones de Eraikizpi en Thingiverse

Lista de materiales

A continuación se presenta una lista de materiales y componentes utilizados para la construcción de la impresora de resina Eraikizpi.


Estructura

Nombre Cantidad Descripción
Estructura 1 Contra chapado de 7mm.
Tapa 1 Metacrilato de 3mm - mejor si el propio metacrilato tiene tratamiento para filtrar la luz ultravioleta. PENDIENTE PONER LINK A GITHUB PARA DESCARGA DXF
Lámina adhesiva filtro solar 1 En nuestro caso el metacrilato no filtraba la luz ultravioleta por lo que tuvimos que añadir un filtro solar.

La estructura la hemos cortado con la máquina de corte láser que dispone Hirikilabs. La tapa de metacrilato (junto con el filtro solar en caso de que el metacrilato no tenga tratamiento para filtrar la luz ultravioleta) tiene una doble finalidad, por un lado proteger la vista del usuario de la luz uv (aunque las mediciones de luz uv efectuadas a la altura de la pecera indican que no hay peligro por la emisión de luz uv), por otro lado evitar que la luz de la sal donde se encuentra la impresora pueda foto sensibilizar la resina pudiendo modificar el objeto o la resina de la cubeta o pecera.

Los links para descargar los ficheros referentes a la estructura están aquí

Electrónica

Nombre Cantidad Descripción
Arduino mega 2560 1 -
Ramps 1.4 1 -
Stepstick Drivers A4988 1 Stepstick Drivers A4988 para eje z de cuatro capas y disipación mejorada del calor para evitar sobrecalentamiento + Disipador para driver ya pegado.
Final de carrera 1 Final de carrera para eje z.
Cable USB tipo B de 1.8 metros. 1 Cable USB estándar con extremo macho tipo A y macho tipo B de 1.8 metros.
Cable motor Nema 17 1 Cable de cuatro hilos para motor paso a paso bipolar Nema 17 (2.5A 1.8deg/step) con conector hembra. Ficha técnica
Cable final de carrera 40 cm 1 Cable de 3 hilos para final de carrera con conector de click y hembra de 3 pines de 40 cm de longitud
Motor Nema 17 1 Motor paso a paso bipolar Nema 17 (2.5A 1.8deg/step) para eje z.
Fuente 220 AC 12 DC 100W 1 Fuente con cable de 1.10m, 100 W con conector Jack 2.1mm (INPUT: 100-240VAC 1,8A 50-60Hz y OUTPUT: 12 VDC 8.0A).
Cable fuente de alimentación/Red 1 -

Como casi todos los integrantes del equipo hemos montado como mínimo una prusa i3 y estamos familiarizados con la electrónica, hemos decidido por coste y por conocimiento utilizar la misma placa arduino con la mochila ramps, así como motores y finales de carrera que en la prusa i3, pero vemos que la electrónica está infrautilizada.

El motor paso a paso utilizado es un nema 17 con un par de giro o torque de 4.800 gramos por centímetro y un ángulo de paso de 1.8 grados por paso de motor. Hemos comprobado que hay veces que el motor pierde pasos (sobre todo cuando la cubeta está cargada con mucha superficie a imprimir) por lo que tenemos pensado probar con un motor nema 23 (que tiene mayor torque) y comprobar si continua perdiendo pasos.

Tornillería

Nombre Cantidad Descripción
Tornillo M3x15 23 Ensamblaje armazón.
Tornillo M3x10 14 Fijación vidrio a pecera.
Tornillo M3x20 3 Fijación pecera a estructura.
Tuerca M3 40 Fijación.
Tornillo M8 1 Fijación plataforma al brazo.
Tuerca M8 1 Fijación plataforma al brazo.
Esparrago M5x30 4 Fijación patín armazón.


Mecánica

Nombre Cantidad Descripción
Varilla roscada M8x30 1 Altura eje z.
Acople 5x8mm 1 Fijación varilla a motor nema 17.
patin hiwin 1 Fijación varilla a estructura.
rail hiwin 1 Fijación varilla a estructura.

Cubeta

Después del proyector, el conjunto cubeta - agente desmoldeante, tal vez sea el elemento más importante de la impresora.

A lo largo del tiempo, hemos probado varias alternativas de agt. desmoldeantes, y con ellas también a variado el diseño de la cubeta.

Cubeta V0

Nombre Cantidad Descripción
Vidrio fondo pecera 1 Dimensiones 162x137mm. Preferentemente de borosilicato y espesor inferior a 2mm
Cubeta o Pecera 1 Inicialmente en metacrilato o carbonato.
Silicona para acuarios 1 Hace falta pistola. Para unir vidrio fondo pecera con pecera.

