1.- INTRODUCCIÓN

Hace ya más de 10 años que adquirí mi primera impresora 3D. Una BQ Prusa I3 de BQ, denominada Hephestos. Era un kit de montaje, y lo pasé genial haciéndola. A día de hoy sigue operativa y ya tenemos en casa 5 impresoras más. Tipo delta, de resina, de gran formato…

Desde entonces, hemos ido haciendo pequeños robots y artilugios en base Arduino y Raspberry, pero nunca había llegado a desarrollar desde cero una máquina completa, más allá de un pequeño grabador laser con motores de DVD. Para mi hijo y para mi era todo un reto y un proyecto complejo, pero ¿Why not?

Aprovechando mis conocimientos de Autocad y tras familiarizarme con el Fusion 360, nos lanzamos a la titánica labor de diseñar, fabricar, montar y poner en marcha nuestra primera impresora 3D propia. La Chocaprinter_3D V1.

2.- OBJETIVOS DEL PROYECTO

Impresora completa low cost. Solo componentes económicos.
Impresora aprovechando componentes de otros proyectos.
Estructura completa en PLA que pudiésemos imprimir con nuestras máquinas.
Sistema de montaje sencillo y replicable.
Área de impresión de al menos 120 x 120 cm.
Sistema cartesiano (El más sencillo de montar y calibrar)
Marlin 2.0 desde cero.
12 Voltios de fuente. Sin cama caliente.
Proyecto abierto a mejoras.

3.- LISTA DE COMPONENTES

Aunque se incluye un fichero en Excel con la lista de componentes principales, a modo de resumen se necesita:

Aproximadamente 1-1,2 kg de PLA
4 varillas de 8mm de 250 mm de acero inoxidable
2 varillas de 8mm de 300 mm de acero inoxidable
9 rodamientos lineales LM8UU
4 motores Nema17 HS4401S (o similar)
3 finales de carrera de 16 mm (o similar)
1 Usillo T8 de 8mm de paso y tuerca T
1 acoplamiento flexible de aluminio de 5mm a 8mm D15L20
2 Poleas dentadas GT2 de 16 dientes (se pueden imprimir)
2 Poleas lisas para GT2
1 metro de correa GT2 de 6mm y paso 2mm
4 resortes de compresión (yo he usado de 4 bolígrafos)
1 rodamiento SMR 128-Z 8x12x3.5mm (opcional)
1 Arduino mega 2560 (o compatible)
1 Ramps 1.4
4 drivers DRV8825 o A4988 (Yo he usado los DRV8825)
1 Panel de control 12864 LCD (admite otras pantallas, pero hemos hecho el soporte para el modelo Reprapdiscount.
Una fuente de alimentación de 12 V. Usamos la de un portátil.
1 Ventilador centrífugo de 50 mm de 12 V
1 ventilador de 30x30 mm de 5 V
1 Hotend E3D V5 con bloque calefactor de 12V y 40 W y termistor (se puede usar otros, pero hemos diseñado el soporte para este modelo)
1 Extrusor 3D MK8 o similar y 20 cm de tubo PTFE para filamento de 1.75 mm.
1 Tornillo y tuerca autoblocante M8 de 12 cm
1 Tornillo M5 (50 o 60 mm) de cabeza plana y tres tuercas (para el tensor del eje X)
Tornillería M3 cabeza de vaso hexagonal y tuercas (medidas variadas. Recomiendo un set de tornillos desde 10mm hasta 50mm). Hacen falta dos tornillos de al menos 55 mm que se pueden comprar a parte.
Un cristal de 3mm del tamaño del plato de impresión (140x140 mm con esquinas a 45 grados) Se puede conseguir en una cristalería y 2 pinzas de papelería de 15 mm.
Cables de distintas medidas con conexiones dupont para pinchar en la ramps. Estaño y soldador.
Bridas de plástico de distintas medidas para fijación de cables y rodamientos.

4.- IMPRESIÓN

Para imprimir las piezas he usado 3 impresoras. Las 4 piezas grandes de la estructura en una Anycubic Chiron, debido a que hace falta al menos un area de impresión de 30x30 cm. El resto de piezas con una kinroon KP3S y una Prusa Hephestos. Ambas de 20 x 20 cm de área de impresión.
De todas las piezas hay que imprimir una sola vez salvo Y_AXIS_FRONT_SUPPORT, que hay que imprimir dos veces y WIRE_LINK que son los eslabones de la cadena recoge cables y se necesitan unos 20.

