TwinTeeth - Ensamblar el Cabezal de Impresión 3D

Seguridad lo primero

El Cabezal de Impresión en 3D tiene partes mecánicas y engranajes que pueden herir los dedos. No los toques mientras el robot está funcionando. Por otro lado incorpora un extrusor de plástico que alcanza temperaturas muy elevadas (más de 190ºC/374ºF) y  puede quemarte la piel si lo tocas. El cabezal es un dispositivo eléctrico, por lo que es necesario tomar las medidas de precaución necesarias cuando se maneja cualquier dispositivo de estas características.

El Cabezal de Impresión 3D

El Cabezal de impresión 3D permite como su nombre indica imprimir objetos en tres dimensiones utilizando el método FFD (Fused Filament Deposition - Deposición de Filamento Fundido). Este método consiste en termo extruir filamento plástico a través de una boquilla o hot-end.

Puedes utilizar cualquier tipo de extrusor y hot-end pero el kit de impresora 3D que comercializamos fue diseñado para un extrusor del tipo Gregg y un hot-end J-Head de 1,75mm. Esta es una configuración barata y muy popular entre los aficionados a las impresoras 3D.

Puedes imprimir con plástico del tipo PLA o ABS pero con ABS tendrás que utilizar una cama caliente. Por este motivo te recomendamos que utilices PLA y cualquiera de los métodos de adherencia en frío, por ejemplo: cinta kapton o laca de pelo. De todos modos sería fácil instalar una cama caliente. Habría que instalar un par de resistencias bajo la plataforma de aluminio y conectarlas a la Ramps.

Para construir este cabezal necesitarás los siguientes materiales:

Preparando las piezas de plástico

Revisa las piezas de plástico antes de montarlas y usando un cutter retira los restos de material de apoyo, briznas, blobs, hilos, etc. que podrían quedar del proceso de impresión 3D.

Mediante una broca de 4mm, repasa en los laterales del hexágono los agujeros de los retenedores. Usa una broca de 3mm para los agujeros de montaje del extrusor.

Usa una broca de 2 o 3mm (dependiendo de los tornillos que utilices) para repasar los agujeros de retención del hot-end en el cuerpo del extrusor (ver foto a continuación)

Mediante una broca de 3mm repasa el resto de agujeros M3 del cuerpo del extrusor (ver siguientes fotos)

Utilizando una broca de 8mm repasa los agujeros del tornillo dentado.

Con la misma broca repasa el agujero del engranaje grande.

Inserta el eje de acero de 8x10mm en uno de los rodamientos 608.

Usa un cutter para ajustar la ventana del rodamiento del tensor.

Inserta el rodamiento y su eje en el tensor (ver siguientes fotos). Utiliza el cutter o un soldador para ajustar el alojamiento del eje si es necesario. Comprueba finalmente que el rodamiento gira libremente.

Utiliza el soldador para insertar una tuerca M3 para el perno de la bisagra del tensor (ver siguiente foto)

Inserta también dos tuercas M3 en el pie del cuerpo del extrusor. Usa un poco de plástico derretido para que no se salgan del alojamiento (ver siguientes fotos)

Inserta dos tuercas M3 para los tornillos de compresión del tensor. Usa también un poco de plástico derretido.

Ensamblando el extrusor

Comprueba que los tornillos de compresión (M3x40mm) roscan bien en sus tuercas.

Localiza los muelles. Inserta una arandela M3 y un muelle en cada tornillo.

Dependiendo de la longitud y fuerza de los muelles que uses probablemente tendrás que ajustarlos. Primero comprueba cómo de fácil es instalarlos en los tornillos y si es necesario córtalos un poco.

Localiza el tornillo dentado. Si es del tipo espárrago tendrás que poner una tuerca auto-blocante en un extremo que hará de cabeza del tornillo.

Inserta el tornillo por el agujero del engranaje grande y comprueba que encaja perfectamente.