Piezas Impresas

Nombre Cantidad Descripción
Bisagra 4 Sirven para unir la cubeta de metacrilato a la estructura de madera. Link en Github
Plataforma de construcción - superior 1 Es una de las dos piezas que forman la plataforma de construcción. Link en Github
Plataforma de construcción - inferior 1 Es una de las dos piezas que forman la plataforma de construcción. Link en Github
Pasador alineación para bandeja de construcción 2
Asa de apriete 1 Sirve para unir la plataforma de construcción al brazo de la plataforma. Link en Github
Brazo plataforma 1
Acople entre brazo y patín 1
Fijador cubeta a estructura 4 Sirven para unir la cubeta de metacrilato a la estructura de madera. Link en Github

Los links para descargar los ficheros referentes a la estructura están aquí

Plataforma de construcción - La plataforma de construcción es la plataforma donde la pieza se va apoyando y se queda fijada, la plataforma está compuesta de 4 piezas, dos son de plástico pla, una es chapa de aluminio de 3 milímetros de grosor y otra intermedia entra la plataforma de construcción superior e inferior es una lámina de silicona de 2mm de espesor que sirve para absorber las presiones a las que se ve sometida la impresora en el proceso de la impresión.

Proyector

Nombre Cantidad Descripción
Acer p1283 1 Ficha técnica

Hay muchos modelos de proyectores que van a funcionar bien y van a curar la resina, unos necesitarán mas tiempo de exposición de la imagen a proyectar que otros pero finalmente curarán la resina. Son varios los factores que inciden en la idoneidad del proyector:

a - Resolución en los ejes xy, que tendrá que ver con la resolución o definición que es capaz de proyectar el proyector así como la óptica que trae de serie. En este sentido el proyector que hemos utilizado presenta una resolución XGA a 1024x768 pixels por pulgada. Estamos contemplando la posibilidad de añadirle algún elemento óptico para ver si mejora la resolución xy.
b - Luz ultra violeta (uv) emitida. Los proyectores vienen con un filtro uv que no deja pasar esa luz, que a niveles altos resulta nociva para el ser humano. Lo que hemos echo ha sido quitarle el filtro uv al proyector para así minimizar los tiempos de exposición por capa.
Queríamos conocer y medir la luz uv que emite el proyector, tanto cuando sale del proyector como a los 15 cms que se encuentra la pecera del proyector, para ello nos hemos construido un sensor de luz uv con arduino. Podéis ver un vídeo donde hacemos lectura de dichos valores - www.youtube.com/watch?v=kpfmtxvPt1c. Nos hemos quedado asustados de los niveles de lectura obtenidos a ras de proyector, es decir, cuando la luz sale del proyector, niveles que pueden dejar ciega a una persona en cuestión de segundos. En cambio, en las mediciones efectuadas a la altura donde cura la resina vemos que los niveles son totalmente aceptables para las personas.
Traduciendo a lenguaje llano, en la lente del proyector, CEGUERA en un plis, así que si estáis trabajando con luz uv mucho cuidado con donde ponéis la vista y siempre con protección adecuada en los ojos.
Estas lecturas nos llevan a dos opciones:
  • Proteger el acceso al proyector cuando esté encendido.
  • Poner el filtro uv y testar tiempos de curado por capa.
En este sentido, hemos probado con otro proyector que sí que trae el filtro uv y hemos recogido luz uv de hasta 600 lúmenes de intensidad en la lente del proyector(con el filtro de luz uv puesto!!).
También nos hace plantearnos si la tapa que inhabilita el acceso a la pecera debe tener algún tipo de tratamiento uv, debido a los valores tan bajos de luz uv recibidos.
c - Distancia de proyección mínima, es decir, que pueda enfocar de forma nítida cerca de la pecera.
Para realizar las modificaciones b (Filtro de luz uv) y c (Distancia de proyección mínima) nos hemos basado en un video de seemecnc.
Vídeo donde se explican las modificaciones efectuadas al proyector acer p1283
Post de seemecnc referente al proyector acer p1283

Resinas

Nombre Cantidad Descripción
Funtodo Industrial Blend 1 Ficha técnica

Necesitábamos una resina que fuese lo suficientemente asequible y dura (shore) para comenzar a testear y calibrar la impresora, después de mirar fabricantes de resinas comerciales nos hemos decantado por la resina de funtodo, por ahora sólo hemos impreso con la industrial blend en color rojo y los resultados están siendo muy buenos.

Es importante recalcar que casi todas las resinas se sensibilizan en un rango del espectro electromagnético de 395 a 405 nanómetros de longitud de onda de luz uv.

