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Operação da Impressora 3D

Uma vez que foi dada a necessária teoria para entender uma impressora 3D atual, a próxima etapa é partir para a prática. O caso típico de uso a ser tratado em nossos exemplos é o de uma impressora 3D FFF de baixo custo no mercado nacional para fins pessoais ou profissionais. Alguns modelos de impressoras 3D com características especiais (como as estilo "delta") serão tratadas em apêndices, assim como casos de uso que extrapolam o comum.

Introdução

Uma Impressora 3D "de mercado" tipicamente vem com drivers de dispositivo e um software (fatiador) para você usar com a impressora 3D. No fatiador, você pode controlar a impressão enquanto acontece, ligado à impressora 3D, ou gerar um arquivo no formato "g-code" para mandar para a impressora quando ela pode ser autônoma, isto é, tem um "slot" para pendrive ou cartão SD e botões e visor para você iniciar e controlar a impressão sem nenhum computador conectado.

Como a maior parte do tempo em que você vai passar nas tarefas de impressão 3D será na frente do fatiador, e como é ele o software que diz como o processo de impressão 3D ocorrerá, é o foco principal deste capítulo.

Existem vários fatiadores diferentes de impressoras FFF no mercado, e muitos fabricantes fazem para seus produtos fatiadores particulares e específicos, que não servem em outros modelos. Como é um mercado de massa com muitas alternativas diferentes, qualquer tentativa de tratar esses fatiadores específicos seria improdutiva. O mesmo pode ser dito de escolher um único fatiador popular como exemplo; o mais popular hoje pode ser obscuro amanhã, e omitir as inovações e pontos positivos de outros fatiadores faria o aluno ter um aprendizado incompleto.

A abordagem do curso trata, então, de usar como ilustração alguns poucos fatiadores razoavelmente populares, de boa quantidade de recursos e razoavelmente genéricos, com outros fatiadores (e print hosts) sendo descritos nos apêndices.

Antes de começar a entender os fatiadores, no entanto, é importante contextualizá-los apropriadamente. Eles se inserem no workflow de impressão atuando como softwares onde você:

• Importa formas tridimensionais (formatos mais comuns: STL, OBJ, AMF e 3MF);

• Dispõe essas formas tridimensionais em uma "bandeja virtual" tridimensional que é a mesa de impressão da impressora 3D que configurou;

• Faz operações simples com essas formas tridimensionais, como: mover as formas; aumentar ou diminuir, uniformemente ou nos eixos X, Y e Z; realizar cortes simples; rotacionar / inclinar a peça; combinar com outras peças;

• Grava / exporta a disposição da bandeja que arrumou;

• Configura os parâmetros de fatiamento adequados para a forma. Preenchimento, suportes, estruturas de apoio, resolução, etc.;

• Executa a operação de fatiar (geralmente por um botão ou item no menu);

• Tem uma pré-visualização, depois do fatiamento completado, em como ocorrerá a impressão;

• Tem uma previsão de tempo e consumo de material da impressão — em alguns fatiadores, é até possível colocar o custo por quilo do material para se ter uma estimativa de preço;

• Visualiza ou até edita o g-code resultante do fatiamento;

• Grava / exporta o g-code resultante;

• Executa operações de manutenção da impressora 3D pela USB, bluetooth ou rede, como testes de movimentação, gravação de firmware, nivelamento da mesa, mudança de parâmetros da memória do microcontrolador (EEPROM);

• Envia a impressão (g-code) pela USB, bluetooth ou rede para a impressora executar, possivelmente visualizando a renderização em 3D da trajetória da impressão enquanto ela ocorre;

• Monitora a impressão tendo momento a momento a temperatura de cada componente aquecido, o material gasto, a velocidade atual, a trajetória percorrida e até a visualização por câmeras, vendo na tela "ao vivo" enquanto acontece, e podendo até configurar alarmes.

Essas são as opções disponíveis em fatiadores modernos, atualmente. Nenhum deles faz todas as operações, apenas subconjuntos delas. É possível que no futuro agreguem ainda mais funções, e no passado muitas dessas operações eram realizadas por softwares diferentes. Quando o software não executa a operação de "fatiamento" mas permite que você controle a impressora, execute operações de manutenção e envie o g-code, ele é chamado de Print Host ao invés de fatiador. Quando o software só recebe o modelo da bandeja pronta e as configurações de fatiamento como parâmetro, sem mesmo exibir uma interface gráfica, e devolve apenas o "g-code", ele é chamado de fatiador puro. Há muita utilidade em se usar um fatiador puro, uma delas é poder ser usado com outras interfaces e workflows, ou de forma automática e em lote (batch) para várias peças e/ou bandejas pré-configuradas. Ainda, esses fatiadores purs não precisam de recursos de display pra serem executados, podendo usar o processamento de dispositivos embarcados. Por isso alguns fatiadores, como Cura, Slic3r e MatterControl (não por acaso justamente os open-source), oferecem a funcionalidade de fatiador puro como um opcional do programa (você pode invocá-los em modo batch pela linha de comando ou através de outro programa).

Figure 1. O Cura traz consigo o CuraEngine, um executável para que ele possa ser usado como fatiador puro. Deste modo, outros softwares como Repetier Host e FreeCAD podem invocá-lo. No screenshot vemos a bancada de impressão 3D do FreeCAD pronta pra chamar o CuraEngine.

Fluxo de trabalho (workflow) da Impressão 3D

• Escolha ou obtenção das formas tridimensionais. Há diversas fontes possíveis para as formas:

  • Elas podem ser criadas por softwares modeladores sólidos — aplicativos que permitem a modelagem tridimensional e geram arquivos cujos dados descrevem as formas sólidas que compõem o modelo. Alguns exemplos de tais softwares: SolidWorks, Inventor, FreeCAD.

  • Elas podem ser criados por software *modeladores de malha ou superfície* — aplicativos que permitem a modelagem tridimensional e geram arquivos cujos dados, ao invés de descrever as formas sólidas que compõem o modelo, descrevem as superfícies ou "peles" que envolvem as formas do modelo. A diferença aparentemente sutil de abordagem é gigante no que concerne aos dados gravados e como são processados matematicamente. Em geral os modeladores de superfície geram formas mais orgânicas, como fazem os aplicativos ZBrush, Sculptris e Blender mas também o Sketchup.

  • Modeladores matemáticos de funções algébricas podem gerar formas de gráficos tridimensionais, também em malha, como Mathematica e MathCAD;

  • Linguagens de programação em 3D, como CadQuery, OpenSCAD, SolidPython;

  • Digitalização 3D de imagens (por fotogrametria, por scanner 3D especializado, por ultrassom "4D")

  • Procura e download da Internet, em sites de impressão 3D como thingiverse ou youmagine, sites genéricos de formas 3D como grabcad e cgtrader ou até mecanismos de busca 3D como yobi3d, stlfinder e yeggi.

  • Extração de dados de aplicativos e jogos, através de "desempacotadores" e conversores automáticos. Um exemplo notável é o jogo minecraft que tem muitos modelos extraídos para impressão, mas virtualmente qualquer jogo tridimensional tem seus modelos conversíveis para as malhas impressas em 3D (e como as formas não são feitas especificamente para impressão 3D, podem precisar de alguns ajustes).

  • Personalização e geração de objetos, em sites como thingiverse (novamente) ou geradores de "lithopanes" (fotografias bidimensionais em relevo).

• Conversão da forma para um formato que o fatiador entenda. Para malhas simples de uma só cor, STL e OBJ; para malhas com cores ou materiais diferentes, AMF ou 3MF;

• Importação da forma 3D no fatiador, de onde se procede com o workflow do fatiamento;

• Preparação física da impressora para a operação: inserção do filamento no extrusor, colocação do vidro na mesa aquecida, revestimento do vidro com fita ou cola;

• Envio da impressão para a Impressora 3D, seja por um dispositivo intermediário de armazenamento (cartão SD, pendrive — de onde se escolhe o arquivo em um display da impressora), seja por uma conexão entre impressora e computador (wifi, ethernet, cabo USB, bluetooth);

• A Impressão de uma peça média (5-10cm de altura) em uma FFF tipicamente leva horas para concluir. Mesmo com essa demora, se recomenda altamente o acompanhamento presencial das impressões, especialmente se a impressora não tiver segurança industrial de operação, como peças resistentes ao fogo, câmara fechada, resistência a impactos mecânicos;

• Finalizada a impressão, há uma etapa de retirada da impressão da mesa, que pode dar algum trabalho;

• Retirada a peça, pode haver a necessidade de remoção de estruturas de apoio, como a bainha, os suportes, o raft;

• A peça pode precisar ou se beneficiar de uma etapa adicional de acabamento: lixagem, remoção de pontas e plástico residual, pequenos reparos; peças divididas serão coladas; para alguns plásticos, temos a opção de acabamento químico, usando solventes como acetona ou clorofórmio;

• Opcional: revestimento da peça para conferir a ela alguma propriedade como dureza ou brilho;

• Opcional: pintura da peça para lhe dar cores e "vida".

Figure 2. Parte do workflow de impressão 3D: 1. Obtenção de uma forma 3D, sólida ou malha; 2. preparação da forma para malha e exportação para STL; 3. Importação e disposição das peças na bandeja virtual para fatiamento; 4. Após o fatiamento, visualização (parcial) de como a estrutura ficará impressa; 5. O início do g-code resultante deste fatiamento, com realce de sintaxe.

E o que é fatiar?

A etimologia da palavra já revela sua fundamentação: vamos pegar uma forma 3D, orientar em relação a uma superfície, e cortá-la em fatias horizontais (seções transversais) bem finas, como se fosse um pão de forma colocado na vertical.

Quanto mais finas as fatias, menos os detalhes verticais nelas importam (como inclinações), pois mais ela se aproxima de algo perfeitamente bidimensional. Com fatias de paredes simplificadas suficientemente finas e um número muito grande delas, seu empilhamento será praticamente igual à figura tridimensional que as originou.

Figure 3. Uma figura cortada em dezenas de fatias para impressão 3D. Cada fatia tem uma seção transversal cuja área interna é transformada em uma trajetória que a cabeça de impressão percorrerá para cobrir toda aquela área, depositando o filete de plástico, e empilhando sucessivas camadas começando da mais baixa, em contato com a superfície, até a mais alta.

O profissional abre o software fatiador e o alimenta com a peça ou peças tridimensionais (arquivos digitais como STL, AMF, 3MF, OBJ) que deseja imprimir, as visualizando na interface e as dispondo em uma "bandeja virtual", que representa a plataforma de impressão da máquina a ser usada. O operador toma as decisões que mencionamos, como a altura de cada fatia ("altura de camada"), além de algumas operações simples de manipulação 3D como rotacionar, mudar o tamanho ou até cortar e separar a forma. Após a operação matemática de fatiamento ser completada, o fatiador devolve um código de máquina que a impressora 3D entende e executa. Este código, normalmente no formato "G-Code", pode ser gravado em mídia como cartão SD ou pendrive e colocado na impressora, ou ser enviado a ela — dependendo do modelo, por uma porta USB, bluetooth ou rede sem fio.