Inserta una tuerca M3 en el piñón del motor y rosca en ella el prisionero (M3x6mm). Instala el piñón en el eje del motor y aprieta el prisionero.

Instala dos rodamientos 608 en los alojamientos del cuerpo del extrusor y comprueba que encajan perfectamente. Usa el cutter si es necesario.

Inserta el engranaje grande junto con el tornillo dentado en los rodamientos y comprueba que giran con suavidad.

Quita el engranaje e instala el motor mediante tres tornillos M3x10mm. No aprietes todavía los tornillos ya que tendremos que ajustar el juego entre el piñón y el engranaje más tarde.

Pon dos o tres arandelas M8 en el tornillo dentado (ver siguiente foto) e insértalo en los agujeros de los rodamientos de nuevo.

Comprueba que la ranura dentada del tornillo encaja con el agujero del filamento. Añade o quita arandelas M8 hasta que coincida.

Instala el tensor utilizando un tornillo M3x20mm.

Pon en el otro extremo una arandela M8 y atornilla una tuerca M8 auto-blocante. Apriétala hasta que la rueda no tenga juego pero que gire libremente en los rodamientos. Comprueba que la ranura dentada sigue coincidiendo con el agujero del filamento.

Ahora mueve el motor y ajusta el juego entre el piñón y el engranaje hasta que veas que gira bien sin mucha holgura. Entonces aprieta los tornillos del motor.

Comprueba que el conjunto gira sin demasiada fricción ni holguras y ajústalo de nuevo si fuese necesario.

Instalando el hot-end (J-head)

Inserta el hot-end en su alojamiento (ver siguiente foto). Usa un cutter o una broca de 15mm para ajustarlo si fuese necesario.

Mediante dos tornillos M2x18mm (o M3) sujeta el hot-end al cuerpo del extrusor.

Cableando el cabezal

Ahora es el momento de cablear el cabezal.

Suelda al conector DB15 hembra los cables del motor y del hot-end. Utiliza la siguiente configuración de pines:

Atornilla la cubierta del conector.

El extrusor completo tendrá el siguiente aspecto:

Localiza el hexágono y mediante dos tornillos M3x30mm sujeta el extrusor a él. Ten en cuenta la posición del hexágono antes de hacerlo. Como verás en la siguiente foto uno de los agujeros de 4mm de los laterales del hexágono tiene que quedar al frente a la izquierda, sino luego no coincidirá en el triangulo superior de TwinTeeth.

Sujeta el cableado al motor mediante una brida de plástico.

El Cabezal de Impresión 3D está terminado. Ahora tendrá el siguiente aspecto.

Instalando el driver A4988

Si no lo hiciste anteriormente ahora es el momento para instalar al driver del motor en la Ramps.

Comprueba que la impresora está desconectada, pega el pequeño radiador al IC del driver e inserta el driver en la posición E0 de la Ramps

Este driver se comparte con el Cabezal Dispensador de Pasta.

ADVERTENCIA: ten cuidado al instalar el driver porque si lo instalas incorrectamente se destruirá. También se destruye si conectas/desconectas los motores mientras la alimentación está conectada.

Si tomas como referencia los fusibles amarillos de la Ramps, a la izquierda de la placa, entonces la posición correcta del driver es con su pequeño potenciómetro hacia tu derecha.

Conecta los cables al nuevo driver. Comprueba que el conector está en la posición correcta como ya indicamos en el Capítulo 4 – Instalar la electrónica y el cableado.

El cabezal está listo para usarlo.

Comprueba que la impresora esté desconectada. Inserta el hexágono en TwinTeeth, fíjalo con los pernos de retención y conecta el cable del DB15.

Preparando la superficie de impresión

La superficie de impresión está formada por un cristal de 70x80mm y 1.6mm de grosor. Este cristal hay que sujetarlo de alguna forma a la plataforma de aluminio. Para ello hay al menos dos opciones:

• Pegar unos trozos de PCB en las esquinas
• Usar un soporte de plástico impreso en 3D

Método de los trozos de PCB

Primero marca unos cuadrados de 8x8mm en una pieza de PCB de 1.6mm de grosor. Taladra un agujero en cada cuadrado cerca de una de las esquinas.

