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Manutenção e Cuidados com a Impressora 3D

Sendo um aparelho que em sua operação normal lida com tantas forças mecânicas, térmicas e até químicas, é esperado que a impressora 3D sofra considerável desgaste com o uso, comprometendo seu funcionamento e precisão e aumentando riscos de acidente. Portanto, ativamente buscar fazer verificações, correções, limpeza, lubrificação e manutenção geral da impressora é essencial para continuar tendo impressões de boa qualidade e também mitigar eventuais problemas que surjam.

Para esse fim, é preciso entender que existem vários modelos de impressora 3D FFF tanto no mercado brasileiro quanto no internacional, e embora as técnicas que aqui apresentamos sejam o mais universais possíveis, dadas as particularidades de certos modelos, pode ser que não se apliquem ou precisem ser modificadas. Por exemplo, a lubrificação de um componente pode exigir um tipo de óleo diferente, ou partes como o hotend podem não ser facilmente desmontáveis para limpeza, sofrendo mais desgaste com a tentativa de manutenção que com o uso cotidiano.

Componentes mecânicos

• Parafusos e porcas: Em impressoras 3D reprap como graber e prusa, os parafusos podem afrouxar um pouco quando submetidos a muita pressão estrutural ou vibrações, especialmente em peças móveis como extrusor ou suportes do carro X. Recomenda-se apertar tais parafusos com periodicidade anual. Caso a carcaça seja de acrílico é preciso especial cuidado no aperto pois este material tem tendência a rachar.

• Motor e correia: Ainda em relação aos parafusos em graber e prusa, os mais propensos a folga são os que esticam a correia dos carros X e Y. Em ambos os casos, antes de se apertar os parafusos deve-se afrouxá-los o máximo sem removê-los; então, deslizar o motor para deixar a correia o mais esticada possível, para só então apertá-los.

• Rolamentos e barras lisas: Uma das partes mais delicadas e propensas a desgaste estrutural da impressora são os rolamentos. Recomenda-se desligar a impressora (para não haver torque de retenção nos motores) e com a mão, deslizar o carro da impressora para ver se há movimento livre, ou se existe irregularidade da resistência. É razoavelmente comum que surjam irregularidades nos eixos como um ligeiro abaulamento das barras lisas ou ainda desgaste prematuro ou perda das esferas dos rolamentos. Falta de paralelismo entre as barras lisas também pode causar isso. Se tais irregularidades forem percebidas, recomenda-se desmontar o conjunto para a localização do problema. Se as barras tiverem entortado levemente, recomenda-se trocá-las, visto que a correção nunca fica perfeita. Caso o problema seja nos rolamentos, é mais barato colocar novos. Sendo falta de paralelismo, geralmente remontar o conjunto tomando cuidado de acertar os encaixes já resolve o problema.

• Buchas: No caso de buchas de bronze ou drylin, o desgaste é esperado dado o contato constante com a barra lisa, e a vida útil de tais componentes é necessariamente limitada. O carro deve ser deslizado no eixo procurando-se fazer um pouco de força no sentido transversal, de modo a procurar detectar alguma folga. Se houver folga no carro, é sinal que as buchas esgotaram sua vida útil e precisam ser trocadas. Recomenda-se fazer a verificação a cada 6 meses.

• Barra roscada e fuso: o desgaste de barra roscada é mais comum do que de fusos, visto que seus fios são bem mais finos e sua estrutura é feita para sustentação e não movimento. De qualquer maneira, é algo que pode acontecer com ambos os componentes. O desgaste pode acontecer tanto na barra quanto na castanha ou porca, e pode ser descoberto quando, girando manualmente o eixo com os dedos, se encontra folga ou "emperramento" do movimento. Não costuma ser visível onde está o problema — se na barra ou na porca — portanto o recomendado é removê-lo e testar em uma castanha virgem, para ver se desliza uniformemente e sem folgas. Se deslizar, é a castanha que se desgastou e precisa ser trocada. Outro problema que pode acontecer com barras roscadas e fusos, facilmente verificável com o desmonte do elemento e comparação com uma régua. Assim como no caso da barra lisa, correções caseiras não costumam funcionar, portanto a troca é recomendada, especialmente no caso do fuso.

• Nivelamento dos eixos: em qualquer impressora 3D que tiver dois motores ou mais para controle de um eixo, uma assimetria pode acontecer de modo que o carro não fique perfeitamente paralelo. Essa assimetria costuma ser sutil, nem mesmo percebida a olho nu, e mesmo assim contribui enormemente para o desgaste e empenamento das peças. Em especial, impressoras 3D estilo graber e prusa que tenham nivelamento automático de mesa (BAL) costumam mascarar tão bem o problema que ele parece inexistente. É comum que um fator que dificulte a detecção do problema é que a mesa de impressão siga a assimetria/inclinação do carro, fazendo parecerem simétricos visto que estão paralelos.
  O procedimento recomendado nesse caso deve ser feito sempre que se desconfie que há uma assimetria (como depois de transportar a impressora 3D) ou com periodicidade pelo menos bimestral. Como a mesa de impressão pode também estar desnivelada, recomenda-se desmontá-la inteira, e usar uma superfície plana colocada entre os dois motores para nivelamento. Coloca-se no carro X um relógio comparador com suporte deslizante e então se gira um ou outro motor para abaixar ou levantar cada eixo, até que se os deixe paralelos — isto é, em todo lugar que o relógio comparador tocar na superfície pela extensão do carro X, dará a mesma medida.

Figure 1. O autor disponibilizou dois modelos de suporte para relógio comparador no thingiverse, um para prusa e outro para Sethi3d AiP: https://www.thingiverse.com/thing:385846 e https://www.thingiverse.com/thing:38569 - podendo ser usados para o nivelamento dos eixos.

Conformações diferentes de eixos — por exemplo, que toquem um elemento paralelo, ao invés da mesa de impressão — exigirão estratégias diferentes, mas que podem ser inferidas a partir da mostrada. No caso ilustrado, é requerimento que os eixos estejam nivelados a partir do quadro da impressora para que a mesa de impressão, que costuma ter inclinações mais frequentes, os use como referência para seu próprio nivelamento.

• Nivelamento da mesa: é extremamente importante para todo o processo de impressão que a mesa esteja bem nivelada em relação aos eixos da impressora, mesmo se a impressora tiver nivelamento automático, que em tempo de impressão compensa o nivelamento com correção matemática das coordenadas. Durante o processo de impressão, tipicamente o eixo Z não se move enquanto cada camada está sendo impressa, somente os eixos X e Y. Quando se usa o autonivelamento em mesa desnivelada, cada camada é impressa inclinada, e o eixo Z permanece em constante movimento, desgastando consideravelmente mais o fuso ou barra roscada (isso não é verdade para alguns modelos de impressora, como a brasileira Sethi S3 que ao invés de corrigir por cálculos, inclina mecanicamente a mesa, evitando tal desgaste).
  A técnica de nivelamento mecânico de mesa mais frequente é o ajuste fino de seus cantos usando parafusos. As mesas de impressão são quase sempre sustentadas por molas — que servem como dispositivos de segurança para que o hotend não "afunde" na mesa e se quebre — e essas molas têm um parafuso que serve de anteparo, girando sua rosca para aumentar ou diminuir a altura do canto. Esse ajuste é feito tendo a ponta inferior do hotend como calibrador: Coloca-se o hotend no ponto mais baixo e ele é movido no eixo XY o mais próximo possível do canto a ser ajustado, para então se girar o parafuso. No caso de mesa sem autonivelamento, como também se está ajustando o nível zero do eixo Z, se coloca um anteparo de 0,1mm de espessura entre a ponta do hotend e a mesa — geralmente um cartão de visitas. Diversos itens podem ajudar na agilidade desse procedimento, como o uso de porcas borboleta ao invés de porcas comuns para poderem ser ajustadas com a mão, ou mesmo designs impressos de sites de impressão 3D.

Figure 2. Buscando por "bed leveling kit" no thingiverse, encontram-se vários designs úteis de diferentes níveis de sofisticação para auxiliar na tarefa de nivelamento de mesa manual. A maioria deles consiste de botões rotatórios para ajustes rápidos do nível dos cantos.