Fica mais fácil ver com o resultado da visualização de algumas camadas do fatiamento da Figura 15:

Figure 4. Sequência de camadas escolhidas semi-aleatoriamente de baixo para cima da bandeja com três elementos; o preenchimento interno da peça aparece em azul, o perímetro em vermelho. À direita de cada quadro, temos uma régua com a altura em que é impressa.

Figure 5. Cura (versão antiga) controlando uma impressão enquanto acontece. O gráfico mostra as temperaturas do extrusor e da mesa aquecida de acordo com o tempo.

Fatiadores

A seguir, uma listagem atual dos principais fatiadores de impressão 3D FFF disponíveis para microcomputadores (PC/Mac).

• Slic3r — fatiador open-source com muitos recursos avançados e opções de configuração; escrito em perl, sua velocidade de fatiamento às vezes decepciona. Se destacam nele a possibilidade de cortar peças no próprio fatiador, a possibilidade do uso de arcos, retração de firmware e autospeed. Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Sítio oficial em http://slic3r.org e código em https://github.com/alexrj/Slic3r.

• Prusa Slic3r — fork mais famoso do Slic3r feito pela Prusa Research, com "polimento" extra, alguns recursos a mais e cuidado extra com defaults. Anúncio e explicação http://www.prusaprinters.org/introducing-slic3r-prusa-edition/, downloads em https://github.com/prusa3d/Slic3r/releases e código em https://github.com/prusa3d/Slic3r/.

• Cura — fatiador open-source com duas versões bem diferentes: a antiga, até a versão numerada como 15.04.3, com interface bem simples, intuitiva e ágil, assim como fatiamento bem rápido, mas com poucas opções de configuração; e a nova, tendo sua interface reescrita e começando da versão 2.1.0, com muito mais opções de configuração e recursos avançados e únicos, como "penugem" e impressão em arame. Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Existem versões "personalizadas" (forks) do Cura feitos por terceiros, como o "Lulzbot Cura", o "Katana" e até uma versão que funciona como fatiador de impressora SLA ao invés de FFF (Cura da CTC Riverside). Sítio oficial em https://ultimaker.com/en/products/cura-software, código em https://github.com/Ultimaker/Cura.

• MatterControl — fatiador open-source escrito em .Net, se ressaltando pelos plug-ins (braille, importação de imagens 2D, criação de texto 3D) e pelo workflow bem controlado, permitindo operações em batch, oferecendo alarmes de e-mail ou SMS e monitoração remota da impressora. Tem uma quantidade média de opções. Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Sítio web em http://www.mattercontrol.com/, código em https://github.com/MatterHackers/MatterControl.

• Simplify3D — fatiador proprietário vendido por US$ 150 pela empresa de mesmo nome. Tem muitos recursos avançados e uma boa quantidade de opções de configuração, além do workflow bem controlado pelo que chama de "processos" e "perfis". Se destacam nele a colocação personalizada de suportes, o fatiamento rápido e para vários formatos, o painel de controle da impressora poderoso e com autodetecção de protocolo, a visualização seccional das peças e o nivelamento fácil de peças na mesa. Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Sítio web em http://www.simplify3d.com.

• Kisslicer — fatiador shareware já não muito atualizado, caracterizado pelo bom fatiamento de superfície, edição online do g-code, versão para raspberry pi e alguns recursos únicos como seam hiding. Extrusão dupla ou tripla só é possível na versão registrada. Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Sítio web em http://www.kisslicer.com.

• Voxelizer - fatiador proprietário gratuito da empresa Zmorph, bastante poderoso e trabalhando em um workflow que antes converte as formas em "voxels", ou pixels tridimensionais. Dotado de recursos poderosos, como fatiagem adaptativa (diferentes alturas de camada para diferentes partes do objeto) e muito parâmetros de configuração. Funciona para impressoras 3D FFF genéricas mas é especialmente criado para as impressoras sofisticadas da Zmorph, especialmente as multifuncionais. Plataformas: principalmente Windows, versões de Mac OS X e Linux existem mas estão muito defasadas. Sítio web em http://voxelizer.com/welcome/.

• CraftUnique Craftware — fatiador proprietário gratuito com um visual e workflow bem distintos; tem um número médio de configurações ao mesmo tempo em que apresenta recursos bem poderosos, como a colocação personalizada de suportes e a visualização simultânea de g-code de seções. Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Sítio web em https://craftunique.com/craftware.

• Repsnapper — apesar de bastante negligenciado, esse fatiador open-source multiplataforma simples continua em desenvolvimento ativo e tem alguns recursos interessantes, como uma parte de controle da impressora bem completa com macros e editor de g-code, fatiamento para SVG, corte e separação interativa de partes de STL, velocidade separada para Z, fatiamento variável, velocidade de overhang configurável, raio de largura de camada para diâmetro do bico configurável, importação e exportação para AMF, geração de arcos (G2 e G3), compensação horizontal ("offset outer shells"), e renderização tridimensional que não necessita de aceleração (sendo interessante para uso em embarcados), opções de depuração detalhadas para achar erros e equivalências em G-Code (este último recurso o torna o melhor fatiador para usuários avançadíssimos e desenvolvedores que precisam depurar novos recursos de firmware). Plataformas: Mac OS X, Linux, Windows. Código em https://github.com/timschmidt/repsnapper.

  

• IceSL — fatiador experimental que é uma espécie de mistura de "OpenSCAD" com Slic3r, feito inicialmente pra fins acadêmicos. Multiplataforma, mas infelizmente não é open-source, o que é especialmente lamentável pois se fosse teria muito apelo pra crescer, conseguindo fazer formas complexas sem perder detalhes por interpolação, consegue lidar com extrusão dupla de maneira admirável e tem também um primoroso algoritmo de contorno para warp shield. Tem duas versões online totalmente usáveis. Sítio web em https://members.loria.fr/Sylvain.Lefebvre/icesl/.

• Raise3D IdeaMaker — fatiador bem novo, tem aparência e recursos muito parecidos com o Simplify3D (incluido os suportes manuais) mas é gratuito. Se destaca pela interface limpa e pelo recurso de corte de peças por planos (incluindo planos inclinados). Sítio web em https://www.raise3d.com/pages/ideamaker

Temos ainda softwares que não são fatiadores completos, mas print hosts:

• pronterface/suite Printrun: um controlador de impressão open-source escrito em python com interface compacta, poderosa e ágil, muito usado para diagnósticos e resolução de problemas avançados em impressoras 3D. Permite usar o Slic3r como fatiador puro. * Repetier Host: um controlador de impressão proprietário escrito em .Net sofisticado, com bandeja virtual para colocação das peças, operações reversíveis de zoom/escala/rotação com as formas, integração com fatiadores Slic3r e Cura, ótima integração com impressoras 3D que usem o Repetier Firmware e o servidor de impressão Repetier Server, com visualização e edição de g-code, e poderosa interface de controle da impressora 3D.

• Atelier: controlador de impressão open-source com grande participação brasileira no desenvolvimento, escrito em C++ com a biblioteca gráfica Qt.

Figure 6. Populares fatiadores e print hosts. Na sequência: Slic3r, Cura, MatterControl, Simplify3D, Kisslicer, Voxelizer, Craftware, Pronterface, Repetier Host

Trabalharemos com 3 fatiadores e um Print Host para comparação: os open-source Slic3r e Cura, o proprietário gratuito Repetier Host e o proprietário pago Simplify3D. Esses softwares foram escolhidos tanto por sua popularidade, tanto pelos seus termos serem, em comparação, facilmente transferíveis para as opções dos outros fatiadores. É importante notar que mais que aprender "caixinhas" e "diálogos" de um fatiador, é essencial entender os conceitos por trás; o mercado muda, e o fatiador que hoje é popular pode se tornar esquecido em alguns anos. A monocultura de aplicações infelizmente é um "vírus mental" que assola muitos campos do conhecimento e os prejudica trazendo esta confusão de conceitos entre o "método" e a "ferramenta". Para piorar o cenário, as empresas produtoras dos softwares das "monoculturas" comumente os vendem sob licenças proprietárias, restritivas e controladoras, para estender o poder sobre os profissionais e sedimentar seu domínio — pode se tornar impossível exercer aquela profissão sem o aval da fabricante, um poder inadmissível que muitos entregam sem hesitação (condenando junto os colegas de profissão, pelo efeito de rebanho).

Aprendendo a fatiar: configuração inicial

Comecemos por ver os primeiros parâmetros, os mais básicos que precisaremos, para configurar a nossa impressão em um fatiador de mercado. O assistente de configuração do fatiador Slic3r, especificamente, pede justamente as configurações iniciais que nos interessam, e usaremos como ilustração passando em seguida em como esses ajustes aparecem nos outros fatiadores.

Figure 7. Assistente de configuração de primeira execução do Slic3r.

Ajuste I: Tipo de código de máquina

Existem muitas impressoras 3D no mercado, e embora a maioria delas use uma variação do G-Code consagrado de décadas de uso em máquinas CNC, pequenas variações podem gerar grandes diferenças, como um código de inicialização inadequado. Escolher o "sabor" (flavor) do código aceito pelo seu firmware é extremamente importante. Consulte o manual da sua impressora 3D para saber o firmware que ela usa. Nas estilo reprap, os firmwares mais usados são o Marlin, o Repetier Firmware e em um longínquo terceiro lugar, o Sailfish.

Note-se ainda que essa configuração não deve ser confundida com outra: o formato de arquivo a ser gravado. Algumas impressoras, como as da Makerbot, aceitam g-code em um "modo de compatibilidade" mas têm um formato binário nativo próprio (de nome S3G, Sanguino3 G-code, e extensão .s3g ou .x3g) que alguns poucos fatiadores suportam (em nosso exemplo, somente o Simplify3D), tendo os outros que recorrer a um software conversor posterior (gpx) que transforma o arquivo .gcode em .x3g.

Figure 8. Escolhas de sabores de firmware do Slic3r. A última, "no extrusion", significa que ele só vai criar um arquivo de movimentos, sem deposição de plástico. É uma opção interessante para testes de funcionamento.

Ajuste II: tamanho e formato da mesa

Este ajuste varia um pouco entre os fatiadores: em alguns deles você entra apenas os lados da mesa, em outros você entra as três dimensões X, Y e Z do seu volume de impressão. No Slic3r, você entra apenas os lados e a altura máxima fica "em aberto", você podendo colocar objetos de qualquer altura na mesa virtual dele. Ele também permite que você defina um ponto da mesa para ser a "origem", ou seja, o ponto onde as coordenadas são zero. Se você entrar as dimensões 200 mm x 200 mm para a mesa e colocar o ponto (100,100) como sendo a origem, estará informando ao Slic3r que o centro da mesa é (0,0), e ele gerará as coordenadas do G-code de acordo com essa configuração. Via de regra, mesas retangulares têm o (0,0) no canto inferior esquerdo, que já é o default. Geralmente só se muda esse default no caso de algumas impressoras 3D estilo delta que usam mesa quadrada.

As deltas em sua grande maioria no entanto usam mesas circulares (ou hexagonais, mas com áreas de impressão aproximada de um círculo), e você pode selecionar esta opção no Slic3r — e aí a origem é obrigatoriamente no centro da mesa.

O Slic3r oferece ainda uma terceira possibilidade de você usar um arquivo STL para definir a forma da mesa.

