Clone wars:TriXtruder

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Proyecto tirXtruder

El proyecto **triXtruder** busca diseñar los elementos necesarios para utilizar hasta tres extrusores en una impresora tipo Prusa / Air / PrintrBot.

En dicho proyecto, se tratarán problemas mecánicos y electrónicos: se desarrollarán las piezas necesarias para conseguir el objetivo expuesto; se probarán dichas piezas y se diseñará una pequeña placa que permita adaptar el triple extrusor a la electrónica ya existente.

Objetivos

Los objetivos del proyecto son:

 * Posibilidad de colocar hasta tres hot end J-Head MK-V, es decir,disponibilidad de tres extrusores
 * Capacidad de regular la altura de cada hot end, de forma que uno no "arranque" lo impreso por el otro
 * Impresión con hasta dos extrusores en la misma pieza
 * Circuito auxiliar compatible con Sanguinololu/Ramps que permita elegir con qué extrusor/es se desea imprimir
 * Alimentación de plástico con mecanismo Bowden

Justificación

Como ya se ha explicado, lo que se busca en este proyecto en términos generales es tener disponibles tres extrusores en una misma impresora, y que la altura de éstos sea variable (regulable).

Puede surgir la duda de porque tres extrusores si con la electrónica actualmente disponible sólo se pueden usar dos a la vez.

El doble extrusor permite varias opciones. Hasta ahora la más usada era el poder imprimir en dos colores; algo llamativo pero con miras un poco cortas.

Gracias a un doble extrusor de diferente diámetro, por ejemplo 0.35 y 0.5, se podría imprimir los perímetros con el más fino y el relleno con el más grueso. ¿Qué se gana con esto? Principalmente dos cosas: velocidad de impresión y calidad.

Pero se quiere llegar más lejos. Con el doble extrusor se tendrían estas opciones: color y mejores piezas (hechas en el menor tiempo). Con un triple extrusor, se gana una ventaja más: imprimir cualquier pieza, de cualquier tamaño, con gran calidad, en dos colores y en el menor tiempo posible.

**triXtruder** permitirá elegir dos diámetros de impresión en función de la pieza, elegir dos colores de impresión... y quien sabe... quizás un día se pueda imprimir en dos materiales.

Criterios de diseño

Los criterios de diseño serán:

 * Mínimo coste
 * Mínimo espacio en la disposición de los tres hot end
 * Robustez de las piezas mecánicas
 * Flexibilidad y facilidad de ajuste de las diferentes piezas

Aunque básicos, estos criterios son difíciles de casar, por ello, se decicará el tiempo necesario para conseguir que todos ellos se den a la vez, logrando una solución óptima y "definitiva" en cuanto a la impresión con doble extrusor.

A medida que el proyecto avance, se irán publicando dichos avances.

Primeras ideas

Introducción

Antes de desarrollar el triple extrusor, se ha pensado diseñar un doble extrusor. Es algo que ya existe, con la diferencia de que en los mecanismo existentes, la opción de regular la altura de los hot end, no es posible.

Esto tiene un gran inconveniente: cuando se imprime con dos extrusores a la vez, si un extrusor está un poco por debajo del otro, arrancará la capa que el anterior a impreso.

Si la altura de los extrusores no es variable, es imposible, o muy difícil, corregir dicho error, y por tanto, la impresión con doble extrusor se vuelve algo bastante infructuoso.

Primer diseño

Primera idea

La principal idea es conseguir:

 * Que la altura de los hot end sea regulable
 * Que el cable Bowden encaje bien en el hot end y que no se mueva
 * Que no haya pérdidas de plástico por ninguna parte
 * Que la regulación sea "fina" y fácil a la vez

Para conseguir esto, se pensó en algo que fuera capaz de sujetar a la vez el hot end de manera precisa y el cable Bowden contra éste.

A su vez, debía poderse mover todo el conjunto (hot end - sujección cable Bowden) para conseguir la tan deseada regulación de altura.

Problemas encontrados

Mejora de la primera idea

El modelo mostrado en el boceto fue mejorado y se diseñó en OpenSCAD un modelo basado en esa idea.

Primera idea diseñada en OpenSCAD

Este diseño permite sujetar el hot end de manera precisa y evita que éste se mueva. Esto se conseguiría por medio de dos tornillos horizontales que "pillarían" el hot end entre las dos piezas.

A su vez, este diseño permite colocar una tapadera encima que sujete el cable Bowden contra el extrusor (por medio de dos tronillos verticales). De esta forma se conseguiría obtener un conjunto que sujeta firmemente el hot end y a la vez asegura que el cable Bowden encaje perfectamente sobre él.