• Empenamento da mesa: problema especialmente comum em mesas grandes, pode ocorrer de, ao se tentar nivelar uma mesa de impressão, perceber que não é a inclinação o problema, e sim a superfície não ser satisfatoriamente plana. A possibilidade de corrigir esse empenamento vai depender do tamanho da mesa, material e outras características de construção, mas em geral mesas de metal podem ser corrigidas com pressão aquecida em superfícies planas, e pra mesas de circuito impresso se aconselha a troca tanto por serem mais baratas quanto mais difíceis de corrigir. Enquanto a troca não é feita, o recurso de mesh leveling automático do firmware Marlin pode ser usado temporariamente para compensar a geometria irregular, visto que o nivelamento automático simples não ajuda neste caso.

• Extrusor/tracionador: ainda que haja enormes variações entre os modelos de extrusor do mercado, é mais ou menos universal que a tração pelos dentes do pinhão desprenda lascas e pequenos fragmentos do plástico, e que com o tempo essa "poeira" adira a esses dentes, tornando a tração mais difícil e escorregadia. Para complicar, é frequente que o acesso a essas partes seja dificultado pela geometria. Um elemento que costuma funcionar para a limpeza do pinhão são pincéis comuns de pintura, com os de cerda dura penetrando mais entre os dentes para remoção dos resíduos. Ligue a impressora e, sem filamento no extrusor, mande um comando de extrusão que dure pelo menos uns 2 minutos, e com o pinhão rodando, use o pincel para limpeza. Se fragmentos "teimosos" não saírem, o uso de um pincel com cerdas de metal pode resolver.

• Hotend: os maiores locais de desgaste de um hotend são o bico, o tubo interno e o heatbreak (barreira térmica):

  • O bico pode deformar quando é vítima de muitas operações desajeitadas que o arremetem contra a mesa ou fazem com que colida com objetos. Outra possível causa de deformação do bico, neste caso seu orifício, é o uso de filamentos abrasivos para o qual ele não é construído — o material do bico é latão, um metal relativamente mole. Nem sempre tais deformações são visíveis a olho nu, sendo mais facilmente perceptíveis quando a qualidade de impressão começa a variar. Como é uma peça relativamente simples, barata e comum na maioria das impressoras de mercado, recomenda-se a troca quando se suspeitar de deformação. Para o uso com filamentos abrasivos como fibra de carbono, sugere-se um bico de aço inoxidável. Ao trocar o bico, se sua impressora usa autonivelamento de mesa, pode ser necessário reconfigurar no firmware o offset (deslocamento) vertical da altura do bico em relação à sonda.

  • Outro problema que pode acontecer não só com o bico, mas também com o bloco aquecedor, é o plástico derretido e carbonizado aderir em suas paredes. Isso por si só não costuma causar muito problema se a camada for fina, servindo até como isolante térmico para impedir que a temperatura escape, mas pode dificultar a manutenção e manchar impressões. Recomenda-se a limpeza semestral do bico e do bloco aquecedor, que pode ser feita desmontando-se o hotend e colocando os elementos mergulhados em solvente por algumas horas, com subsequente lixamento do plástico remanescente. O procedimento é semelhante ao utilizado para quando há eventual entupimento do hotend com plástico derretido, ilustrado no canal de youtube do autor: https://www.youtube.com/watch?v=NZ1dRB3ZXNc

  • Em hotends com tubinho de PTFE interno, é muito comum que o tubo de PTFE degrade, carbonize ou arranhe, os sintomas disto sendo uma perceptível diminuição da qualidade de extrusão e entupimentos frequentes. Deve-se desmontar o hotend e remover o tubo para verificação. A troca deste tubo é simples e barata, a desmontagem e montagem do hotend sendo a parte mais trabalhosa.

  • Em hotends all-metal, se o tubo interno de metal arranhar, é necessário substituí-lo. Soluções caseiras como uso de broca não funcionam, visto que essa parte interna precisa de polimento especial para funcionar bem com o plástico derretido.

  • O heatbreak, apesar de ser uma peça feita com duríssimo aço inoxidável, é também bastante fina e, com alguma pressão mecânica, pode deformar ou se dobrar, e tentativas de endireitá-la não funcionam. É outra peça que, se estragada, deve-se trocar. Para evitar problemas com o heatbreak, evite bater o hotend contra a mesa.

  • Como se pode ver, partes diferentes do hotend exigem trocas, mas as peças individuais podem ser difíceis de achar ou até, dependendo do modelo, indivisíveis do conjunto. Nesse caso, o único jeito é realmente a substituição do hotend inteiro.

• Limpeza (geral):

  • Antes, uma precaução: evite umidade perto de circuitos eletrônicos, peças térmicas ou metálicas, mesmo com pano úmido. Gotas podem levar a curtos e corrosão.

  • Se a mesa aquecida usar vidro, remova-o para limpar separadamente. É importante que tanto o vidro quanto a mesa estejam bem polidos; partículas de poeira ou plástico podem interromper o contato do vidro com a mesa, criando um pequeno vão com ar que funciona como isolante térmico e portanto prejudicando o processo de impressão. É preciso ainda ter especial cuidado com mesas aquecidas que têm contatos expostos, como as mesas "MK2B" presentes em repraps.

  • Se sua impressora 3D tem fundo fechado, a acumulação de sujeira e detritos de impressão nessa parte é perigosa para o funcionamento da impressora. Se for muito difícil remover tais detritos com pano, use um mini-aspirador, do tipo que se usa em automóveis, para limpá-los.

  • Impressoras que têm a carcaça de metal a têm revestida por proteção, de modo que passar um pano levemente úmido com sabão é efetivo para limpá-la, com uma escova de dentes usada para as frestas que acumulam mais sujeira. Algumas receitas caseiras como fazer uma pasta de bicarbonato de sódio e água para passar no metal, neutralizando o pH e deixando-o brilhante, podem funcionar bem.

  • Em impressoras 3D de MDF ou acrílico, cuidado com a utilização de álcool isopropílico. Ele mancha, penetra no MDF e o amolece, e causa rachaduras no acrílico.

    • No caso do acrílico um pano de microfibra úmido com sabão costuma ser suficiente para limpar; um acabamento melhor pode ser obtido utilizando-se cera lustra-móveis incolor. A microfibra tem a desejável propriedade de não soltar fiapos.

    • O MDF absorve umidade rapidamente e se não tiver uma camada protetora, tende a inchar e se degradar por causa disso. Para a limpeza, um pano seco deve ser utilizado, ou no máximo um pano de microfibra com algumas poucas gotas de água com sabão para limpeza mais pesada. Nunca use produtos pesados como querosene ou thinner no material. Recomenda-se fortemente que se proteja a carcaça de impressoras de MDF com vernizes ou lacas impermeáveis para estender sua vida útil. Recomenda-se o revestimento nas peças antes da montagem, ainda que isso dificulte um pouco os encaixes.

Componentes eletrônicos

• Drivers e Motores: é sempre bom fazer uma verificação nos motores, ver se eles não estão perdendo passo ou superaquecendo durante as impressões. As perdas de passo são visíveis pelo desalinhamento da peça quando nos motores X ou Y, na compressão da peça quando no eixo Z e como um dos motivos possíveis para subextrusão pelo motor do extrusor. Já o superaquecimento pode ser constatado colocando-se o dedo sobre o motor, ou em termos mais científicos, medindo se a temperatura passa de 50°C. Em quaisquer desses casos, o primeiro item a verificar é se os drivers estão com a corrente adequada regulada para o motor, o mesmo procedimento visto na seção sobre drivers e motores e feito com multímetro, e girar o potenciômetro para corrigir seus ajustes. É interessante fazer a medição semestral ou anual da corrente dos drivers para garantir a vida útil deles e dos motores que controlam.

• Microcontrolador: o cérebro da impressora é certamente um componente importante e dar uma examinada por partículas de poeira, cabos com contatos frágeis, chips que estejam esquentando e outros potenciais causadores de problemas leva pouco tempo e pode prevenir muitas dores de cabeça. Uma passagem de pincel ou pano de microfibra com álcool isopropílico são recomendados para remover sujeira e se houver problemas de dissipação térmica, dissipadores de alumínio e ventoinhas de gabinete (ligadas nos 12V da fonte) ajudam bastante.