Figure 9. Configuração de mesa retangular no Slic3r, com a possibilidade de definir a origem.

Figure 10. Mesa circular (comumente usada em deltas)

Vale notar, finalmente, que especialmente quem usa a impressão 3D para serviços de impressão sob demanda pode se beneficiar de um "truque" que é criar configurações especiais de impressoras com "mesas virtuais" gigantes — digamos, 2000 mm x 2000 mm de área — somente para poder dispor todos os modelos de uma só vez e ter uma estimativa do tempo total e volume de plástico gasto de uma quantidade grande de peças .

Ajuste III: diâmetro do (orifício do) bico

Lembre-se: o bico é o nozzle, a pecinha pequena de onde o plástico sai derretido, não é o hotend. Portanto deve ficar bem evidente que sempre que falarmos em diâmetro do bico estamos falando do diâmetro de saída, do filete bem fino que será depositado na mesa. Os bicos mais usados hoje em dia têm abertura de 0,4mm, mas você deve verificar o manual da sua impressora para saber esse número. A maioria das impressoras também oferece o bico como uma peça trocável, encaixável no bloco aquecedor por uma rosca M6 (6mm de diâmetro) comum, permitindo com essa padronização que o usuário use suas impressoras com diferentes diâmetros de bico.

Figure 11. É isto que buscamos.

O fatiador usará este número para saber qual é a espessura do filete que ele deposita. Se ele for preencher um quadrado de 1,2mm x 1,2mm com um bico de 0,4mm, por exemplo, ele fará 3 linhas paralelas (3 x 0,4 = 1,2) de 1,2mm de comprimento cada.

Ajuste IV: diâmetro do filamento

Aqui ocorre uma confusão comum: o hotend da sua impressora 3D tem um tubo interno que ou é preparado para filamentos de 1,75mm, ou é preparado para filamentos de 3mm. Este tubo será um pouco maior que o diâmetro nominal do filamento, tanto para acomodar variações de filamentos quanto certa expansão térmica que irá acontecer, sem ficar tão folgado que dê para o filamento dobrar. Então o tubo de um hotend preparado para 3mm terá, digamos, 3,1mm de diâmetro. Por outro lado, os próprios filamentos costumam ter o contrário desta folga: são fabricados com o diâmetro um pouco abaixo do nominal, pelos mesmos motivos. Um filamento vendido como "1,75mm" terá normalmente algo por volta de 1,7mm, e um de 3mm variará em torno dos 2,85mm. Essas medidas podem ainda variar mais dependendo do fabricante e até do lote de filamento.

Esse ajuste, no entanto, é muito importante para o fatiador calcular o quanto de material estará utilizando. É a área da seção transversal do filamento vezes o comprimento que dá o volume de plástico que entra; coloque um diâmetro menor que o realmente utilizado, e terá superextrusão; coloque um diâmetro maior, e terá subextrusão. Essas duas situações são problemáticas. Uma recomendação que se costuma fazer é medir o filamento em vários pontos e fazer uma média, e refazer a medida cada vez que se trocar o carretel de filamento (os fatiadores permitem vários perfis de configuração de filamento).

Figure 12. Esse instrumento de medida chama-se paquímetro, "caliper" em inglês. Com ele medimos o diâmetro do filamento que entra no extrusor da foto.

Note	Nota: Cabe lembrar que os filamentos de impressão 3D de 3mm hoje em dia estão em desuso. Se o leitor procura comprar uma impressora 3D nova, privilegie modelos compatíveis com filamento de 1,75mm.

Ajuste V: temperatura do extrusor

Como no caso do diâmetro do filamento, este é só um ajuste inicial; você irá criar vários perfis diferentes posteriormente, por exemplo um para ABS, outro para PLA. No caso ilustrado, consideramos que vamos inicialmente usar ABS, então configuramos a temperatura do extrusor em 230°C.

Ajuste VI: temperatura da mesa

Este parte terá uma leve variação entre fatiadores pois alguns oferecem um "checkbox" para você dizer se a impressora tem ou não mesa aquecida, e somente se estiver ligado permitem configurar uma temperatura. No caso do Slic3r, se sua impressora 3D não tiver mesa aquecida, ou se tiver mas o material não necessitar dela aquecida, basta colocar zero no campo. No nosso caso, usaremos ABS com um vidro acima da mesa, portanto usaremos a temperatura-padrão de 120°C pra que a primeira camada fique acima da temperatura de transição vítrea. A recomendação do Slic3r de 110° é adequada para mesas sem vidro. Note que algumas impressoras 3D podem não ter potência suficiente para chegar a 120°C na mesa, caso em que a única saída é colocar um valor menor neste campo.

Terminamos a configuração inicial, e agora estamos prontos para usar o software!

Revendo a configuração

Mas não acabou — após a primeira execução, o assistente pode ser chamado novamente pelo item "Help" → "Configuration Assistant"; mas é útil saber onde estão as configurações. A interface que aparece logo após o assistente é essa:

Faremos uma modificação nas configurações gerais. O Slic3r inicia em "modo novato" (novice mode), em que apenas as configurações mais simples são exibidas. Como queremos saber todas, vamos mudar para o modo "Expert". Vá em "File" → "Preferences":

Figure 13. Opções iniciais (default) das preferências gerais do Slic3r

Vamos mudar "Simple" para "Expert". Para facilitar nossa operação, vamos também marcar a opção "Remember output directory" para que ele lembre onde estamos gravando nossos arquivos ".gcode", que enviaremos para a impressora 3D. A opção "Auto-center parts", quando ativada, faz com que ao abrirmos as peças 3D para dispor em nossa bandeja virtual, ele automaticamente rearranje as peças para ficarem centralizadas,

Vamos também desabilitar o "background processing", e essa opção exige entender um pouco com o Slic3r, em particular, funciona. Ele foi um dos primeiros fatiadores a surgir do projeto reprap, sucedendo espiritualmente um anterior chamado "skeinforge" (que não é mais usado). Para facilitar o ritmo do desenvolvimento e o ingresso de voluntários no projeto (lembre-se, ele é open-source e colaborativo), ele foi escrito em uma linguagem de programação mais fáceis de usar e com mais recursos matemáticos disponíveis — perl -, no entanto a linguagem tem o ponto baixo de ter baixo desempenho e alto uso de memória. Hoje em dia grande parte desse problema foi sanado e o perl é na verdade escrito em perl e C, com as partes que mais precisam de desempenho terem sido convertidas pra linguagem mais rápida "C", mas ele ainda é visivelmente mais lento na operação de fatiar do que outros fatiadores como Simplify3D e Cura.

O background processing, ou processamento de fundo, dispara o refatiamento a qualquer modificação feita nas configurações ou nas posições das peças na bandeja virtual. Sabendo que esse processamento demora e sobrecarrega o computador, isso pode não ser uma boa idéia. Desmarcando essa opção, o fatiamento só será disparado quando realmente necessário, ou seja: quando o arquivo .gcode for ser gravado ou quando o botão "print" for pressionado para controlar a impressão pela USB.

O botão "Print" só aparece, por sua vez, se a conexão "serial" (USB) da impressora for configurada. Desmarcar a opção "Disable USB/serial connection" faz com que o slic3r possa exercer a função de host ou controlador de impressão, ou seja, possa controlar a impressora pela USB e enviar automaticamente G-Code para ela, tendo que ficar ligado durante todo o andamento da impressão. Fora os fatiadores que já mencionamos, existem softwares que exercem somente o papel de host, como Repetier Host, Pronterface e Atelier; antigamente o Slic3r não tinha as funções de host e o Repetier Host era bastante usado para gerenciar suas impressões, pois sua interface é bastante sofisticada e completa para esse fim.

Alguns fatiadores e hosts, quando iniciados pela primeira vez, vasculham automaticamente as conexões seriais do computador para ver se há uma impressora conectada e tentam uma autodetecção de parâmetros e modelos. O Slic3r, por segurança, não faz isso.

O workflow de impressão irá variar bastante se você a gerencia pelo fatiador ou não. Vantagens de usar um controlador de impressão:

• Você não precisa estar com a impressora 3D nem mesmo próxima; basta estar ligada pela USB ao computador. Não precisa gravar e transportar pen drive ou SD Card até ela;

• O andamento da impressão é claramente mostrado no fatiador, com a seção sendo impressa aparecendo na tela em tempo real, de forma que fica muito intuitivo entender o que está acontecendo.

Há desvantagens também:

• A velocidade de transferência pela USB é velocidade de serial, o que quer dizer que é muito baixa — geralmente 115200 bps e no máximo 225000, velocidade dos modens de 1995. É suficiente para conduzir a impressão 3D em tempo real, mas se a operação for transferir o arquivo .gcode para a impressora, a tendência é demorar.

• A impressão fica totalmente dependente do computador e o ocupando. Se o computador estiver com sobrecarga de processamento e travando, a impressão sofrerá pausas que prejudicarão a qualidade de impressão; se ele der alguma pane ou o fatiador fechar, a impressão terminará. E você não poderá sair do software de impressão até a impressão 3D terminar, o que tipicamente leva várias horas para uma peça média.

Aprenderemos os dois modos aqui. Vamos deixar o fatiador configurado para poder controlar a impressora pela USB, que é o modo mais geral. Vamos desselecionar o disable. Nossa configuração final das preferências ficará assim:

Figure 14. Como deverão ficar nossas preferências: modo Expert, lembrar diretório de saída, auto-centralizar, desabilitamos processamento de fundo e também permitimos conexão serial.

Confimando a seleção, o Slic3r nos pede que reiniciemos:

Saia do software e o chame novamente. Você perceberá uma nova aba, "Controller". Se clicar nas outras abas, verá que em relação ao modo simples agora aparecem bem mais opções, divididas por seções laterais.

Vamos aproveitar e já configurar a impressora 3D para ser reconhecida pela USB. Clique na aba "Printer settings".

Figure 15. Agora temos a aba "controller" por termos permitido conexão serial e como estamos no modo expert o painel com categorias à esquerda aparece. Não se assuste com a quantidade de opções: a grande maioria delas pode ser deixada no default e com o tempo e prática você irá aprendendo quando houver necessidade de mudar as mais complexas. Podemos reconhecer duas opções da impressora que já configuramos na execução inicial nessa aba, a "forma da mesa" e o "sabor de G-code", ressaltados na figura.

O ajuste de "Extruders" permite que o slic3r lide com mais de um extrusor, para impressões com dois ou mais materiais simultâneos. E o "octoprint" é um software open-source que roda um servidor de impressão, ou seja, um software que permite que você envie tarefas de impressão e as monitore pela rede. O Cura também permite tal conectividade com o octoprint.

Vemos que existe um espaço para "serial port" nos ajustes que está em branco. Esta "porta serial" é o dispositivo de comunicação com a impressora 3D (o cabo USB), e precisa de um driver para funcionar corretamente. Ele varia de acordo com o sistema operacional. No Linux, ele já é integrado ao sistema e reconhecido automaticamente, não precisando de nenhuma ação adicional. No Windows e Mac OS X, para essa porta ser corretamente reconhecida, é necessário a instalação de um driver USB-pra-serial. Um endereço de web para baixar tais drivers é o seguinte: http://www.silabs.com/products/mcu/Pages/USBtoUARTBridgeVCPDrivers.aspx

No Windows, para verificar qual porta foi criada, entre no gerenciador de dispositivos e procure por UART to USB bridge:

Figure 16. O dispositivo de comunicação com a impressora no Windows após a instalação do driver. Pela localização, sabemos que neste caso o driver está na porta "COM4".