Se ha conseguido por tanto un conjunto sólido que puede moverse en bloque, sin correr el peligro de que el plástico no llegue bien al hot end. Además, este modelo en espejo, permite colocar los hot end a una distancia muy "pequeña". Aproximadamente, las puntas de éstos se encontrarán a unos 2cm, una distancia mínima, teniendo en cuenta que al menos uno de los hot end deberá poderse mover.

Como se puede observar, en este diseño no existen los agujeros de sujección. Se decidió imprimir un modelo previo para ver si era posible su impresión.

Impresión del primer modelo

El resultado se puede ver en la imagen de la derecha.

El resultado no fue nada bueno. Aunque la idea va tomando forma y todo parece que va cumpliendo los objetivos, a la hora de imprimir nos encontramos con diversos problemas:

 * La pieza es bastante pequeña, y por tanto difícil de imprimir cuando se busca calidad
 * Existen agujeros horizontales, muy difíciles de imprimir cuando son pequeños y se buscan pequeñas tolerancias
 * Existen "puentes", y como se puede ver en la imagen, la parte superior de éstos no se imprime bien



Conclusiones del primer modelo

Después de las primeras pruebas, se llega a una serie de conclusiones:

 - Las piezas, aunque deben ser pequeñas para evitar que los hot end queden muy separados, hay que evitar que lo sean demasiado; es decir, las piezas en las zonas delicadas (zonas cercanas a agujeros por ejemplo) deben ampliarse, sin perder de vista la separación entre hot end.
 - Los agujeros, deben ser verticales únicamente; es decir, cuando se vaya a imprimir la pieza, los únicos agujeros que se podrán imprimir con calidad serán aquellos que sean verticales.
 - Se deben evitar los "puentes".

Tomando forma

Segundo modelo

Boceto inicial del segundo modelo
Parte superior del segundo modelo diseñado en OpenSCAD
Parte inferior del segundo modelo diseñado en OpenSCAD

Una vez obtenidos los primeros resultados y extraído las conclusiones anteriormente expuestas, se ha diseñado un segundo modelo.

La "filosofía" del modelo anterior se mantiene, intentándose mejorar todos los fallos que éste tenía.

Se diseñan varias opciones muy parecidas de este modelo, imprimiéndose algunas de ellas, hasta que se llega a una opción que parece bastante buena.

Esta opción contempla todos los fallos del anterior modelo; además, asegura que la fijación cable Bowden-Hot end sea buena.

Teniendo en cuenta el hecho de que las piezas son pequeñas, se decide desplazar los extrusores hacia un lateral, no quedando centrados con respecto la "tapa" que sujeta el cable Bowden. Esto aporta dos ventajas: los hot end esán bastante juntos y los agujeros de sujección tienen espacio suficiente para ser impresos sin problema.

Aunque hasta ahora en los modelos diseñados no se ha hablado de la regulación de altura, sí se ha tenido en cuenta.

Si se observa el segundo modelo por ejemplo, existen dos agujeros para tornillos que se encuentran fuera de la base principal. Son los agujeros más externos de la pieza. Estos agujeros tienen la misión de regular la altura del hot end de manera sencilla y precisa.

¿Cómo? Muy sencillo. Debajo de estos agujeros se introducirán unas juntas tóricas o gomas. Apretando y desapretando los tornillos, la pieza subirá y bajará con mucha precisión. Las gomas harán de muelle y permitirán que la pieza, y por tanto el hot end, se mantengan fijos al carro.

Es cierto que la distancia que esto permite desplazar el hot end es muy pequeña, pero con esto bastará, ya que realmente los errores en la altura entre ellos, es mínimo -que no quiere decir que no sea importante- y por tanto unas simples vueltas de tornillo serán suficientes para ajustar dicho error.











Impresión del segundo modelo

Con el modelo de doble extrusor diseñado, se ha impreso cada una de las partes y se ha probado que mecánicamente todo encaje correctamente y que las uniones sean rígidas.

Una vez realizadas estas pruebas, se llega a la conclusión de que este diseño es una buena opción, al menos a nivel mecánico. Habra que realizar las pruebas sobre una impresora, especialmente las pruebas de la regulación de altura.

Comienzos del triple extrusor

Boceto del triple extrusor

Con las pruebas anteriormente expuestas, se decide comenzar a diseñar el triple extrusor. Se entra de pleno en el proyecto **triXtruder**.

El único inconveniente del triple extrusor, es el espacio que ocupan los tres hot end colodados juntos, pero con las mismas piezas diseñadas en el modelo dos y retocando minimamente el diseño, esto será relativamente fácil de abordar.

A medida que se vaya avanzando en este proyecto, a simple vista sencillo y rápido pero que está muy lejos de serlo, se irán publicando los avances.