• Fios e Cabos: são um componente especialmente pernicioso nas repraps, visto que suas receitas de montagem costumam ser bem detalhadas, explicativas e abrangentes…​ Exceto na parte de cabeamento. Ensinam o que ligar e onde, mas nem mesmo tamanho de cabos passam — e é comum ver impressoras com cabos diversos de tamanho curto ou longo demais, assim como desorganizados como se fossem uma "maçaroca" de fios que além de ser perigosa e ineficiente, torna bastante trabalhosa a manutenção de um aparelho que devia ser justamente muito fácil de mexer e arrumar.
  Se você "se reconheceu" nesta caracterização de impressora, existem alguns utensílios que podem auxiliar na arrumação, organização e fixação dos cabos. A seguir:

  • Tiras enforca-gato: também conhecidas por abraçadeiras de nylon e variados outros nomes, são tiras oferecidas em variados tamanhos e se fecham travando inserindo uma ponta em um pequeno orifício na outra extremidade, prendendo com firmeza.

  • Espiral organizadora de cabos: é um dos organizadores mais fáceis de se colocar e remover em fios e cabos, sendo portanto adequada para fiações que exigem frequente manutenção: permite ser colocada mesmo com os cabos já ligados em seus respectivos terminais.

  • Malha náutica: uma malha flexível e compressiva em que se inserem os fios e cabos antes de os prender nos contatos. Oferece o melhor acabamento visual, mas dificulta a manutenção visto que para se remover os cabos sem cortar a malha é necessário desconectar pelo menos uma de suas extremidades.

  • Lagarta/esteira porta-cabos: lembrando em aparência a espiral organizadora, é um aparato de plástico mais sofisticado (e mais caro) que limita o movimento dos cabos a um plano de deslizamento. É bastante utilizada para operação guiada de cabos, como os de mesa aquecida e extrusor, mas sua colocação precisa ser bem planejada. Existem alguns modelos em que cada elo da lagarta tem uma pequena portinhola que permite que a lagarta seja removida e recolocada sem precisar desconectar os fios, mas são mais difíceis de achar.

Figure 3. Alguns modelos de aparatos que ajudam a organização de fios e cabos. 1: tira enforca-gato. 2: espiral organizadora. 3: malha náutica. 4: lagarta porta-cabos. Essas sugestões não são exaustivas - alguns makers e até fabricantes utilizam tubos termo-retráteis para organizar seus cabos, por exemplo.

Lubrificação

Ao desavisado, pode parecer que qualquer lubrificação de peças de máquinas é um problema trivial e basta usar um óleo qualquer comprado em lojas de ferramentas para tê-lo resolvido. Esta aparência, no entanto, está muito longe da verdade, especialmente para uma máquina que reúne tantas tecnologias diferentes e tem variadas partes móveis. Deixar de lubrificar uma impressora 3D, a longo prazo, pode resultar em impressões ruins, acumulação de poeira, desgaste de peças e até problemas mecânicos; mas lubrificá-la de maneira incorreta tem o mesmo potencial de danos, se não maior, especialmente em um ambiente dominado por receitas desinformadas de internet e soluções paliativas; imagine lubrificar uma peça sujeita a grandes temperaturas com óleo inflamável ou que gere vapores tóxicos.

Óleos versus Graxas: existe um debate recorrente na indústria de máquinas sobre o uso de óleos (líquidos) ou graxas¹. A graxa, ou óleo graxo, é um agente de dispersão de um produto espessante num lubrificante líquido, com consistência entre sólida e semifluida, podendo conter outros ingredientes para ter propriedades específicas desejadas. Como se pode inferir pela descrição, as graxas geralmente serão mais caras. Existem muitos tipos diferentes de óleos e ainda mais tipos diferentes de graxas, mas para nossas finalidades o mais adequado é manter o assunto simplificado. Lubrificantes em geral servem para²:

• Converter em atrito sólido para atrito líquido, reduzindo a perda de energia;

• Reduzir o contato entre as superfícies e assim o desgaste;

• Proteger as superfícies contra substâncias corrosivas como ácidos ou oxigênio;

• Evitar a formação de sujeira;

E em especial, as graxas, por serem mais espessas, costumam cumprir as seguintes funções adicionais:

• Absorver e dissipar o calor gerado pelo contato das superfícies;

• Impedir a saída de lubrificantes e a entrada de partículas estranhas;

• Amortecer o choque de dentes de engrenagens ou outras peças de impacto;

• Amenizar/amortecer as folgas ou interstícios da geometria do mecanismo.

Existem ainda lubrificantes sólidos como grafite ou PTFE (Teflon), que dão uma lubrificação seca às peças.

Dada essa distinção, segue-se uma lista de sugestões do que usar em cada peça da impressora 3D e sua devida explicação³:

• Barras roscadas: devido às características de barras roscadas de grande propensão a desgaste do metal devido aos fios finos, o uso de graxa ou lubrificantes sólidos não é recomendado. Outro problema de usar graxa nessas peças é que com a frequente exposição delas a poeira e partículas do plástico, as graxas tendem a se entremear com elas e formar um composto abrasivo e grudento, prejudicando todo o mecanismo. Portanto, o recomendado para tais componentes é um óleo fino, como o óleo doméstico Singer ou outros óleos da mesma categoria usados em bicicletas. Óleos minerais e óleos de silicone costumam também ter bom desempenho nessa peças, com o óleo usado em esteiras sendo uma boa indicação para uso geral dado seu baixo preço e resistência a temperatura. Se recomenda reaplicação mensal.

• Fusos de rosca: em impressoras 3D fechadas que tenham tais mecanismo isolados e protegidos da ação do plástico, ainda mais se tiverem o acesso dificultado, o uso de graxas especiais para fusos, geralmente baseadas em lítio e vendidas em casas de ferramentas e artigos para automóveis, pode ser uma alternativa melhor por proteger e lubrificar as peças por mais tempo, não topando nos problemas de desgaste existente nas barras roscadas, e ainda amortecer folgas microscópicas. Por outro lado, se tais fusos estiverem expostos, tanto pela facilidade de manutenção quanto pela menor propensão a acumular poeira, os mesmos óleos das barras roscadas são recomendados.

• Rolamentos radiais: são peças quase sempre fechadas e vêm com sua própria lubrificação, portanto lubrificação adicional não é necessária. Caso se detecte atrito da peça, devido ao seu baixo preço pode ser mais palatável substituí-la que tentar lubrificá-la. Alguns rolamentos maiores de vida útil longa têm o que se chama de "pino graxeiro", que é uma entrada específica para se aplicar graxa com instrumento especializado.

• Rolamentos lineares em barras lisas: praticamente todos os rolamentos lineares encontrados em impressoras 3D são fechados (dão a volta completa em torno da barra) e não necessitam de aplicação adicional de lubrificação. No entanto, a barra lisa que abraçam estará sujeita ao ambiente, e se recomenda usar o mesmo óleo doméstico ou de silicone das barras roscadas para proteger a peça. Se recomenda reaplicação mensal.

• Buchas: as buchas, usadas nos mesmos lugares em que os rolamentos lineares, podem ser feitas de materiais diversos como bronze, cobre, plásticos (incluindo auto-lubrificantes) e PTFE, o que complica uma receita geral para seus lubrificantes — por exemplo, as de plástico auto-lubrificante não demanda lubrificação adicional, e em certos casos usar um lubrificante incompatível com um dos dois materiais em contato pode acabar gerando atrito, corrosão e desgaste no conjunto. A incompatibilidade pode acontecer por o material não interagir bem com o lubrificante, seja por reações químicas, seja por polaridade de superfície. Por outro lado, a lubrificação é estritamente necessária para o caso de metal com metal (por exemplo, buchas de bronze na barra lisa de aço cromado). Para buchas de plástico de impressão como ABS ou PLA, não se deve usar óleo mineral, ou de ésteres e poliglicóis; por outro lado, o óleo de silicone é compatível (e óleo de silicone não pode ser usado com buchas de silicone). Algumas graxas mais finas de propósito geral também cumprem bem a tarefa de proteger as barras lisas e permitir bom deslizamento das buchas.