Mediante una pequeña sierra o una segueta corta las piezas.

Localiza la plantilla de aluminio de la plataforma. Inserta 4 pines de en los agujeros de las esquinas. Pon encima una pieza de film de plástico que la proteja del epoxy. Pon algo de vaselina en los pines por el mismo motivo.

Inserta una pieza de PCB en un pin de cada esquina. Pon un poco de epoxy en cada pieza y pega el cristal encima alineándolo con la plantilla. Deja que el epoxy cure y luego quita el cristal. De esta forma las piezas de PCB se habrán pegado perfectamente alineadas con los pines y será fácil instalarlo en la plataforma.

Método del soporte de plástico

Hemos diseñado un soporte de plástico especial para sujetar el cristal a la plataforma. Puedes descargarte el fichero .STL de este soporte aquí e imprimirlo. Necesitarás una impresora 3D.

Pega con epoxy el soporte al cristal, de forma similar a como acabamos de describir con las piezas de PCB.

Instalando el Cabezal

Ahora puedes instalar el cabezal en TwinTeeth. Antes aseguraté de que la alimentación está apagada.

ADVERTENCIA: antes de instalar o intercambiar cabezales en TwinTeeth asegurate de que la alimentación esté apagada. Si no puedes destruir la electrónica.

Inserta el hexágono y fíjalo con los pernos de retención. Luego conecta el conector DB15.

Instala también el cristal sobre la plataforma de aluminio.

Instalando la bobina de filamento

Hemos diseñado un soporte para bobinas de filamento de 160mm de diámetro. Si quieres utilizarlo puedes descargarte aquí el fichero .STL e imprimirlo. Necesitarás además un pedazo de varilla roscada M8 dos arandelas, dos rodamientos 608 y dos tuercas M8.

Para instalar la bobina primero tendrás que quitar una de las tapas de plástico, la del tubo Z.

Luego instala el soporte y en él la bobina (ver siguientes fotos)

Probando el Cabezal

Conecta el ordenador al Arduino y ejecuta TwinTeethMC. Enciende la fuente de alimentación de TwinTeeth.

Ahora, selecciona el puerto COM para conectarte a TwinTeeth.

Una vez conectado, haz click en la pestaña "3D printer" y luego en el botón de Home.

Configurando la posición de inicio

Utilizando el control del eje Z, mueve con cuidado la plataforma hasta que la punta del hot-end toque ligeramente la superficie del cristal.

Recuerda: coloca el puntero del ratón encima del botón de emergencia para poder pulsarlo rápidamente y parar así el robot en caso de que algo vaya mal. Si superas los límites podrías romper el cristal.

Una vez que la plataforma esté en posición, haz clic en el botón "Calibrate".

Pon el control Z min a cero porque usando el cabezal 3D no necesitamos ir más allá de ese punto.

Haz click en el botón Set Program Zero, para establecer la ubicación actual como el (0,0,0)

Vuelve a hacer click en el botón "Calibrate" para ocultar los controles de calibración.

Luego pulsa en Home de nuevo.

Ahora, pulsa en el botón "Goto zero" para ir a la posición de inicio. La plataforma se moverá hacía arriba y se parará justo cuando la punta del hot-end toque el cristal.

Extruyendo algo de plástico

Ahora vamos a aprender a extruir manualmente algo de plástico, sólo para ver que funciona bien el extrusor y cómo se maneja.

Cuando seleccionaste la pestaña de impresión en 3D en el menú de TwinTeethMC, apareció en la pantalla un nuevo conjunto de controles. Son los controles del extrusor, similares a estos:

En la parte de abajo verás el indicador de temperatura del hot-end. Muestra la temperatura grados centígrados. El primer número es la temperatura actual y después de la barra inclinada la temperatura seleccionada.