Se tudo der certo, uma vez que o driver esteja instalado, a autodetecção do Slic3r vai funcionar nas opções, quando você apertar a setinha que desenrola as portas disponíveis:

Figure 17. Apertando a setinha para ver as opções, o Slic3r automaticamente lista as portas que achou. No Linux, elas serão /dev/ttyUSB<número> ou /dev/ttyACM<número>; no Windows, COM<número>; no Mac OS X, /dev/tty.usbserial* ou /dev/cu.usbserial*

Selecionada a porta, a configuração "Speed" se torna automaticamente ativa. A grande maioria das impressoras 3D aceita a velocidade de 115200 bps, que é a configuração segura que usaremos. Algumas impressoras 3D aceitam velocidade maiores como 225000 e 250000 (confirma o manual da sua impressora). Após entrarmos com a velocidade, clicamos no botão "Test" para ver se a conexão funcionou com sucesso.

Figure 18. Se esta mensagem não aparecer após o botão "test" ser clicado, verifique sua conexão e se for Windows veja se a instalação do driver aconteceu corretamente. Lembre-se que Windows usa a denominação COM<número> para a porta.

Na aba "Controller" agora já é possível inclusive se conectar à impressora para enviar alguns comandos básicos. Como é um recurso recente do slic3r, o que se pode fazer por essa interface ainda é pouco — mas o importante é que a configuração habilita o comando "Print" da aba Plater, possibilitando que imprimamos a partir da bandeja virtual.

Figure 19. Conexão da impressora pela USB com a interface de comando (Manual Control) para executar alguns movimento básicos. Imediatamente após conectar o Slic3r já começa a monitorar as temperaturas da mesa e extrusor.

Figure 20. A interface de um software controlador de impressão por USB dedicado - o Repetier Host, um software gratuito fechado. Nele os controles e a visualização são bem mais sofisticados, com a informação das temperaturas da impressora 3D de acordo com o tempo no painel da esquerda (a linha vermelha é a temperatura do extrusor subindo para 230°C, a linha azul a da mesa que aumenta mais lentamente. Os controles da direita permitem entrar comandos G-Code individuais, ajustar coordenadas, mover cada um dos eixos, definir velocidade de extrusão e do eixos, ligar e desligar a ventoinha e até mudar a taxa de extrusão.

O outro ajuste que da impressora 3D que configuramos mas ainda não apareceu é o diâmetro do bico. Basta clicarmos no item Extruder 1 que o encontramos. Nada mais lógico; o bico é parte do hotend que é parte do extrusor, logo a configuração fica aí.

Se tivéssemos mais de um extrusor, cada um deles teria um item de configuração para si, e eles poderiam ter diâmetros de bicos diferentes. O item seguinte, extruder offset, só tem sentido para configurações com vários extrusores e mesmo assim raramente vai ter valores diferentes de zero pois a posição relativa de cada extrusor já é dada pelo firmware, liberando o fatiador deste ajuste.

Esta aba ainda tem configurações de retração por extrusor, mas trataremos dela mais à frente pois tem maior relação com outras configurações de fatiamento.

O G-Code nosso de cada dia

Sorrateiramente, trouxemos o leitor até a aba de impressoras do Slic3r, porque na verdade a configuração inicial de uma impressora tem um passo importante que é por vezes negligenciado: o G-Code inicial e final. Na configuração do sabor de G-Code, o fatiador já coloca alguns valores default de acordo com a configuração nesses campos, mas algumas vezes esses valores não são suficientes.

E o que são esses campos? São códigos em formato de comandos de G-Code que serão sempre enviados em toda impressão. São muito específicos ao modelo da impressora, contendo certas tarefas que ela espera serem executadas por impressão, e podem mudar até de iteração de modelo — por exemplo, a brasileira Sethi3D AiP A3 introduziu a necessidade de dois comandos relacionados a autonivelamento de mesa que os modelos anteriores não tinham. Confira no manual da sua impressora e não deixe de colocar os comandos certos nesses campos.

Além de inicialização e finalização, esses campos também permitem colocar certa "personalidade" à sua impressão. No firmware específico da Sethi3D AiP (Repetier Firmware), o comando de G-Code "M120 S<frequência> P<repetições>" toca um bipe na frequência determinada com tantas repetições e pode ser usada para uma musiquinha de fim. Esse comando também ilustra as diferenças entre G-Codes: em outros firmwares, o M120 tem outro significado e o comando que gera bipes é o M300. É a isso que nos referimos quando falamos em "sabor" de G-Code. O site reprap é usado como referência agregadora de todas as variações de g-codes usados nos diferentes firmwares de impressoras 3D: http://reprap.org/wiki/G-code

Tratamos g-codes em mais detalhes no capítulo "Diversão com G-Code", em que descrevemos o formato e passamos dicas e truques para ele tornar a sua impressão melhor.

Figure 21. G-Code para a inicialização de uma impressão da Sethi3D AiP A3. Os comandos são "comentados" para dizer o que fazem após o ponto-e-vírgula. A inicialização faz o "home" dos eixos, isto é, leva cada eixo ao final de curso até sentir o endstop ativar. Com isso, ele sabe a posição da coordenada (0,0,0), nossa origem. Após este comando, ele configura o firmware para usar o sistema métrico (milímetros, e não polegadas) e posicionamento absoluto ao invés de relativo (quando ele receber "X 10", executará "ir para a coordenada 10 em X", não "ir para 10 a mais de onde está em X"), executa os dois comandos de autonivelamento de mesa, desliga a ventoinha do bico, levanta um pouco o bico e começa a impressão. No final, ele desliga as temperaturas, leva o extrusor todo à esquerda (X=0), desliga os motores e toca som de término. Outros campos de G-Code configuráveis que não aparecem: G-Code para executar antes de troca de camada; G-Code para executar depois de troca de camada; e G-Code para executar na troca de extrusor. Este último só concerne a configurações com múltiplos extrusores.

Diâmetro e temperatura

Faltam esses ajustes, e basta pensar que eles são específicos em relação ao carretel de filamento usado. Enquanto para aquele seu carretel de PLA vermelho (cuja espessura medida é de 1,69mm) usa 220°C no extrusor e 60°C na mesa, o seu outro carretel, de ABS azul com diâmetro médio de 1,72mm, você usará 235°C no extrusor e 120°C na mesa. Você pode ter aquele PLA específico de 1,7mm cujo vendedor recomenda 190°C no extrusor e mesa a 50°C, ou aquele PETG de 1,65mm em que usa 250°C no extrusor e 80°C na mesa. Esses ajustes estão na aba de filamento do Slic3r e em outros fatiadores seguem o padrão de ter "perfis" ou "seções" diferentes para que possa ter muitas dessas combinações armazenadas. Essa configuração pode se tornar bastante complicada, caso o leitor tenha curiosidade tratamos mais a frente em detalhes.

O Multiplicador de Extrusão

Você sabe o que é o diâmetro e as temperaturas, portanto que Extrusion Multiplier é esse? No Slic3r ele é um número pelo qual ele modificará o seu cálculo de plástico a ser extrudado. Digamos que para determinada camada ele calcula que gastará 15 mm³ de plástico e você põe o multiplicador de extrusão em 1.1; 15 × 1.1 = 16.5 mm³, que é o quanto ele realmente gastará de plástico, causando o que se chama de superextrusão. Em alguns casos, a superextrusão pode ser útil para fazer camadas mais grossas, mais resistentes. O mesmo pode ser dito da subextrusão, extrudar menos do que deveria (com o multiplicador em 0,9, por exemplo): tem uma utilidade limitada na fabricação de detalhes mais finos ou rarefeitos.

Como pode isso acontecer? Por que deveríamos poder mudar o ajuste de quanto plástico sai da impressora, se ela tem todas as medidas necessárias e consegue calcular o volume final?

Para responder a essa pergunta, é preciso entender o mecanismo de extrusão da impressora e as propriedades dos materiais. A parte do mecanismo já vimos: um "pinhão" dentado crava seus fios no filamento, auxiliado por um rolamento com mola para fazer pressão. Quando o pinhão rotaciona, esses fios, enterrados no plástico, empurram o filamento para a câmara de derretimento. No entanto, os materiais mais flexíveis e moles, como o ABS, cedem muito mais facilmente aos fios do pinhão, tendo eles enterrados profundamente, enquanto que os mais rígidos, como PLA, oferecerão maior resistência. Esse contato diferenciado entre filamentos faz com que para a mesma velocidade angular (taxa com que o pinhão roda) se traduza em diferentes velocidades escalares.

Figure 22. Mesmo ângulo, diferentes deslocamentos - a diferença entre os contatos do pinhão no filamento fazem com que filamentos mais rígidos extrudem mais que os mais flexíveis, conforme mostra a figura. Para o mesmo ângulo, o ABS se desloca menos que o PLA. A escala foi exagerada para ilustrar o efeito.

Sempre é interessante ver a história da reprap, e o blogueiro nophead tem um artigo mais profundo sobre este problema da ‘mordida’ do pinhão que virou referência: http://hydraraptor.blogspot.com.br/2011/03/spot-on-flow-rate.html

Apesar deste fator, e apesar de o uso de um fator de extrusão para "compensar" esse movimento maior do ABS (o vloqueiro Maker Thomas Sanladerer, em seus testes, recomenda usar um fator de extrusão de 90% / 0,9 para o PLA com pinhões "MK8" padrão, considerando a impressora tendo sido calibrada com ABS), esta configuração é abusada no meio da impressão doméstica, pois acaba sendo um "band-aid" que conserta temporariamente vários problemas (como um filamento emborrachado que esteja escorregando). Em geral, no entanto, tanto superextrusão quanto subextrusão são efeitos indesejados e que apontam contra a qualidade de uma impressão.

Isso é um pouco mais grave porquanto existam operadores que usam o multiplicador de forma incorreta, diferente do que foi planejado. Vimos que colocamos a medida real do diâmetro do filamento, a que medimos, e não a nominal que seria de 1,75mm (ou de 3mm, caso você use este tipo). A razão disso é que ela entrará em muitas fórmulas e algoritmos diferentes do fatiador na consideração de quanto plástico deve soltar, que outras compensações deve fazer, a que velocidades, em que cantos e curvas e retas das formas que plota no espaço. Quanto mais este valor diferir do real, e os fatiadores têm se tornado mais sofisticados com controles complexos de fluxo, mais estas fórmulas divergirão, e menos controle do processo se tem. A forma incorreta de preencher estes valores é a de colocar uma medida que não equivale ao diâmetro real do filamento e tentar "corrigir" esta medida incorreta usando um multiplicador de extrusão que compense.