• Articulações e juntas de esfera: Nestes casos graxa de lítio pode ter um bom desempenho. Lubrificante sólido de PTFE pode ter ainda melhor desempenho, pois não tende a acumular sujeira, embora precise ser reaplicado frequentemente.

• Hotend: usado para quando se quer aprimorar o deslizamento do filamento (especialmente PLA) dentro do tubo, muitas vezes se usa uma gota de óleo no tubo de hotend. Para esse fim, os óleos de alta temperatura são os mais adequados, em especial o óleo de silicone.

O que não usar: como já foi descrito, o ecossistema maker tem uma boa dose de amadorismo e de "maus conselhos" sendo passados como verdades, e por isso é salutar ter uma lista de compostos que comumente são usados, mesmo sendo totalmente inadequados para a tarefa.

• Grafite: o grafite em pó é um lubrificante comum e utilizado em muitos mecanismos e articulações, mas em geral não é muito adequado para as peças das impressoras 3D por não aderir bem às superfícies lubrificadas e acabar se tornando ele mesmo um resíduo. Além disso, faz com que necessite de constante necessidade de reaplicação, e pode, como no caso das barras roscadas, acabar gerando desgaste mecânico adicional nelas. Apesar de poder haver impressoras mais robustas com necessidades mais específicas que tolerem melhor o grafite, quando for o caso isso certamente será claro e constará no manual de manutenção.

• Óleos vegetais domésticos como canola eventualmente aparecem como proposições "maker" devido ao seu baixo preço e alta disponibilidade, mas têm incompatibilidades com metais e substâncias orgânicas que são detrimentais ao funcionamento de máquinas, com resíduos como a glicerina que são potencialmente perniciosos.

• Desengripantes como WD-40 não são lubrificantes, ao invés disso sendo compostos feitos para remover resíduos de poeira, ferrugem ou de lubrificantes anteriores. A sigla "WD" significa "Water Displacing", ou "Deslocamento de Água", por seu uso principal como solvente ou remover de ferrugem. Uso nas peças de impressora leva a ressecamento de sua lubrificação, formação de "pelotas" de sujeira, aumento do atrito e desgaste, e remove a lubrificação interna dos rolamentos.

Note

Notas: http://www.machinerylubrication.com/Read/923/grease-oil — texto bem explicado e curto, em inglês, sobre quando usar graxa e quando usar óleo. Em português: http://www.dolphingrupo.com.br/blog/20-08-15/lubrificar-m%C3%A1quinas-%C3%A9-preciso -mas-%C3%A9-melhor-usar-graxa-ou-%C3%B3leo Como sempre, o wiki do projeto reprap — em inglês - tem informações úteis sobre o assunto. Tenha em mente no entanto que alguns dos compostos sugeridos na página podem ser difíceis de encontrar no Brasil: http://reprap.org/wiki/Lubrication

O Pesadelo: Calibração de uma delta

Quando se procura saber mais sobre as impressoras estilo delta, seja para comprar ou para montar, as respostas em fóruns podem assustar o interessado. Há um determinado aspecto das deltas que é unanimamente vilificado: sua calibração, especialmente a calibração inicial para a impressora começar a funcionar. Mas o que causa consenso tão resoluto, e por que seriam as deltas tão mais propensas a complexidade e problemas do que outros tipos de impressora 3D? Entender o problema é meio caminho para a solução, então antes de enveredar para a calibração, é mister apontar a lente do microscópio para nossa delta para compreender o que contribui para sua fragilidade.

Os motivos principais para as deltas serem consideradas problemáticas são:

• Medidas despadronizadas — a maioria das impressoras cartesianas é projetada com tamanho bem determinado que, testado, funcione bem, com peças proporcionais aos pesos que devem sustentar, volumes de impressão bem definidos e capacidade tabelada. Até mesmo as cartesianas de fabricantes diferentes apresentam medidas próximas, não raramente idênticas. Nas deltas de mercado, a variabilidade é maior, em parte porque a escala não afeta tanto a diferença de custo. Os dois modelos mais famosos, Kossel e Rostock, têm muitas derivações diferentes de variados tamanhos e compleições, e cada fabricante toma liberdades em suas medidas que as diferenciam ainda mais. Assim, não há valores "padrão" em que se basear exceto para alguns poucos modelos comerciais de maior sucesso.

Figure 4. Tiko, impressora financiada no Kickstarter cujo maior diferencial é o corpo de uma peça só usinada ("unibody"), evitando os problemas de assimetria e medidas (fonte: kickstarter.com)

• Dificuldade de obtenção das medidas — em cima do fator de despadronização, as deltas em sua montagem têm "pontos livres" cujo posicionamento durante a montagem não é exato, como a altura de onde se prende o endstop no poste. Assim, a maioria das construções de deltas exige uma etapa posterior de mensuração das distâncias resultantes, e mesmo essas medidas são difíceis de fazer (pela geometria das peças aliada às limitações dos instrumentos), portanto propensas a erros consideráveis.

• Indireção das medidas — muitas medidas não são usadas diretamente e portanto não podem ser verificadas diretamente; entram em um cálculo ou combinação com outras e não podem ser aferidas de maneira simples. Isso transforma um problema de uma variável em um sistema de múltiplas equações, com variáveis difíceis de isolar. Como exemplos, temos as coordenadas X-Y-Z — calculadas pelas posições dos braços nos pilares - e o DELTA_RADIUS, a principal medida de uma delta, calculado a partir de outras três medidas. Isso também dificulta bastante o entendimento intuitivo dessas medidas, de modo que fica difícil "abstrair" o que pode estar dando errado.

• Falta de ponto de referência — Três pontos no espaço tridimensional têm um único plano passando por eles; os três endstops de uma delta, no topo da carcaça, definem o plano de inclinação das impressões. Numa construção ideal, a altura deles nos postes seria perfeitamente simétrica e definiriam um plano completamente horizontal. Na vida real, os endstops estarão em alturas diferentes e a inclinação do plano terá que ser aferida para correção; entretanto, o melhor ponto de referência para essas medidas seria a plataforma de impressão, que também terá sua própria inclinação em relação à superfície. E para complicar mais ainda o meio de campo, essas duas inclinações têm que ser encontradas simultaneamente ao valor da concavidade ou convexidade resultante das imprecisões das medidas dos eixos — que também deve ser corrigido para resultar em um plano. Essa é a maior armadilha das deltas e a razão de sua calibração ser demorada: qualquer que seja o método usado, são necessárias várias iterações de aproximações sucessivas até se estabelecer um ponto de referência com precisão razoável. As variáveis que queremos achar são:

  1. Medidas iniciais aproximadas dos elementos de interesse. Vamos medir partes da delta que permitirão ao firmware fazer as transformações de eixos (A, B, C) para (X, Y, Z) usando cálculos trigonométricos. Essas medidas têm diferentes nomenclaturas em diferentes firmwares, vamos listar dos três mais conhecidos.

  2. Distância do bico (na sua posição mais alta) à mesa. Vamos chamar de *h*. (de height, *altura* em inglês). No Marlin, ele é o ajuste DELTA_HEIGHT, no Repetier Z_MAX_LENGTH e no Smoothieware gamma_max. Por ser relativamente fácil de obter, fácil de corrigir, e portanto fácil de iterar em uma delta comum com endstops máximos, será a nossa "âncora" para medidas.

  3. Deslocamento (offset) de cada endstop de cada torre (inclinação do plano). Se as torres são A, B e C, vamos chamá-los de D_A, D_B e D_C.

     

     Figure 5. Visão de cima de uma delta, sendo ressaltadas as torres A, B e C (perceba que estão em sentido anti-horário) e as coordenadas X e Y, com a origem (0,0) no centro da mesa. A coordenada Z é a altura. A equivalência entre A, B e C e X, Y e Z é importante para as transformações trigonométricas que mapeiam coordenadas das torres em coordenadas cartesianas. Ressalte-se que a sequência ABC começa do canto inferior esquerdo e vai no sentido anti-horário. Dependendo da documentação consultada, tais torres podem aparecer como Alpha, Beta, Gamma ou mesmo X, Y e Z (causando confusão com os eixos cartesianos).
     