Impreso en PLA blanco y azul de la marca Smartfill, pero creo que se pueden usar otros materiales. En mi caso el PLA da buenos resultados.

Parámetros usados:

Altura de capa 0,28
Capas inferiores 4
Capas superiores 4
Relleno 20% patron rejilla
No requiere de Soportes
Temperatura 205ºC

5.- MONTAJE

El montaje es bastante sencillo. En esta versión se necesita una impresora con un área de impresión de al menos 350 mm x 350 mm para la base y los pilares y el larguero superior. Nosotros tenemos una Anycubic Chirón con un plato de 400 x 400 mm. El resto de piezas se pueden imprimir en una impresora de 200 x 200 mm. En nuestro caso hemos usado una Prusa I3 y una Kingroon KP3S Pro.

Eje Y. Montar el eje con sus rodamientos, barras y base para el planto, Motor, final de carrera y correa y tensor. Una vez colocado todo atornillar a la base de la impresora.

Eje X. Montar el eje X completo insertando los rodamientos lineales en los bloques que deslizan por las varillas del eje Z. Colocar correa, final de carrera, motor, y tensor.

Eje Z. Atornillar los postes e insertar el bloque del eje X. Una vez puesto atornillar el larguero superior. Ha de queda firme. Colocar el final de carrera Z en el poste derecho y colocar el extrusor con su soporte.

Montar en bloque del hotend con los ventiladores y colocar la cadena recoge cables del eje X.
Montar el soporte de la pantalla.

Conducir todos los cables a la zona de la placa base y hacer las conexiones de prueba.

Regular el Vref de los drivers. En mi caso como los motores van a 1.7 A y mis drivers son DRV8825, tengo que regular Vref a 0,85 V. Recomiendo mirar tutoriales. Es sencillo
Programar el Marlin y cargar. Dejo el Marlin preconfigurado para la Chocaprinter. Esté está configurado para los Drivers DRV8825 a 32 micropasos, con correa GT2 y poleas de 16 dientes, paso de 2mm y husillo para eje Z T8 de 8mm de paso. Si se cambian estos componentes hay que cambiar algunas cosas en el firmware, pero hay cantidad de tutoriales.
Si todo funciona, empaquetar cableado, y con ayuda de bridas de plástico conducirlo hasta la placa. He dejado pasos para bridas en las piezas para facilitar el trabajo.
Si todo va bien, a imprimir, después de hacer los debidos ajustes de PID, y comprobación de sentido de giro de motores, pasos por mm, etc. Ver tutoriales, pero es todo muy sencillo.

En breve intentaré subir un tutorial más extenso.

6.- RETOS DEL PROYECTO

Para nosotros el reto ha sido importante. De una parte queríamos lograr un diseño completo desde cero y a ser posible muy estudiado para evitar cometer errores en la fase de montaje. Para ello hicimos algunas pruebas previas de impresiónes parciales para estudiar las tolerancias, orificios, colisiones t resistencia estructural.

Para ello empleamos distintos restos de PLA y afinamos las tolerancias. Esto nos ha ahorrado bastantes problemas.

El diseño base está hecho en autocad, que es el programa en el que yo me manejo mejor. Luego con la ayuda de mi hijo, en Fusion 360 hicimos el ensamblaje completo. Adjuntamos los ficheros de trabajo por si alguien se anima a hacer mejoras.

Una de las partes más complejas para nosotros ha sido la parte del cableado. No somos expertos soldando.

Aquí algunos videos de las primeras pruebas:

https://youtu.be/riQcbSSdUaA
https://youtu.be/njmIOqfOmvU
https://youtu.be/8wl4jfyKrUI

7.- CARACTERÍSTICAS DE LA IMPRESORA

Impresora tipo cartesiana.
Marlin 2.0.
Volumen de impresión 120 x 120 x 120 mm.
Cama caliente NO.
Extrusor tipo bowden.
Diámetro de filamento 1,75 mm
Resolución 0,1 mm.
Fuente de alimentación 12 V.
Nivelación de cama manual con 4 tornillos y resortes.
Eje Z con un solo motor y husillo T8.
Tensores en correas X e Y.