Por exemplo, coloca-se 1,75mm na medida do filamento (sem medi-lo) mas ao se tentarem impressões com esta medida, percebe-se que as peças estão saindo ralas, com subextrusão. Isso acontece porque tal filamento tem a medida real média de, digamos, 1,65mm. Por tentativa e erro, o operador descobre que se colocar um multiplicador de extrusão de 1,06, as impressões ficam boas. E nesse ínterim ele perdeu plástico, tempo, e mesmo com o multiplicador potencialmente não terá peças tão boas quanto se pusesse as medidas corretas (1,65mm e multiplicador de 1,0), pois o fatiador está "acreditando" que o filamento tem realmente 1,75mm e calculando como devia, inclusive levando em consideração outros multiplicadores, compensações e controles de fluxo que precisa fazer e só está compensando no final o seu resultado já processado.

O efeito do multiplicador de extrusão é mascarar defeitos na impressora, que podem ser inclusive com várias causas distintas. Algum índice errado ou perdido no meio do caminho, alguma largura de camada — não precisa nem ser no fatiador, pode ser no firmware (como os passos por mm) ou um problema mecânico.

A lição aqui é: o multiplicador de extrusão é um índice para ser usado com muitas reservas e raramente. Ele não serve para compensar uma impressora descalibrada ou medidas imprecisas. Use basicamente em "emergências", quando por algum motivo que ainda não pode determinar, seu extrusor está causando super ou subextrusão e é necessário corrigir. Note ainda que os hosts de impressão costumam oferecer como recurso um multiplicador de extrusão interativo, isto é, você o modifica em tempo real enquanto a impressão acontece; muitas das impressoras 3D que têm um painel de LCD também permitem fazer isto por este painel durante a impressão.

Alguns fatiadores — o Cura, por exemplo -, ao invés de colocar um fator de multiplicação colocam uma porcentagem. O efeito é o mesmo, é o fator multiplicado por 100. Um multiplicador de extrusão de 1,2 do Slic3r é correspondente a um multiplicador de extrusão do Cura de 120% (e a nomenclatura no Cura para a configuração deste item é flow, fluxo).

Figure 23. O uso irresponsável do multiplicador de extrusão é de quebrar o coração, como ilustra esta fotografia de um caso fatal de subextrusão.

Os mesmos ajustes de sempre

Se você não se cansou ainda de falarmos destas configurações, prepare-se porque vamos começar tudo de novo. A razão é que há outros fatiadores, e precisamos dar bons parâmetros de comparação. Mais do que a nomenclatura e as configurações de um fatiador específico, os conceitos é que são importantes, e são eles que serão fixados na memória. Se ensinamos apenas um programa, daqui a 5 anos ele pode nem ser mais usado — como aconteceu com o fatiador skeinforge. Certas impressoras proprietárias têm fatiadores bastante diferentes, mas que usam os mesmos conceitos. Certas pessoas terão preferência por um software ou outro. A todo dia aparecem novos fatiadores, existe francamente uma corrida por recursos entre eles atualmente. Não há como ensinar um único software sem estar fazendo uma aposta que quem paga é o leitor.

O Slic3r foi escolhido para ilustrar este livro porque ele é ao mesmo tempo rico em recursos, organizado racionalmente e suficientemente genérico que sirva para intuir e ilustrar os ajustes de outros fatiadores.

Simplify3D

Este competente fatiador proprietário tem usabilidade boa e variados recursos únicos que mesmo com sua forma de venda sem trials ou versões limitadas lhe renderam uma boa parcela do mercado. Uma boa qualidade de fatiamento, colocação manual de suportes que também são facilmente destacáveis fisicamente, um bom painel de controle pela USB, suporte a variados tipos de arquivos de saída, recursos de sintonia fina e um polimento muito grande de interface são os pontos fortes deste software, que é uma opção sólida para uso profissional com suporte oficial e workflow produtivo. É necessário advertir, entretanto, que seu acordo de uso (EULA) proíbe o compartilhamento dos arquivos produzidos com ele e engenharia reversa dos recursos e formatos do software. Softwares proprietários inevitavelmente acabam tendo tais limitações por seu frequente apelo à escassez artificial; neste caso, a proibição do compartilhamento de g-codes foi incluída para evitar que algum licenciado desse um jeito de fatiar pela nuvem, o que permitiria muitos usuários usufruindo de uma única licença.

Todos os ajustes exibidos aqui são com o Simplify3D com a interface configurada no modo avançado, como fizemos com o Slic3r.

No Simplify3D, a primeira aba se refere ao extrusor e nela já temos a configuração do diâmetro do bico, seguida do multiplicador de extrusão. Curiosamente, temos também aí ajustes de retração associados ao extrusor, algo que trataremos mais à frente.

Figure 24. O diâmetro do bico nas configurações do Simplify3D

Já as configurações de ajuste de temperatura do filamento o Simplify3D organiza numa aba à parte, em que todos os elementos com temperatura controlável ficam organizados. Assim, você pode ter um elemento extrusor, um segundo elemento extrusor (para quando tem extrusor duplo), a mesa aquecida e até ter elementos para câmara aquecida e outras mesas aquecidas (algumas impressoras 3D de maior volume usam isso).

Figure 25. Ajuste de temperatura do extrusor, com possibilidade de diferentes temperaturas para diferentes camadas ("setpoints")

Figure 26. Ajuste de temperatura da mesa aquecida

Anti-intuitivamente, os ajustes de forma e tamanho de mesa do Simplify3D ficam na aba G-Code, e os G-Codes de início e fim não ficam nessa aba — ficam na aba scripts. Veja no entanto que a forma de mesa é um "override" em cima do profile. O Simplify3d tem uma organização diferente do Slic3r, ele tem os "profiles" que definem categorias maiores (por exemplo, um profile por impressora 3D) e os "processes" que definem configurações específicas (que é o diálogo que abrimos, e um "process" irá sobrepujar as configurações de mesa do "profile" se o "Update Machine Definition" estiver ligado). Vemos também a configuração do sabor de firmware e da velocidade da conexão USB-serial.

As configurações de máquina do Simplify3D permitem alguns ajustes que não vimos até agora: especificar a direção em que o fim de curso ocorre e na visualização, inverter algum dos eixos. Ele também tem os "offsets" de extrusor que a configuração do Slic3r oferece e que quase nunca são usados.

O diâmetro do filamento aparece na categoria "Other" (outros), outra organização não muito intuitiva de configurações. Apesar de sua ululante excelência técnica, parece ter faltado aos arquitetos do Simplify3D um pouco de criatividade para nomeação de diálogos. Nesta aba vemos também várias outras configurações que dizem respeito à qualidade de impressão, que será o tema do capítulo seguinte.

Seguido do diâmetro, dois itens muito úteis aparecem: o preço do filamento por quilo e a densidade do filamento. Estes dois índices dão base ao Simplify3D para que, após fatiar, ele calcule quantos gramas de filamento você gastará (ele sabe o volume, tudo o que precisa para saber o peso é a densidade), e como ele tem o peso, pode calcular também o custo financeiro do uso do material. Se o operador cobrar impressões 3D por peso, pode colocar diretamente seu preço neste campo que quando realizar o fatiamento o Simplify3D já dirá quanto ele deve cobrar.

Cura

É preciso esclarecer que para fins práticos, é sensato dizer que existem dois fatiadores de nome Cura: O que tem a numeração até a série 15.04 (sendo a versão 15.04.6 a de manutenção mais recente) e o que foi quase totalmente reescrito, cuja numeração na época da redação deste texto estava em 2.7.

Figure 27. Dois Curas: o da esquerda, o 15.04; o da direita, 2.3.1, com muito mais recursos e configurações.

O redesenho do Cura tem seus motivos. Muitos recursos a mais foram adicionados ao fatiador, mas a "poeira" de tanta mudança ainda está se assentando. Quando um software sofre mudanças tais que perde recursos que antes tinha, a esses recursos perdidos se nomeiam "regressões". Algumas regressões do 2.7 em relação ao 15.04, por exemplo, são a importação de objetos no formato .AMF, a opção de configuração para preço do filamento e a extrusão volumétrica.

Por outro lado, a diferença de recursos (novos) que o Cura novo tem em relação ao 15.04 é tão grande que não valeria a pena listar aqui. Basta dizer que ele tem tantos recursos e tão granulares que permite que você ajuste a visibilidade deles.

Figure 28. Repare no tamanho da barrinha de scroll, ela reflete a quantidade de itens mostrados em relação aos disponíveis.

Esse é, portanto, um grande diferencial dessa nova versão do Cura. Ele permite sintonia milimétrica de cada pequeno detalhe do fatiamento, de forma que quem precisa de ajustes finos terá no fatiador, hors concours, a melhor opção. O outro ponto forte que se ressalta do fatiador são os itens "experimentais", por assim dizer, que ele tem: um ajuste que permite imprimir em "arame", sem utilizar camadas, a sua forma tridimensional (impressão em arame/wire printing); um outro ajuste que introduz "ruído" na superfície do objeto, dando aspecto rugoso ou acidentado (pele felpuda/fuzzy skin); suportes cônicos; malhas de preenchimento; mudança da geometria do objeto para imprimir sem suportes; e tantos outros que ocuparão um bom tempo dos mais exploradores. O software ainda se sobressai em realizar o fatiamento rapidamente (e ele ocorre em backgroud, automaticamente), conseguir impressões de boa qualidade e ainda conseguir fazer a impressão demorar menos que em outros fatiadores.

Em termos de organização, o Cura não tem tantos painés, diálogos, abas como Slic3r e Simplify3D. Ele tem os ajustes de impressão e impressoras; e permite a você definir "profiles" e "materiais" a partir dos ajustes de impressão. Vários dos nossos itens iniciais, incluindo até mesmo o G-Code de início e fim de impressão, estão diretamente no diálogo de configuração de impressora.

Figure 29. Em termos de organização, o Cura dispõe de forma muito intuitiva as configurações, como dá pra ver na tela de configuração da impressora.

E os outros itens de nosso interesse — temperaturas e diâmetro do filamento? Não é preciso procurar muito. Estão logo no início, nas configurações de ajuste de material, seguidos pelo "flow" que é o multiplicador de extrusão.

Figure 30. Uma diferença do Cura é que ele faz uma associação da retração com o material, ao invés do extrusor, como dá para ver na screenshot. Isso é positivo e, de fato, preferível, pois ajustes de retração variam bem mais por filamento (por exemplo, rígido vs. flexível) do que por extrusor.

Importação e disposição de peças na mesa

Uma vez tenhamos configurado esse mínimo no fatiador, já podemos — antes mesmo de qualquer elaboração nas configurações — usar o software para montar nossa "mesa de impressão virtual", isto é, o que queremos que saia na impressora. O caso mínimo seria uma forma tridimensional no tamanho e orientação exata em que foi modelada, bem no centro da mesa, e nesse caso basta abrirmos a figura e mandarmos imprimir. Para todos os outros casos, no entanto, devemos aprender como manipular, dispor e até editar as peças na mesa.