     Figure 6. Em uma delta ideal com simetria total e medias exatas, os três endstops superiores estariam em um plano perfeitamente horizontal, mas na prática terão um desnível/deslocamento, geralmente por volta dos décimos de milímetros.

  4. Concavidade. Essa pode ser a parte mais difícil de ser compreendida, e se traduz no seguinte: quando as medidas dos componentes estão erradas, a transformação trigonométrica de coordenadas nos pilares A, B e C para X, Y e Z tem o sintoma de transformar um plano em uma seção convexa ou côncava. Quer dizer, se você mandar o extrusor desenhar um quadrado num plano de altura específica, ao invés disso você terá como se fosse um quadrado desenhado na superfície de uma esfera.

  5. Distância angular entre as torres. Na verdade não usaremos essas variáveis. As deltas têm três torres, e embora idealmente os ângulos delas devessem ser exatamente iguais (3 ângulos de 120°), na fabricação ou montagem pode haver alguma irregularidade. Adicionalmente, alguns modelos de delta podem adotar ângulos diferentes — por exemplo, dois ângulos de 130° e um de 100°. Mas esse caso é tão raro, e as irregularidades de montagem quando existem são tão diminutas, que não interferem em nada na qualidade de impressão nas grandezas em que vamos trabalhar. De qualquer jeito, firmwares como Marlin e Repetier têm ajustes especiais para tratar esses casos — não abordados aqui.

  6. Inclinação da mesa. Assim como o plano dos endstops, a mesa pode ter uma inclinação não visível a olho nu. Essa inclinação complicaria pois seria composta com o plano dos endstops. Ao invés de medi-la e tentar corrigi-la, é possível não usá-la sem perder precisão, de modo explicado a seguir.

     

     Figure 7. Três das maiores fontes de erros e assimetria da construção de uma delta.

• Entendido que vamos tirar as medidas apenas para os itens 1, 2 e 3, a idéia é começar com tudo mecanicamente acertado e uniforme, ou pelo menos o mais uniforme praticável: simetria é mais importante que precisão / acurácia. É essencial que os braços da impressora sejam exatamente do mesmo tamanho. Se você está montando uma reprap, existem gabaritos para acertar os braços de forma que fiquem idênticos. A plataforma de impressão também pode ser nivelada colocando a impressora em uma mesa perfeitamente horizontal (verificada com nível) e ajustando os parafusos de fixação para que também fique em um plano perfeitamente horizontal, usando o mesmo nível. Deste modo se elimina a preocupação da inclinação da mesa das medidas. O effector, se for impresso, deve ter sido impresso em uma impressora 3D bem calibrada, para não apresentar assimetria radial. As correias devem estar perfeitamente esticadas, sem nenhuma folga. Os motores dos eixos devem ser do mesmo tamanho e se possível mesma marca e fabricante. Autonivelamento de mesa deve estar desligado (podendo ser religado depois da calibração).

• O EEPROM do microcontrolador (no caso do Repetier e Marlin, que usam arduino) deve estar ligado, para que a correção de deslocamento seja gravada nela. É possível fazer os ajustes com a EEPROM desligada, mas os valores serão perdidos quando a impressora for desligada.

• Dois comandos em G-Code farão a correção: o M666 faz a correção dos endstops. O M665 faz a correção da concavidade.

• O número de passos por mm do firmware nas torres deve ser colocado a partir das peças usadas na delta, não pela mensuração da distância percorrida. Como para o caso das impressoras cartesianas, use a prusa calculator para calcular os números de acordo com as peças.

Figure 8. Prusa calculator. Exemplo do cálculo dos E-steps por mm com correia GT2 (2mm), polia de 20 dentes e passo do driver em 1/32.

Um exemplo seria o caso ilustrado na figura. Julgando que o motor do extrusor já foi medido e é de 760 passos por mm, a linha do Configuration.h no Marlin seria:

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT \{ 160, 160, 160, 760 } // 160.00 obtido da prusa calculator pros eixos

Outros requisitos são: os endstops devem estar todos disparando quando tocados (G-Code M119 para verificar) e portanto o comando G28 deve estar funcionando e os motores devem se mover na direção certa.

• Medidas para a transformação inicial. Essa seção pode parecer confusa, pois cada firmware usa uma nomenclatura diferente. Erros nessas medidas são os responsáveis pelo abaulamento (convexidade ou concavidade) da impressão. As medidas tiradas supõem que as três torres da delta são idênticas e uniformemente espaçadas, logo só se mede uma torre. Meça com uma régua e não se preocupe muito com valores exatos — essas mesmas medidas serão corrigidas na frente. Os principais elementos de interesse aparecem na figura. A nomenclatura usada é a do Marlin atigo (antes da versão 1.1.0). Essas medidas são também as que o G-Code M665 usa como parâmetros.

As medidas são quase todas horizontais, delta_diagonal_rod sendo a única na diagonal:

• DELTA_DIAGONAL_ROD (o comprimento do braço da delta) está no arquivo Marlin.ino nas versões antigas e no Configuration.h nas versões novas do Marlin. Também tem o nome de DELTA_DIAGONAL_ROD no Configuration.h do Repetier, e no smoothieware se chama arm_length. Outro nome com que é referenciado é diagonal rod length. No comando M665, é o parâmetro L.

• DELTA_RADIUS, a distância horizontal do parafuso do braço no effector até o outro parafuso do braço no carro do trilho, é chamada de arm_radius no smoothieware ou ainda tratada como *horizontal radius when centered*. O Repetier chama essa medida de ROD_RADIUS, mas não configura seu valor. No Marlin antigo, ele não necessariamente era medido: podia ser calculado com a seguinte expressão:
  DELTA_RADIUS = DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET — DELTA_EFFECTOR_OFFSET — DELTA_CARRIAGE_OFFSET
  No comando M665, é o parâmetro R.

• DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET, valor não usado mais pelas novas versões do Marlin, mede a distância horizontal do centro da mesa até o centro da torre. No Repetier, ele tem o nome de PRINTER_RADIUS, e não é usado no Smoothieware. Como pode não ser usado — não prejudicaria as transformações? Na verdade, se for ignorado o tamanho do effector e se considerá-lo como um ponto, os cálculos da delta são basicamente os mesmos, mudando apenas o tamanho da área de impressão horizontal; então, como esse dado é apenas o arm_radius com espaçamentos e o tamanho da mesa já é gerenciado pelo fatiador, o smoothieware se isenta de usá-lo. O comando M665 também não mexe neste valor.

Com esses três dados colocados no firmwareou arquivo de configuração, já é desejável aferir a altura do bico.

• A altura do bico (parâmetro H do G-Code M665) servirá primariamente como referência para evitar que o hotend afunde na mesa e precisará ser refeita e regravada no firmware/EEPROM a cada nova iteração de medidas. Após todo o procedimento, ela será usada pelo firmware para chegar à coordenada Z zero sem autonivelamento de mesa configurado. Um dos jeitos de medir é usar uma régua perpendicular à mesa e deixar os três braços no ponto mais alto (depois de um G28), e então fazer a medição; outro jeito é configurar uma altura maior no firmware, fazer homing, e então, no LCD ou pela USB, fazer a altura baixar até que o hotend toque a mesa, pegar o valor de deslocamento / diferença que aparece no LCD (o G-Code M114 relata a posição se for pela USB) e corrigir o valor do firmware de acordo.
  Por exemplo, se coloca no firmware (Configuration.h, recompilação e regravação do arduino):

  #define DELTA_HEIGHT 250.00

  Sabendo que 250 mm é maior que o valor que se vai medir. Então se liga a impressora e se faz homing. Navega-se pelos menus do LCD e se vai movendo o eixo Z até que o hotend toque na mesa. Tocando na mesa, vê-se uma posição Z de 61.5. Isso quer dizer que a altura dela na verdade é 250 - 61.5mm, ou seja, 188.5mm. Muda-se então no firmware para #define DELTA_HEIGHT 188.50. Alternativamente, o valor pode ser ajustado dinamicamente por G-Code com o comando M665 H188.50.