Otros fabricantes que hemos mirado y de los que nos gustaría probar sus resinas:

Desmoldeantes

Nombre Cantidad Descripción
Desmoldeante Sylgard 184 1 Ficha de producto
FEP/Teflon Non-Stick Reservoir Coating 1 Ficha de producto

La función que hace el desmoldeante es la de facilitar la separación de la capa curada con la base de la pecera, una vez que la luz uv sensibiliza la resina y la cura o endurece, esta resina curada queda pegada a la base de la cama y cuesta despegarla para que el eje z pueda subir o bajar (dependiendo de si la impresora es down to top o top to down); en el caso de Eraikizpi es down to top, por lo que el eje z aumenta y se sitúa en la nueva altura de capa, es decir, si la altura de capa es de 0.1mm, el eje z subirá esa altura, pero la resina curada evita esa subida y para facilitar la acción de subir se emplea bien un desmoldeante de silicona o un film adhesivo anti-adherente.

En Eraikizpi hemos empleado ambos sistemas, tanto el film como el desmoldeante de silicona obteniendo mejores resultados impresos con la silicona a pesar de que su mantenimiento es mas engorroso, lo ideal, de cara al usuario sería utilizar el film anti-adherente, para evitar el cambiar la base de silicona cada n impresiones con lo que ello conlleva: retirar la base actual, verter la cantidad exacta de silicona, dejar curar durante 1 ó 2 días. En cambio, para cambiar el film es tan sencillo como reemplazar el nuevo por el anterior.


Elementos auxiliares

Nombre Cantidad Descripción
Gafas protección ultra violeta 1 Para proteger la vista de la luz ultra violeta.
Alcohol isopropilico 1 Utilizado para limpiar la pieza impresa.
Guantes latex 1 Utilizado para la manipulación de la resina.
Espátula 1 Para separar el objeto impreso de la base de impresión.
Colador 1 Para colar la resina no foto-sensibilizada.
Embudo 1 Para facilitar el reciclado de la resina no foto-sensibilizada.

Desmoldeantes

Nombre Cantidad Descripción
Desmoldeante Sylgard 184 1 Ficha de producto
FEP/Teflon Non-Stick Reservoir Coating 1 Ficha de producto


Firmware

Nombre Cantidad Descripción
Marlin 1 Repositorio Marlin


El firmware que lleva Eriakizpi lo puedes abrir con el repetier firmare en: http://www.repetier.com/firmware/v092/index.html no tienes mas que seleccionar el fichero configuration.h y subirlo para ver las configuraciones que lleva la impresora dlp.

El link para descargar los ficheros referentes al firmware utilizado por Eraikizpi están aquí

Al igual que lo explicado en la sección de electrónica, hemos utilizado el mismo firmware que controla las prusa i3 que hemos montado que es el Marlin, hay muchos más pero este es el que hemos utilizado.

Marlin es un firmware que se instala en la placa de electrónica que controla la impresora, y es el encargado de ejecutar las instrucciones de código g (gcode) que recibe desde el pc (en nuestro caso).

Marlin es un software basado en el código abierto donde cualquiera puede participar desarrollándolo, aportando mejoras y adecuándolo a la evolución de la impresión 3d. En este sentido el miembro del equipo Koldo ha participado traduciendo al euskera los menús que aparecen en la lcd de las impresoras autónomas, así como implementado una nueva funcionalidad que incluye la extrusión de manera manual desde la lcd cuando la impresora tiene más de un extrusor (en el caso de la tecnología fdm).

Más información disponible en:

Software

Nombre Cantidad Descripción
CreationWorkshop 1 Página web del software

PENDIENTE PONER LINK A GITHUB PARA DESCARGA DE PERFILES DE CREATION WORKSHOP UTILIZADOS



CreationWorkshop es el software que estamos utilizando para cargar el fichero stl que queremos imprimir, y es el software que hace de intermediario entre el proyector y la impresora 3d indicándole al proyector cuando mostrar y durante cuanto tiempo cada capa o slice.

Este software es open source y tenéis todas las librerías y código a vuestra disposición en github

Hay un instructable, por el momento en ingles, donde se explica la instalación, configuración y solución de errores de este software por lo que os remitimos a dicha documentación. Echar un ojo al instructable ya que se trata de otra impresora dlp que tiene una pinta estupenda. Atum3D V1 3D DLP printer kit assembly and calibration by TristramBudel

Mejoras pendientes

  • Mejorar la resolución óptica del proyector añadiendo algún tipo de elemento óptico.
  • Saber valorar (mediante aparatos ópticos o de otra naturaleza) la definición que es capaz de dar un proyector en el eje xy.
  • Hay veces que el motor nema 17 pierde pasos, probar con nema 23.