Antes, uma explicação: o ato de carregar as peças na mesa é comumente denominado de importação. E é assim chamado justamente porque, em relação aos dados tridimensionais da peça carregada, o fatiador vai associar uma série de outros dados: escala, orientação, posição, extrusor, filamento, suportes e outros parâmetros. Alguns fatiadores, como Simplify3D e Cura, permitem salvar a mesa de impressão com todos os metadados associados a ela, de modo que você poderá abrir depois e recarregar não só as disposições de todas as peças, como as configurações associadas a elas. No caso do Simplify3D, tal arquivo é o ".factory", aquele mesmo cuja engenharia reversa é proibida pela EULA do software (o que efetivamente proíbe outros softwares de poderem importar o formato); no caso do Cura, elas são guardadas em um arquivo de formato aberto ".3mf". Alguns dos fatiadores, como o Slic3r, permitem também exportar a disposição da mesa como algum formato tridimensional como STL ou AMF, mas perdendo os metadados de impressão.

Outra opção notável de "importação" é o fatiador carregar uma figura bidimensional convencional como GIF, JPEG, PNG e empregar um algoritmo para transformá-la em uma forma tridimensional. As melhores figuras para objetos simples são as iconográficas em preto e branco, mas o software também processa figuras complexas de muitos tons de forma a criar um "lithopane" ("quadro" com relevo saltado). Se o seu fatiador não suporta esse tipo de importação, existem softwares gratuitos e livres que fazem essa transformação externamente, como o multiplataforma png23d, que transforma bitmaps "png" em arquivos .STL ou de OpenSCAD. Existem vários serviços de nuvem que fazem o mesmo, incluindo o próprio thingiverse, e o integrante da lista "reprapbr" JP fez um software proprietário gratuito de lithopanes para Windows, com interface gráfica bem intuitiva: http://www.imprimindo3d.com.br/software-para-impressao-de-lithophanes/

Figure 31. A mesma figura PNG de duas cores, ressaltada em vermelho no centro, importada pelo Cura e Simplify3D com os parâmetros para transformá-la em 3D. No Cura basta abrir tais figuras que o diálogo para a transformação (ressaltado em azul) aparece automaticamente. No Simplify3D, o díalogo aparece selecionando o menu "Add-Ins" e "Convert Image to 3D".

Figure 32. O OpenSCAD pode também fazer os lithopanes, caso seu fatiador não tenha essa função. No exemplo, usamos uma fotografia ao invés de um ícone simples pra fazer uma peça em relevos suaves – o mesmo resultado será obtido no Cura ou Simplify3D.

Uma vez importada a figura tridimensional, ela aparecerá por default no centro da mesa. Se forem importadas várias figuras, o software pode preguiçosamente dispô-las no centro sobrepondo as anteriores, ou pode rearranjá-las na mesa. Esse comportamento é configurável (Slic3r: File → Preferences → Auto-center parts; Simplify3D: Tools → Options → Models → Automatically center and arrange imported models; Cura: Preferences → Configure Cura…​ → General → Ensure models are kept apart e Automatically drop models to the build plate) e tanto Simplify3D quanto Slic3r ainda disponibilizam um botão de arranjo instantâneo caso você tenha "bagunçado" a mesa.

Se o formato que você importou foi STL e o arquivo tem múltiplos objetos, você pode ter um problema; como dissemos ao mencionar o formato, ele não tem informações de "objetos separados", então o fatiador considera cada arquivo STL carregado como um único objeto. Isso pode ser inconveniente para posicionamentos e transformações, pois ele só permitirá a você operar em todos de uma vez. Para evitar isso, tanto Slic3r quanto Simplify3D permitem a você separar os vários objetos:

Figure 33. No Slic3r, você clica em cima do objeto composto a ser dividido (o varios.stl que aparece na listagem à direita) e seleciona "Split". A partir daí cada objeto poderá ser manipulado de forma separada. No Simplify3D, o caminho é menu "Mesh" → "Separate Connected Surfaces".

Você vê que no menu do Slic3r ainda aparecem opções para manipulações dos objetos como rotacionar, "scale" (redimensionar) e espelhar. Mas primeiro vamos ao mais básico: o melhor é primeiro você aumentar o seu campo de visão, ou seja, diminuir o zoom pra ver mais da tela. Você faz isso usando a rodinha do mouse; movendo pra frente, a visão se aproxima e pra trás, ela se distancia. Isto funciona do mesmo jeito em todos os fatiadores.

No Slic3r, se você clicar e arrastar o objeto, ele é movido por cima da mesa. Já o Cura apresenta um menu de manipulações à esquerda, a manipulação inicial é de "translação" (mover na mesa) e se você clicar e arrastar a peça ela se move como no Slic3r. No Simplify3D é ligeiramente diferente: para mover a peça você deve estar com a tecla Ctrl apertada, clicar e arrastar. Sem o Ctrl, ele não mexe na peça, fazendo apenas a rotação do ponto de vista. A idéia aqui é evitar que se arraste as peças sem querer. Você pode ainda querer somente deslocar lateralmente e para cima/para baixo o ponto de vista (movimento que em inglês é referido como *pan*). De uma forma mais organizada:

• Slic3r: Botão esquerdo na peça para arrastá-la; botão esquerdo fora das peças para rotacionar o ponto de vista; botão direito ou do meio para pan.

• Simplify3D: Ctrl + botão esquerdo na peça para arrastá-la; botão esquerdo em qualquer lugar para rotacionar o ponto de vista; botão direito para pan; o botão do meio "reseta" a visualização. Esses atalhos podem ser mudados em Options → Preferences → Mouse/Keyboard shortcuts e em especial se aconselha desmarcar o "[ ] Middle mouse button resets view" se você mexe com os vários fatiadores, visto que será comum confundir as teclas.

• Cura: Com o modo "translação" selecionado, botão esquerdo na peça para arrastá-la; botão direito em qualquer lugar para rotacionar o ponto de vista; botão do meio para pan.

Figure 34. Modos de manipulação de objetos do Cura. Quando um deles é selecionado (quadro à direita) aparecem mais opções sobre a manipulação. No caso ilustrado a translação pode ser feita arrastando o objeto na mesa ou entrando manualmente as coordenadas nos campos que aparecem.

Configurações adicionais de posicionamento

Cada fatiador costuma vir com suas próprias facilidades e recursos extras de posicionamento e disposição, e vale a pena explicitar como funciona em cada um deles.

• Slic3r: sendo ainda o mais simples dos três em sua interface, não tem muitos recursos especiais de posicionamento e mesmo o posicionamento pela interface não é lá muito intuitivo. Também não ajuda o fato de este fatiador nem mesmo implementar a função básica de desfazer (undo)¹. Temos nas preferências gerais um ajuste para auto-centralizar peças, na interface da mesa um botão para "arranjar" as peças automaticamente e o botão direito para uma série de operações, ajustes e configurações por objeto. Um ajuste de posicionamento que merece menção especial, no entanto, é a de rotação das peças. Como ela é feita somente pela especificação de um número (os graus de rotação em relação ao eixo), pode ser muito difícil visualizar como tal rotação acontece.
  Nesse sentido, é útil resgatar um pouco de teoria da modelagem tridimensional. Os softwares de tratamento de forma 3D seguem a regra da mão direita para rotação.

Figure 35. A regra da mão direita mostra o sentido de rotação em relação ao eixo. Se o desejado for rotacionar no sentido inverso, basta usar um valor negativo (ex.: 90°).

Figure 36. Aplicação da regra da mão direita para um objeto no Slic3r. Escolhemos o eixo X, indicado em vermelho, e pedimos pra rotacionar 90° positivo. Os quatro dedos apontariam para a rotação no sentido destacado.

O Cura faz as rotações com o mesmo referencial (pois ele permite entrar valores), mas o Simplify3D pode confundir quem não quiser usar o modo interativo e colocar os valores diretamente, pois a representação default dos eixos dele inverte o Y pois assim a visualização da impressão em impressoras 3D cartesianas fica mais fácil. Para a rotação funcionar segundo a regra da mão direita, é preciso desmarcar a inversão do Y, ou simplesmente decorar que os sentidos de rotação numérica, no default dele, são invertidos.

Figure 37. O Simplify3D não obedece à regra da mão direita por causa desta configuração default. Pode-se desmarcá-la ou memorizar o Simplify3D como tendo "regra da mão esquerda".

• Simplify3D: As configurações de visualização, posicionamento e disposição estão espalhadas pelo menu Tools → Options do fatiador:

  

  As importantes para nosso caso serão:

  • Swap mouse scroll wheel zoom direction — faz com que o sentido da rodinha do mouse se inverta: para trás diminuirá e para frente aumentará o zoom.

  • Middle mouse button resets view: caso o ângulo de visualização esteja muito ruim, você pode resetá-lo para o default simplesmente pressionando o botão do meio do mouse. Se você usa vários fatiadores ou programas de modelagem, é recomendado desligar esta configuração pois muitos deles usam o botão do meio para outras funções, levando a pressioná-lo sem querer no fatiador e perdendo a visualização em que estava.

  • Always show full 3D transform gizmo: para fazer as transformações visualmente o Simplify3D apresenta "gizmos" (controles) em que se clica com o mouse para realizá-las. Com essa configuração selecionada, o fatiador sempre mostrará os 3 eixos para transformação ao invés de somente um.

    

    Figure 38. Controle de rotação sem "full gizmo" (na figura com a rotação para o eixo Z) e com "full gizmo" (todos os eixos) no Simplify3D.

  • Na aba Machine temos novamente de interesse a possibilidade de ligar ou desligar na configuração default o "flip Y" visto na regra da mão direita.

  • Na aba Models temos o "Automatically scale to correct unit system without prompting". Como vimos, o formato STL não inclui unidades, embora seja assumido o milímetro. Quando o Simplify3D importa um objeto e ele é pequeno demais, ele assume que foi gravado em polegadas (inches), que são maiores. Normalmente ele mostra uma janela de diálogo ao importar tais peças, mas com essa configuração ligada ele transforma a figura automaticamente para polegadas (uma polegada é igual a 25,4 milímetros, ou seja, ele aumenta a figura em 2540%).

  • Ainda na aba Models há a opção para ele dispôr as peças automaticamente conforme os modelos são importados, Automatically center and arrange imported models. Como ele já possui o botão Center and Arrange na interface principal, desligar essa configuração pode ser útil quando se quer "fundir" peças ou posicioná-las livremente.

  • Interativamente, o Simplify3D tem dois ótimos atalhos para manipular posição e rotação; são eles o Ctrl-T (drop / largar peça) e Ctrl-L (align / alinhar com a mesa).

    • O Ctrl-T analisa a peça e vê onde é a posição mais baixa dela no eixo Z, e alinha essa posição para ter Z=0 (ou seja, encosta na mesa). Na prática esse modificador serve para "largar" peças de modo que encostem na mesa (não fiquem flutuando) ou, se a peça estiver com partes para baixo da mesa, colocá-la acima.

    • O Ctrl-L é uma função mais útil: uma vez apertada a combinação de teclas, permite ao usuário selecionar uma face da peça. Quando clicada com o botão do mouse, o fatiador rotaciona a peça de modo com que essa face se alinhe com a mesa, e aí realiza a função de "largar" a peça nessa rotação de modo que encoste na mesa. Veja que se a face selecionada não for a mais baixa na peça, ela não encostará na mesa, apenas ficará alinhada.
      Tanto no Ctrl-T quanto no Ctrl-L as modificações de posicionamento e rotação ficam armazenadas nos campos numéricos do objeto, e podem ser zeradas restaurando o objeto a coordenadas "default".