• Agora vem a parte crítica: sabemos que temos dois ajustes pra fazer — o primeiro é a inclinação dos endstops, e pra esses por enquanto nem medidas temos. O segundo é o abaulamento, que estará perto das medidas reais, pois fizemos aferição inicial da DELTA_DIAGONAL_ROD e demais variáveis. No entanto, essas medidas ainda terão erros e o plano deve apresentar uma leve curvatura. Por qual dos dois começar? Os erros de um não vão prejudicar o outro?
  A resposta para esse dilema é se aproveitar de uma propriedade geométrica dessas estruturas. Mesmo o plano abaulado com maior erro ainda será simétrico com as quinas, pois ele se utiliza da propriedade de as medidas das três torres serem exatamente iguais. Por outro lado, a inclinação dos endstops vem justamente da diferença de altura deles em cada torre, e será assimétrico por torre. Um triângulo equilátero com centro na origem e com os vértices na direção das torres terá cada um de seus vértices exatamente na mesma altura!

Figure 9. Os pontos equidistantes 1, 2 e 3 da ilustração, mesmo com erro de abaulamento, por serem simétricos às torres estarão exatamente na mesma altura. Aqui desenhado sem erro de inclinação, para visualização distinta do assunto.

• E o melhor tamanho para tal triângulo é tal que seus vértices fiquem a meia distância entre a posição (X,Y) do endstop e o centro da mesa, porque aí teremos uma proporção simples (metade) para saber o deslocamento / erro do endstop:

Figure 10. Se "2a" é a distância do centro até o endstop, "a" é metade dessa distância. Uma inclinação "b" detectada no triângulo vermelho será equivalente a uma inclinação "2b" nas coordenadas (X,Y) do endstop.

• Quanto vale 2a neste caso? Oras, é um valor que já medimos: DELTA RADIUS + DELTA_EFFECTOR_OFFSET! Basta portanto pegar este valor e dividir por 2, para saber o tamanho a da mediana do triângulo vermelho!

• Poupado o trabalho de calcular os três pontos do triângulo equilátero, eles são, em (X,Y), relativos a um tamanho de mediana a: (0,a), (-0.866×a, -0.5×a) e (0.866×a, -0.5×a). Essas medidas são tiradas das propriedades do triângulo equilátero.²

Figure 11. Medidas do triângulo equilátero que iremos usar para medir deslocamentos dos endstops. Por exemplo: se a distância do centro da mesa até a torre é de 150mm, "a" valerá 75mm, e as coordenadas serão (0, 75), (-64.95, -37.5), (64.95, -37.5). Apesar de o padrão numérico brasileiro usar vírgulas em númers fracionários, pontos foram usados para evitar confusões com as coordenadas.

• Agora, tendo os pontos do triângulo e entendendo que o que vamos fazer é descobrir a inclinação do plano dos endstops, é bom saber que existem jeitos distinto de lidar com as medidas a ser coletadas. Fazer a movimentação pelo LCD das impressoras que o têm não é produtivo, e como essas impressas, assim como as que não têm LCD, também permitem controle pela USB através de um print host (enviando comandos G-Code), é a solução que será mostrada. Como alguns comandos serão repetidos várias vezes, nessa hora vale a pena conhecer bem o print host usado pra ver se suporta macros ou atalhos — scripts simples facilmente acessíveis para operações repetitivas.

Figure 12. O Print Host Pronterface permite configurar macros, o que evita ter que teclar o mesmo comando várias vezes. Outros print hosts têm recursos ainda mais avançados, como parâmetros a passar.

• Eis o que vamos fazer: vamos posicionar o bico do hotend nos três pontos do triângulo na coordenada zero (encostados na mesa). Em cada um desses pontos vamos, com uma régua ou paquímetro, medir a diferença. Após conseguir esses números, vamos colocá-los como correções das torres no firmware e refazer os testes, vendo se ficaram nivelados. Mas há algumas observações a tomar:

  • Se o plano dos endstops está inclinado, é quase certo que um dos pontos estará numa coordenada "abaixo da mesa", ou seja, o hotend vai bater na plataforma de impressão. Isso pode, claro, estragar o bico ou a mesa, e infelizmente a maioria das receitas de calibração de delta não avisa desse risco. Para evitar que isso aconteça, use primeiro uma coordenada Z (parâmetro "Znúmero" no G-Code) alta, como Z20 (20mm acima da mesa) só para determinar de olho, nesse plano, qual é o ponto do triângulo mais baixo. Uma vez determinado e medido, fica fácil ir diminuindo o Z gradativamente de modo que o bico nunca colida na mesa. Assim que tal ponto mínimo for achado, é recomendado atualizar a DELTA_HEIGHT no firmware para refletir isso. Por exemplo: se o ponto 3 do triângulo é o mais baixo, e se quando ele encosta na mesa o firmware acusa a coordenada Z "1.6", isso significa que a altura da impressora está especificada 1.6 mm a mais do que alcançável. Se DELTA_HEIGHT for 240 (por exemplo), deve-se baixá-la para 238.4 (que ainda não será o valor real, só obtido no final de todas as calibrações).
    Pode acontecer ainda que a coordenada Z em que o hotend encostaria na mesa seria negativa e o firmware não permite que o hotend se desloque em uma coordenada dessas. Se for este o caso, no Marlin e Repetier deve-se mudar a definição de Z_MIN_POS para um número negativo (e.g. -20) no Configuration.h. No Smoothieware, não é necessário.

  • Para evitar maiores riscos, faremos que o hotend tente um ponto, volte ao topo da impressora com homing e só então tente outro ponto. O movimento lateral entre os pontos poderia raspar na mesa, por causa do erro de abaulamento ainda presente.

  • Dependendo de como a delta é montada, para a inclinação do plano dos endstops o leitor pode optar por mexer fisicamente nos endstops da impressora, movendo-os mais para cima ou para baixo na torre, ou informar esta correção no firmware, para que ele compense. A solução aqui descrita é a última, realizar a correção nos parâmetros sem mudar fisicamente nada.

  • G-Codes usados:

    • M665 — ajustar configuração de abaulamento
      Parâmetros:

      • Lnúmero — DELTA_DIAGONAL_ROD

      • Rnúmero — DELTA_RADIUS

      • Hnúmero — DELTA_HEIGHT

    • M666 — ajustar configuração de desnível (plano dos endstops)³
      Parâmetros:

      • Xnúmero — deslocamento na torre A, negativo para baixo, positivo para cima.

      • Ynúmero — deslocamento na torre B.

      • Znúmero — deslocamento na torre C.

• Vamos então começar o procedimento.

  • Vamos considerar que tiramos as seguintes medidas para a impressora:

    • DELTA_HEIGHT é 200mm. Na prática, raramente será tão exata.

    • (DELTA_RADIUS + DELTA_EFFECTOR_OFFSET), ou seja, a distância horizontal do centro da mesa até o endstop, é 150mm. As coordenadas do nosso triângulo, portanto, serão a (-64.95, -37.5), b (64.95, -37.5) e c (0, 75). Os pontos foram nomeados de acordo com a torre perto da qual estão (A, B, C).

  • Primeiramente, ligamos a impressora na USB, disparamos nosso print host predileto e enviamos o comando de homing e então o comando para ir no primeiro ponto, na coordenada Z 20 (20mm acima da mesa) para não termos riscos de bater nela:
    

G28
G1 X-64.95 Y-37.5 Z20

• Repetimos para os outros dois:

G28
G1 X64.95 Y-37.5 Z20
G28
G1 X0 Y75 Z20

• Percebemos que de olho o ponto a (-64.95, -37.5) é o mais baixo de todos. Lentamente, abaixamos a até que toque na mesa:

G28
G1 X-64.95 Y-37.5 Z15 ; continua acima da mesa
G1 X-64.95 Y-37.5 Z10 ; continua acima da mesa
G1 X-64.95 Y-37.5 Z8 ; continua acima da mesa
G1 X-64.95 Y-37.5 Z4 ; toca na mesa

• Redefinimos a DELTA_HEIGHT então para 4 mm menor, já que é o Z encontrado. 200 - 4 = 196mm. Se o Z encontrado fosse negativo, adicionaríamos o número.