Encima del indicador de temperatura verás un control deslizante para ajustar la temperatura seguida de tres botones: Set, Off y Check. El botón Set te permite fijar la temperatura del hot-end (la que muestra el deslizador). El botón Off desconecta el calentador y el botón Check te permite actualizar los indicadores de temperatura.

ADVERTENCIA: Los hot-end tienen una temperatura máxima por diseño y si lo calientas más allá del límite se derrite. Para imprimir con PLA un rango de temperatura de impresión de entre 180-220º está generalmente bien. Los hot-end del tipo J-head aguantan un máximo de 248º pero de todos modos comprueba las especificaciones del modelo de hot-end que utilices antes de usarlo.

Ahora fija el control de temperatura por ejemplo a 185 grados y haz clic en el botón "Set". Espera unos segundos y luego pulsa algunas veces en el botón "Check". Tienes que ver cómo va aumentando la temperatura. Irá desde la temperatura ambiente a los 185 grados que fijaste. Cuando el hot-end alcance los 185º permanecera en ese valor con ligeras variaciones.

Ahora que el hot-end está realmente caliente puedes alimentar el extrusor con el filamento de plástico. Si tratas de hacerlo cuando está frío el firmware evitará la extrusión porque podrías dañar el extrusor.

Para alimentar el plástico abre el tensor desatornillando los tornillos de compresión e inserta el filamento en el agujero de 3mm hasta alcanzar la punta del hot-end. Verás que cuando presionas sobre el filamento la boquilla del hot-end comienza a expulsar plástico derretido.

Entonces cierra el tensor y atornilla de nuevo los tornillos de compresión. ¿Cuánta presión es necesaria?. Es difícil de determinar. Intenta mover el tensor con los dedos. Tiene que ser difícil moverlo. Si lo mueves con facilidad aprieta más los tornillos.

Ahora vamos a extruir algo de plástico.

Volvamos de nuevo a los controles del extrusor.

En la parte de arriba, a la derecha, verás una flecha que apunta hacia abajo. Si pulsas en ella extruirás la cantidad de filamento indicada en el deslizador de la izquierda que pone mm. Se extruirá a la velocidad indicada en el otro deslizador, el de mm/min. Puedes cambiar los valores pinchando con el ratón en ellos y deslizándolos a la derecha o a la izquierda.

La flecha de la izquierda que apunta hacia arriba es el botón de retroceso. Mueve el extrusor en sentido contrario y de forma similar a como indicamos anteriormente. Es útil para desinstalar el filamento del extrusor.

Ahora vamos a utilizar estos controles.

Primero haz click en el botón de home.

Luego en el de Check, para comprobar que el hot-end sigue caliente y alrededor de 185º.

Ahora selecciona 3mm en el deslizador de extrusión y 200mm/min en el regulador de velocidad. Haz clic en la flecha hacia abajo para extruir el filamento. Verás cómo el motor, los engranajes y el tornillo dentado se mueven empujando el filamento hacía la boquilla del hot-end. Haz clic de nuevo hasta que veas que el plástico derretido sale por él. Entonces prueba el botón de reverso.

Si el motor no se mueve, entonces algo anda mal. Comprueba primero si el controlador A4988 está ajustado correctamente. Comprueba que el potenciómetro está en la posición correcta como hemos mostrado en el Capítulo 6 – Calibrar el robot. Ajústalo  si es necesario. Si aún no se mueve, revisa el cableado y el conector DB15.

Para desinstalar el cabezal, primero retira el filamento del extrusor (utilizando el botón de reverso) hasta que esté fuera del tensor. Haz clic en el botón "Off" para enfriar el hot-end. Usa el botón "Check" para ver cuando está frío. Entonces retira el carrete de filamento, desconecta el DB15, abre los retenedores y retira el cabezal.

La Cabezal de impresión 3D está listo. Antes de utilizarlo, tómate algún tiempo para familiarizarte con él.

Vamos a aprender más cosas sobre cómo usarlo en el siguiente capítulo "Cómo usar TwinTeeth".

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