      

      Figure 39. O modificador Ctrl-L no Simplify3D. A face selecionada, à esquerda, está ressaltada em vermelho brilhante. Ao se clicar nela a peça é rotacionada e largada na plataforma, mas a face selecionada não necessariamente estará encostada nela, apenas alinhada. No resultado, à direita, a face alinhada (não visível) tem sua distância mostrada em vermelho escuro e o ponto de contato da peça com a mesa é ressaltado em verde claro.

• Cura: as opções gerais do Cura, que afetam visualização e posicionamento, podem ser um pouco difíceis de compreender. A tela de configuração pode ser acessada no Menu Preferences → Configure Cura → General:

  

  Figure 40. Tela de configuração geral do Cura 2.4

  As opções pertinentes são:

  • Viewport Behaviour — Display overhang: na visualização default, com essa opção ligada mostra em vermelho brilhante os overhangs/seções pendentes da forma.

  • Center camera when item is selected: desliza a visualização da câmara para focalizar em um objeto quando se o seleciona (sem mudar o nível de zoom).

  • Ensure models are kept apart: já mencionada, com ela ligada os modelos são espaçados de forma a não colidirem ou se penetrarem.

  • Automatically drop models to the build plate: automaticamente deixa os objetos importados ao nível da mesa (sem rotacioná-los).

  • As três opções seguintes são relacionadas e merecem uma explicação: sendo uma aplicação OpenGL, isto é, que se vale de aceleração de hardware para desenhar as formas tridimensionais na tela, o Cura em sua inicialização tenta ativar a renderização, mas se não consegue (o que pode acontecer por a máquina não ter hardware para isso ou não ter o driver instalado), cai em modo de compatibilidade, bem mais lento. Nesse modo de compatbilidade, as opções servem para não sobrecarregar o processador. Veja que elas só valem para a visualização de fatiamento, não para a visualização 3D default. A Only display top layer(s) in layer view compatibility mode faz com que nessa visão só seja mostrada a camada superior ou camadas superiores do intervalo, e a Display five top layers in layer view compatibility mode diz que o número dessas camadas superiores mostradas é cinco. A opção Force layer view compatibility mode (restart required) força que o Cura já inicie em modo de compatibilidade sem tentar ativar a aceleração de hardware, e só começa a valer quando a aplicação é reiniciada.

  • Scale large models: com essa opção ativada, verifica se a peça cabe no volume de impressão configurado, e se não couber a reduz até que caiba.

  • Scale extremely small models: como no simplify3d, se detecta se a peça é pequena demais (mais de 100 vezes menor que o volume de impressão) e calcula um multiplicador de potência 10 para ela que a coloque em um tamanho mínimo dentro deste volume.

  • Rotação, posicionamento e modificação interativa: como mostrado na figura 135, o Cura dispõe de várias opções para posicionamento, rotação, modificação, etc., e para cada uma delas um controle (gizmo) diferente. Por default, os controles têm uma "grade" de valores em que ficam, mas se você deixar a tecla Shift apertada pode fazer ajuste fino. O mesmo efeito pode ser dado desselecionando o "snap" do controle específico.

• Rotacionar a peça na mesa para obter orientação ótima: esta opção do Cura aparece em Extensions → OrientationPlugin → Calculate optimal printing orientation caso o OrientationPlugin esteja habilitado nas preferências. O que este plugin faz é analisar a geometria da peça de forma e rotacioná-la de forma a maximizar o espaço de contato com a mesa e diminuir o suporte necessário. Uma explicação do algoritmo pode ser lida (em inglês) em http://www.salzburgresearch.at/blog/3d-print-positioning/.

Note

Notas: O Slic3r é software livre e open-source, e qualquer um com conhecimento de programação pode ajudar a resolver estes problemas. No momento da redação deste livro, o relato de bug aberto para a implementação do recurso de desfazer em https://github.com/alexrj/Slic3r/issues/3265 acaba de ser fechado. É possível que ao ler este parágrafo, o recurso já esteja na versão estável do software e o leitor já possa usá-lo.

Corte / divisão de peças

Exclusividade do Slic3r, essa função não existe nos outros fatiadores e serve para dividi-la em duas metades usando de um plano de corte. Para ativá-la, você pode selecionar o objeto e apertar o botão de menu "Cut", ou clicar com o botão direito e selecionar a opção "Cut".

Figure 41. Corte de peças do Slic3r. Se escolhe um eixo (na figura, o Z) e a altura do plano de corte é ajustada mexendo na régua ou entrando o valor. As opções permitem Manter ("keep") a parte superior (upper part), a parte inferior (lower part) ou as duas. A "Rotate lower part afterwards" gira a parte de baixo em 180° para nivelar na mesa, já que se supõe que o plano de corte criará uma superfície plana nesta.

Figure 42. A opção de corte "cut by grid" pedirá dois valores numéricos, que são as arestas dos vários retângulos em que a peça será dividida na mesa. Na figura ilustrada, colocamos 20 x 20 mm, o que daria 100 peças se a mesa de 200x200 estivesse toda preenchida, e no nosso caso resultou em 25 peças.

Simulando o corte no Cura e Simplify3D

Apesar de esses fatiadores não terem uma função de corte específica como o Slic3r, é possível usar um editor de objetos tridimensionais externos como Blender, Meshlab e Meshixer para cortar a peça. Mas também é possível "simular" esta função se aproveitando do fato que os fatiadores ignoram as partes da peça com coordenadas menores que zero (abaixo da plataforma virtual de impressão). A desvantagem principal desta abordagem é perder a flexibilidade de orientar a peça como desejar (já que ela vai ter necessariamente que estar horizontal em relação ao "plano de corte") e também de ter que saber a dimensão e posicionamento exatos para fazer tal corte. Demonstraremos no Cura pois é trivial saber como fazer as mesmas transformações no Simplify3D, dado o que já ensinamos.

Figure 43. Passo 1. Carregue a peça e veja suas dimensões, dadas pelo fatiador. No nosso caso pretendemos cortar pelo plano XY, então vamos anotar a altura da peça em Z, 32,5415.

Figure 44. Passo 2: Afunde a peça na mesa, colocando um valor negativo em Z. Veja que no Cura para isso funcionar você precisa ter desligado o

Figure 45. Passo 3: Duplique a peça ou a importe novamente. Rotacione em 180° em X. Lembre-se dos dois valores anotados: 32,5415 e 20,6. Subtraia um do outro e coloque um Z negativo com esse valor, 11,4915.

Figure 46. Pronto. A peça está dividida e será impressa em duas metades.

Impressão contínua vs. sequencial

Um recurso que todos os fatiadores oferecem, mas de formas diferentes, é a possibilidade de o usuário escolher como quer que as peças da mesa sejam impressas, quando há várias: todas ao mesmo tempo (a primeira camada de todas elas, então a segunda camada de todas, etc…​) ou uma de cada vez. O primeiro modo é chamado de impressão contínua e o segundo caso de impressão sequencial.

Se a idéia é simples, por que os fatiadores a tratam de forma diferente? Ora, temos que nos lembrar que fatiadores são softwares genéricos pra tratar uma gama enorme de modelos e tipos de impressoras 3D, e a construção delas varia bastante, afetando muito o modo como podem tratar a impressão sequencial. Uma Graber i3, com seu carro X ocupando espaço poucos centímetros acima da altura do bico, não tem a capacidade de fazer várias peças altas ao mesmo tempo, pois voltaria à coordenada vertical zero e acabaria batendo o carro nas peças já impressas. Já uma delta tem apenas o volume bem mais vertical do effector e dos braços, podendo imprimir livremente peças altas em sequência sem colidir com nada. Uma CoreXY, por outro lado, vai ser ainda mais limitada pois tem dois carros horizontais e as únicas peças que conseguiria imprimir são aquelas de no máximo a altura dos eixos.

E mesmo essas limitações não são absolutas. Numa Graber i3 você pode imprimir as várias peças em fila indiana no eixo Y e nesse caso seria possível a impressão sem colisão. Mas determinar essa solução pra casos gerais é virtualmente impossível, pois existem muitas formas de construção e sistemas de eixos de impressoras 3D, e provavelmente muitos outros a serem inventados. Portanto, você não informa detalhadamente ao seu fatiador o sistema de eixos que usa e suas limitações específicas, você informa dados mais simples. E aí temos a diferença: cada fatiador pede dados ligeiramente diferentes para saber se a impressão atual baterá nessas limitações.

Figure 47. KAPOW! Dependendo da geometria da sua impressora 3D, pode ser mais ou menos limitante imprimir peças em sequência.

O modo default dos fatiadores é o contínuo. Como os diferentes fatiadores tratam o problema:

• Slic3r: A seção Output options (opções de saída) dos Print Settings é onde se trata o modo sequencial. Para ativá-lo, ligue o "Complete individual objects". Para saber como tratar colisões, o Slic3r trata o problema de maneira bem simples: exige o "raio" do extrusor e a altura em relação ao extrusor em que o sistema de eixos está. Se houver mais de um extrusor e o deslocamento estiver configurado no Slic3r ele usará esses ajustes, mas como geralmente o deslocamento está no firmware, o que se usa nesses casos é somar a distância entre os extrusores e os raios deles para o controle de colisão.

  
  

  Figure 48. Como o Slic3r trata as colisões: a altura h (de "height") e o raio R são entrados. Qualquer peça com partes acima da altura "h" (linha pontilhada) não será possível imprimir.

  O Slic3r usa esses dados para avisar sobre colisões já enquanto se arrumam os objetos na mesa. Deixá-los próximos demais de tal modo que o cilindro colida com algum objeto fará a barra de status mostrar o aviso "Some objects are too close; your extruder will collide with them" ("Alguns objetos estão muito próximos; seu extrusor colidirá com eles"). Se os objetos estiverem separados, mas ainda forem maiores que a altura h dos eixos, ele avisará "Some objects are too tall and cannot be printer without extruder collisions" ("Alguns objetos são altos demais e não podem ser impressos sem colisões do extrusor".

Figure 49. Mensagem de erro do Slic3r avisando que as peças são altas demais para serem impressas sequencialmente.

• Cura: como o Slic3r, tem a altura dos eixos configurável nas definições de impressora: Preferences → Printers → Machine Settings → Gantry height. No entanto ele não tem a opção de "raio" ou volume do extrusor/hotend porque na verdade esses dados estão precisamente especificados internamente para cada modelo de impressora; ao invés de ser somente um círculo, o arquivo json¹ que define características mecânicas da impressora 3D permite especificar um polígono com várias arestas. No entanto, como editar esses arquivos-texto exige conhecimento avançado e muita consulta, na prática esse dado está indisponível para o usuário comum. Por outro lado, ele tem os dados simplificados "printhead settings" que permitem dizer o mesmo, sendo apenas distâncias horizontais do bico aos extremos do extrusor.

Se você tem uma impressora corretamente cadastrada entre as impressoras do Cura, o dado da forma do extrusor já estará configurado como devia. Se estiver usando um perfil genérico, para o extrusor sem ventoinha ele usa as medidas de um quadrado de 2mm de lado, e com ventoinha um retângulo de 30mm no eixo X e 20mm no eixo Y. A altura do eixo (gantry height) está em 20mm também, e se quiséssemos que o Cura não a levasse em consideração bastaria colocar um valor bem alto, como 99999999.