M665 H196.00
M500 ; grava na EEPROM ou config.txt

• De novo, mandamos pela USB os comandos para as coordenadas do triângulo, mas dessa vez já para o ponto zero (encostado na mesa):

G28
G1 X-64.95 Y-37.5 Z0
G28
G1 X64.95 Y-37.5 Z0
G28
G1 X0 Y75 Z0

• Como o ponto *a* é o nosso ponto mais baixo, ele deve tocar na mesa e os outros ficarão acima. Um resultado possível colocando em cada ponto e medindo a distância bico-mesa com paquímetro ou régua:

Figure 13. Nossas medidas colocaram o ponto a encostado na mesa (como esperado) e os pontos b e c tiveram uma distância de 0,3mm e 0,4mm respectivamente.

• Medimos uma diferença de Z de 0.3mm pra b e 0,4mm pra c. Mas precisamos saber a altura em que o centro (0,0) está para poder inferir a altura relativa de cada ponto. Para isso, basta tirar a média aritmética das alturas (0+0.3+0.4)/3 = 0.233…​ Isso significa que o centro está em (0,0,0.233…​), o ponto a está 0.233 mais baixo que o centro, o ponto b está 0,066…​ mais alto que o centro e o ponto c está 0,166…​ mais alto que o centro. Podemos usar agora a proporção do dobro: o deslocamento da torre B será 0,0666…​×2 = 0.13 mm (arredondado) e o deslocamento da torre C será 0.1666…​×2, ou seja, 0.33 arredondado. Redefinimos o nosso DELTA_HEIGHT para refletir o Z do centro da mesa com M665 e colocamos os modificadores das torres A, B e C pelo comando M666. O novo DELTA_HEIGHT será 0.23 mm acima, ou seja, menor:

M665 H195.77 ; redefine DELTA_HEIGHT para o centro ficar com Z=0
M666 X+0.23 Y-0.13 Z-0.33 ; colocam-se os deslocamentos
M500 ; grava na EEPROM/config

• Uma estratégia alternativa que envolve não redefinir o DELTA_HEIGHT seria simplesmente deixar a torre A, a mais baixa encontrada, como zero, e compensar nos outros deslocamentos. Assim:

M666 X0 Y-0.36 Z-0.56 ; deslocamentos compensados com A em 0
M500 ; grava na EEPROM/config

• Mandamos o hotend novamente para as três coordenadas, para ver se a correção saiu como esperado:

G28
G1 X-64.95 Y-37.5 Z0.2 ; continua acima da mesa
G1 X-64.95 Y-37.5 Z0 ; tocou a mesa
G28
G1 X64.95 Y-37.5 Z0.2 ; continua acima da mesa
G1 X64.95 Y-37.5 Z0 ; tocou a mesa
G28
G1 X0 Y75 Z0.2 ; continua acima da mesa
G1 X0 Y75 Z0 ; tocou a mesa.

• O hotend deve ter encostado na mesa nos três casos. A inclinação foi corrigida, fica faltando o abaulamento. Caso não tenha dado certo, reefetue as medidas e repita o procedimento.

• Agora vamos consertar o abaulamento. Para isso, o ponto que vamos precisar é o ponto central da mesa. Com o abaulamento, ele não estará no mesmo plano de a, b e c. Ele estará ou abaixo — caso tenhamos uma deformação convexa — ou acima — caso tenhamos uma deformação côncava. No caso de estar abaixo, se mandarmos o hotend para a coordenada (0,0,0) ele vai colidir com a mesa, então como no caso anterior vamos colocar a uma altura arbitrária por segurança:

G28
G1 X0 Y0 Z20

• Colocamos "Z20" para o hotend ficar a 20mm acima da mesa. Então calculamos essa diferença, medindo a altura a que o hotend realmente ficou.

• Digamos que o hotend parou a 18,4mm acima da mesa. Isso quer dizer que ele parou 1,6mm (20-18,4) abaixo do plano dos endstops. Se tivesse parado a 21,4 acima da mesa, ele teria parado -1,4mm (20-21,4) abaixo do plano dos endstops, ou melhor dizendo, 1,4mm acima do plano dos endstops. Conforme a figura:

• Apesar de DELTA_RADIUS ser uma grandeza na horizontal e termos medido um deslocamento vertical, a relação trigonométrica entre as duas faz com que esse deslocamento possa ser adicionado ou diminuído de DELTA_RADIUS, para que o ponto centra fique no mesmo plano. Essa conta pode ser feita em etapas, por exemplo, supondo que medimos 1,6mm abaixo do plano dos endstops, e que o DELTA_RADIUS medido com régua foi cadastrado como 110mm. Precisamos diminuir DELTA_RADIUS de 1,6mm e 110-1,6 = 108,4. Vamos diminuir um pouco menos, para 108.6. Lembrando que M665 Rnúmero ajusta DELTA_RADIUS:

M666 R108.6 ; ajusta DELTA_RADIUS
M500 ; grava no firmware / config
G28 ; homing
G1 X0 Y0 Z10 ; margem de segurança, para não batermos na mesa.
G1 X0 Y0 Z5 ; margem de segurança, ainda estamos longe
G1 X0 Y0 Z1 ; ainda não encostou
G1 X0 Y0 Z0.1 ; encostou na mesa. Estamos acima do plano.
M666 R108.5 ; diminuímos DELTA_RADIUS de um décimo de milímetro
M500 ; gravamos no firmware
G28 ; homing para zerar às posições
G1 X0 Y0 Z0.1 ; não encostou na mesa, mas ficou bem próximo.
G1 X0 Y0 Z0 ; o hotend encostou na mesa. Calibramos DELTA_RADIUS!

• Terminou? Não. Ajustamos DELTA_RADIUS mas um valor ainda pode estar errado, o DELTA_DIAGONAL_ROD. O sintoma de um DELTA_DIAGONAL_ROD errado (ele é o tamanho do braço, lembre-se) são distâncias horizontais erradas na mesma proporção que ele. Se o DELTA_DIAGONAL_ROD estiver duas vezes menor que o real, por exemplo, e você mandar imprimir um quadrado de uma camada de altura, ele imprimirá o quadrado com arestas da metade do tamanho desejado.

Figure 14. (a) medidas "ideais"; (b) braço com o dobro do tamanho. Neste caso, um movimento de um pilar se traduz em um movimento no plano XY duas vezes maior (2y), mas o movimento em Z não muda a escala (imagine os três pilares descendo juntos, eles percorrerão a mesma distância de antes). Portanto, se você informa ao firmware um DELTA_DIAGONAL_ROD duas vezes maior do que o real, a distância realmente percorrida será duas vezes menor.

• Esse fator nos dá a receita para achar o erro do DELTA_DIAGONAL_ROD: o meio mais simples é, se a impressora estiver com o extrusor funcionando, fazer ela imprimir um quadrado chato de tamanho conhecido — digamos, 100mm x 100mm de lado e 1mm de altura. Mede-se o lado impresso, suponhamos que tenha dado 96mm de lado. Isso quer dizer que ele precisa ser 100 / 94 = 1,041666…​ vezes maior. Digamos, ainda, que o DELTA_DIAGONAL_ROD cadastrado seja 240mm (pode-se usar o comando M666 sem parâmetros para saber). Multiplica-se 240 por 1,041666…​, chegando-se a 250mm. G-Code: M666 L250. Seguindo de um comando M500 para gravar os ajustes, nossa calibração da delta estaria finalizada⁴.

• Se sua impressora não estiver ainda com o hotend ou tracionador funcionais, você pode mandar imprimir sem filamento — o que se chama de "dry run", ou execução seca — e ir seguindo a trajetória do hotend com um lápis ou caneta. Algumas pessoas vão além e ao invés de colocar um hotend funcionado, deixam uma caneta presa no extrusor e mandam imprimir: a primeira camada será desenhada na base (colocando-se um papel preso a ela).

Note

Notas: O endereço clássico com instruções sem figuras e bem resumidas, em inglês, de como calibrar uma delta: http://minow.blogspot.com.br/index.html#4918805519571907051. Outro endereço que passa uma receita mais bem explicada, também é inglês, é este: http://cdr2.com/delta-calibration.html O venerado site matemático wolfram alpha tem os detalhes para os interessados (em inglês): http://mathworld.wolfram.com/EquilateralTriangle.html O firmware Repetier tem um comportamento diferente de Marlin e Smoothieware, com deslocamentos positivos para baixo, e pelo menos em algumas versões o uso de passos de motor ao invés de mm. Para encontrar o valor em passos, multiplique pelo valor encontrado pela calculadora prusa para os passos do motor por mm, por exemplo: 0,3mm × 160 passos por mm = 48 passos. Caso o comando não funcione adequadamente, pode ser necessário partir para o ajuste pelos menus do LCD. A receita que passamos serve para os três principais firmwares: Marlin, Repetier e Smoothieware. No entanto, a receita do site do Smoothieware sugere um expediente um pouco diferente, que usa além dos explicados o G-Code M306 (ausente no Marlin e Repetier), que reseta a posição zero da impressora para a coordenada atual. A calibração pelo smoothieware está descrita de forma sucinta na seção "Manual Calibration" de seu tutorial de delta: http://smoothieware.org/delta

Calibração automática de delta com G33 (Marlin somente)

Depois de toda esta via crúcis que é a calibração de uma delta, o leitor pode se estar perguntando se não existe jeito mais fácil! Em especial, em diversos momentos da calibração foi necessário tomar medidas da ponta do hotend até a mesa, em diversas coordenadas. E se um sensor no effector ou hotend pudesse medir essa altura? Ora, é exatamente isso o que a sonda Z ("Z probe") usada no autonivelamento de mesas de impressão faz!

No momento da redação deste livro, os únicos firmwares que parecem ter implementado esta idéia é o Marlin Firmware 1.1.0 e seu fork MK4duo 4.3.2¹. Assim como a calibração de delta, a autocalibração exigirá uma série de ajustes já perfeitamente configurados. Os requisitos são esses:

• Como a autocalibração usará a sonda Z do hotend, o offset (deslocamento) da sonda em relação ao bico deve estar configurado com exatidão, isto é, o firmware deve saber com perfeição a posição do bico. * A mesa tem que já estar perfeitamente horizontal em relação ao quadro da delta, e sem imperfeições como abaulamentos ou saliências. A necessidade é de estrutura e não lógica — usar autonivelamento de mesa para emular esta horizontalidade não funcionará.

• Os passos por mm, assim como no caso da calibração da delta, devem ter sido configurados com exatidão, preferencialmente usando a prusa calculator.

E cabem as seguintes observações sobre o método:

• Os valores obtidos são:

  • DELTA_HEIGHT (Height:número)

  • Deslocamento da Torre A (Ex:±número)

  • Deslocamento da Torre B (Ey:±número)

  • Deslocamento da Torre C (Ez:±número)

  • DELTA_RADIUS (Radius:número)

  • Desvio-padrão da iteração (uma medida que diz a precisão obtida, quanto menor melhor)

  • (opcional) desvios de ângulos das torres A, B e C (Tx, Ty e Tz).

• Ele calcula quase todas as variáveis restantes, menos o DELTA_DIAGONAL_ROD, o tamanho do braço, já que seu erro não é medido verticalmente e sim horizontalmente, fora das capacidades da sonda Z. Isso quer dizer que no final da calibração automática ainda será necessário imprimir um quadrado de testes para a correção da medida no firmware.

• Uma benesse é que se as torres não estiverem em ângulos perfeitos de 120° uma da outra, ele consegue também detectar esta disparidade. Mas como essa é uma imprecisão rara na construção de deltas, aconselhamos a deixar desligada tal detecção.

• O algoritmo tem precisão arbitrária, que pode ser configurada em número de iterações ou desvio padrão mínimo.

• O comando ajusta as correções na memória mas não grava na EEPROM. É preciso se lembrar de executar o G-Code M500 no final do procedimento.

Consideradas todas essas observações, depois de um G28, o comando para a autocalibração de delta é o G33. Ele calcula automaticamente um quadrado na mesa que ocupa a maioria de sua área. O comando aceita os seguintes parâmetros:

• Pnúmero — número de pontos de sondagem da aresta do quadrado.

  • P1 — sonda apenas o centro da mesa e infere a altura.

  • P2 — sonda um quadrado 2x2

  • P3 a P7 — sonda quadrados 3x3, 4x4 etc. É necessário no mínimo P3 para ele medir as imprecisões de ângulos das torres.

• T0/T1: Com 0, não calibra os ângulos das torres. Com 1, calibra tais ângulos. Aconselha-se T0. O default é T1 para P>2.

• Cnúmero — calibra para uma dada precisão; por exemplo, C0.03 calcula para que o desvio padrão seja no máximo de 0,03mm, levando tantas iterações quanto necessárias.

• Fnúmero — força pelo menos número iterações serem executadas antes de sair do procedimento.

• Vnúmero — modo de execução:

  • V0 — Modo dry-run (execução a seco). Apenas relata os ajustes, mas não configura.

  • V1 — Relata os ajustes.

  • V2 — Relata os ajustes e os resultados que obtém da sonda Z.

• E0/E1: Usado no caso de sonda Z retrátil. Com 0 (default), não recolhe nem estende a sonda. Com 1, recolhe e estende a sonda a cada medição.

Exemplos de execução do comando:

G33 P4 C0.05 T0 ; sonda 16 pontos (4×4) e pára quando um desvio-padrão
                ; de 0,05mm é alcançado. Calibra DELTA_HEIGHT, endstops
                ; e DELTA_RADIUS, não calibra ângulos das torres.

Com a saída:

G33 Auto Calibrate
Checking... AC
.Height:297.78    Ex:+0.00  Ey:+0.00  Ez:+0.00    Radius:100.00
Iteration : 01                                    std dev:0.317
.Height:297.65    Ex:-0.15  Ey:-0.16  Ez:+0.00    Radius:100.80
Iteration : 02                                    std dev:0.059
.Height:297.66    Ex:-0.17  Ey:-0.13  Ez:+0.00    Radius:100.91
Calibration OK                                    std dev:0.042
.Height:297.66    Ex:-0.17  Ey:-0.13  Ez:+0.00    Radius:100.91
Save with M500 and/or copy to Configuration.h

Ou ainda:

G33 ; calibra com ajustes default

Saída:

G33 Auto Calibrate
Checking... AC
.Height:297.77    Ex:+0.00  Ey:+0.00  Ez:+0.00    Radius:100.00
.Tower angle :    Tx:+0.00  Ty:+0.00  Tz:+0.00
Iteration : 01                                    std dev:0.306
.Height:297.65    Ex:-0.15  Ey:-0.14  Ez:+0.00    Radius:100.77
.Tower angle :    Tx:-0.02  Ty:+0.11  Tz:+0.00
Iteration : 02                                    std dev:0.049
.Height:297.67    Ex:-0.12  Ey:-0.12  Ez:+0.00    Radius:100.87
.Tower angle :    Tx:-0.03  Ty:+0.20  Tz:+0.00
Iteration : 03                                    std dev:0.033
.Height:297.69    Ex:-0.10  Ey:-0.12  Ez:+0.00    Radius:100.91
.Tower angle :    Tx:-0.03  Ty:+0.25  Tz:+0.00
Iteration : 04                                    std dev:0.031
.Height:297.69    Ex:-0.07  Ey:-0.11  Ez:+0.00    Radius:100.92
.Tower angle :    Tx:-0.03  Ty:+0.30  Tz:+0.00
Calibration OK                                    rolling back.
.Height:297.69    Ex:-0.10  Ey:-0.12  Ez:+0.00    Radius:100.91
.Tower angle :    Tx:-0.03  Ty:+0.25  Tz:+0.00
Save with M500 and/or copy to Configuration.h

Salve então com o comando M500 e não se esqueça de depois disso imprimir o quadrado e corrigir o DELTA_DIAGONAL_ROD de acordo, como na calibração manual!

Note	Nota: O Repetier Firmware implementa um comando "G33" mas tem funcionalidade bem diferente — serve para "distortion correction" de mesa, um autonivelamento mais sofisticado equivalente ao mesh leveling do Marlin.