Figure 50. Cura se recusando a fatiar com a altura do eixo configurada como 20mm. Ele mostra as peças "impossíveis de imprimir" com listras e o "volume efetivo de impressão" no modo sequencial ("One at a time") por linhas azuis-claras.

• Simplify3D: O Simplify3D começa com a abordagem de simplesmente não ter o raio, medida ou formato do extrusor, tendo especificável (mas não configurável) somente a altura de colisão do eixo. Dessa forma, ele deixa a tarefa de espaçar corretamente as formas na mesa inteiramente para o operador. O modo sequencial é dado na hora em que o Simplify3D vai executar o fatiamento, e nesse momento você deve especificar a altura dos eixos.

Figure 51. O fatiamento sequencial no Simplify3D, com um processo diferente selecionado para cada objeto (a sequência é entre processos e não objetos). A altura dos eixos é dada em 20mm no exemplo.

E mais uma diferença do Simplify3D é que a sequência não é dada entre cada peça na mesa e sim entre cada processo. Isto significa que se você tem 30 peças, se quiser imprimi-las em sequência precisará de 30 processos, um para cada uma, mesmo que sejam processos idênticos.²
Mas a melhor diferença ficou para o final: o Simplify3D não se nega a fatiar se a altura do objeto ultrapassar a altura dos eixos. Ao invés disso, ele divide em seções: como a altura máxima que ele consegue obter é, digamos, os 20mm que especificamos, ele imprime os processos em sequência até chegar a 20mm em cada um deles; então, na altura 20mm + uma camada, ele reinicia a sequência até completar 40mm; e daí em diante, até completar todos os objetos.³

Figure 52. Um recurso valioso do Simplify3D: se as peças forem mais altas que o eixo, ele faz a sequência até chegar a altura máxima, para então recomeçar desta altura. As linhas vermelhas representam movimento de "travel" e o vaivém de uma peça a outra é economizado, tornando a impressão sequencial bem mais rápida. Na figura, vemos apenas duas linhas de travel entre as peças, ao invés de uma para cada camada.

Neste caso a vantagem do Simplify3D sobre Cura e Slic3r é aparente, mesmo não tendo a análise mais completa levando em conta o formato do hotend ou extrusor. Resta esperar que tais recursos sejam também implementados nesses fatiadores!⁴

Note

Notas: Ainda assim, é possível editá-lo com um editor de textos comum. Ele se situa em cura/resources/definitions, tem o nome terminado em .def.json e a lista de variáveis com explicação pode ser encontrada em https://github.com/Ultimaker/Cura/issues/798. O formato do extrusor é dado pelas variáveis machine_head_polygon e machine_head_with_fans_polygon. Ainda assim, você pode tentar pressionar os desenvolvedores do Simplify3D para que implementem impressão sequencial em processo único: https://forum.simplify3d.com/viewtopic.php?f=23&t=1763. Referência em https://www.simplify3d.com/support/articles/multi-part-printing/ Por conveniência, o autor abriu relatos de bugs tanto para Slic3r quanto para Cura pedindo este recurso neles, a seguir: https://github.com/alexrj/Slic3r/issues/3739 e https://github.com/Ultimaker/Cura/issues/1493.

Outra camada de configurações…​

…​ou configurações de camada? Pois agora que terminamos a base, o mínimo que uma impressora precisa para começar a funcionar, precisamos saber como fazer uma impressão viável (isto é, que chegue à peça final sem problemas no meio do caminho) e de qualidade (qualquer que seja o fator de qualidade que adotemos: resistência a tração, a compressão, superfície suave, detalhes finos, aparência esteticamente agradável, etc.).

E se queremos detalhes, precisamos evitar ao máximo o efeito "degrau" que pode acontecer com camadas de impressão muito grossas, análogo à pixelização que se vê em gráficos de computadores antigos. A altura de camada (layer height, em inglês) é, na prática, a "resolução" da impressora 3D.

Figure 53. A previsão da trajetória de impressão no Simplify3D de um "yodabuda" em duas resoluções diferentes: 0,1mm de altura de camada (esquerda) e 0,3mm (direita). Percebe-se claramente a perda de detalhes do segundo caso.

A altura de camada será limitada fisicamente pelo diâmetro do bico, já que é ele que determina a altura máxima que o filete de plástico consegue atingir. Via de regra, não é recomendável usar uma altura de camada maior que 80% do diâmetro do bico, pois o que acabará acontecendo é que o fatiador vai superextrudar para tentar atingir tal altura e o que sairá sera um filete embolado, não mais alto. Também não é muito recomendável usar uma altura de menos de 20% pois o plástico terá uma subextrusão tão acentuada que acabará picotado, enroscando no bico ou ainda com outros problemas. Portanto, para um bico padrão de 0,4mm se recomenda uma altura de camada entre 0,08mm e 0,32mm — tendo sempre em vista que essa "regra" é apenas uma orientação, com muitos casos em que não vale.

Figure 54. Algumas impressões com filamentos de ABS com 0,3mm e 0,1mm de altura de camada. Apesar de a impressão de 0,1mm ser mais definida, ela também gera mais artefatos. No caso do filamento cinza, os artefatos foram tantos que o filamento foi considerado inviável para impressão fina (é um filamento de testes a que o autor teve acesso). Opções de qualidade do fatiador podem minimizar tais defeitos, mas nada supera o uso de um filamento melhor. Foto do autor.

Uma camada mais fina torna em geral a superfície mais suave e portanto pode parecer sempre desejável, mas tem desvantagens. Como o extrusor se movimenta na mesma velocidade quer esteja fazendo uma camada de 0,3mm, quer uma de 0,1mm, e como as peças com camadas de 0,1mm terão três vezes mais camadas, a impressão demorará 3 vezes mais tempo com a camada de 0,1mm. Como uma impressão 3D já é algo que pode levar horas pra concluir, multiplicar este tempo por 3 nem sempre é factível. Existem alguns "macetes" que permitem diminuir este tempo, como fazer as paredes de 0,1mm e o preenchimento interno de 0,3mm, algo que falaremos mais à frente.

Outro problema é que temos maior laminação com mais camadas, e já vimos que a baixa aderência entre camadas é um fator que atenta contra a resistência da peça. Quanto mais camadas, mais espaço intersticial, e menos robusta a peça será. Outras propriedades podem pesar contra camadas finas: quando se usam filamentos transparentes, o grau de refração é maior com camadas menores, então pode ser desejável usar camadas grandes para obter maior grau de transparência.

Os motores, fusos e pinhões do mecanismo que movimenta o eixo Z de sua impressora terão impacto na qualidade de camada. Um descompasso entre rotações completas da barra roscada ou fuso com a altura de deposição do plástico pode trazer deslocamentos micrométricos mas relevantes, e a empresa Prusa Research disponibiliza via web um mecanismo de cálculo de vários índices para sua impressora 3D, entre eles a de "altura de camada ideal" considerando o mecanismo.

Figure 55. A calculadora Prusa para camada ótima. O usuários entra os dados físicos de sua impressora - neste caso, bem comuns: motor de 1,8° de rotação, barra roscada M5 de 0,8mm de espaçamento, sem redução no motor - e diz qual altura de camada gostaria de usar: neste caso, 0,15mm. A calculadora prusa informa que a camada de 0,15mm não seria ideal (em vermelho), pois teria um erro estimado de 1,3mm em 10cm, mas as camadas de 0,148 mm e 0,152 mm funcionariam bem. Pode-se ainda ver que a distância de um "passo" do motor em Z é muito pequena (0,004mm) e com os drivers modernos pode ainda ser dividida em até 32 partes. Isso mostra que a resolução possível de nossa altura de camada é muito alta e poderíamos ter camadas micrométricas se não fosse o altíssimo tempo necessário e a alta chance de a subextrusão não funcionar.

Controle de altura de camada e fatiamento adaptativo

[[FEITO adaptive_slicing]]Por bastante tempo, o Slic3r tem tido um recurso que é tanto bastante útil como pouco usado, que é o ajuste fino de controle de camadas por altura. Embora outros fatiadores também permitam isso de várias formas — como o Simplify3D com seus "processos" --, o que chama atenção no recurso é a rapidez e facilidade com que isso é feito: selecionando o objeto, clicando com o botão direito e selecionando "settings" para configurações por objeto e usando a aba "layers" pra definir os intervalos de altura e as alturas de camada que terão (valores fora desses intervalos terão a altura de camada da configuração geral).

Figure 56. Configuração fácil de alturas de camada no Slic3r.

O fork do Slic3r da Prusa Research, o Prusa Slic3r, levou este conceito mais adiante e permite uma configuração suave e visual das alturas de camada:

Figure 57. Prusa Slic3r: controle visual de altura de camada. Clicar em diversos pontos do retângulo da curva de alturas de camada à direita ajusta a região para a altura de camada desejada. O fatiador grava a meta-informação dessas alturas de camadas se a mesa for gravada em formato AMF.

E como se usa esta facilidade? Ora, se você já enxergou uma peça impressa e o efeito de "escada" ou "serrilhado" na vertical especialmente nas partes que deveriam ser curvas suaves, sabe o problema de se dividir uma forma em fatias. Quanto menor a espessura dessa fatia, mais suave fica a forma, mas também mais tempo se leva para imprimi-la. E muitas formas têm seções com linhas mais retas e verticais que realmente não se beneficiariam das camadas mais finas como as outras, mais suaves e curvilíneas. Não seria portanto ideal que somente as camadas necessárias fossem mais finas, numa graduação de acordo com sua suavidade ou inclinação?

É mais ou menos isso que se tenta obter, geralmente, quando se editam as alturas de camada em intervalos tanto no Slic3r quanto o Prusa Slic3r. No entanto, inclinações e suavidades de curva são propriedades geométricas que podem facilmente ser analisadas, e o procedimento pode perfeitamente ser automatizado. Essa é a idéia já bem antiga de fatiamento adaptativo, mas que recentemente tomou renovado interesse com o algoritmo VariSlice™ da Autodesk¹, criado pelo time de desenvolvimento da impressora 3D DLP open-source Ember. O algoritmo foi implementado na linguagem Processing (Java) e seu código-fonte disponibilizado sob licença open-source, podendo gerar tabelas de alturas para camadas para serem importadas no Slic3r. O time de desenvolvimento da Ember também está participando da implementação independente da idéia feita pelo usuário platschno Slic3r, com uma combinação das idéias de manual e automático: o algoritmo inicialmente faz a análise e ajustes das alturas de camadas automaticamente, com o usuário podendo alterá-las.

Figure 58. O recurso (recentemente integrado) de fatiamento adaptativo do Slic3r, com configurações associadas de extrusor de altura máxima e mínima permitidas e a tooltip explicando o valor máximo.

Figure 59. A curva de tamanho de camadas à direita da janela menor é modificável de modo bem parecido com o ajuste do Prusa Slic3r (que tem em comum também os mesmos ajustes de máximo e mínimo).

Valor da cúspide

Se a configuração de altura de camada mínima e máxima é fácil de entender, nem tudo é simples no fatiamento adaptativo. Um valor mais complexo que também pode ser entrado é o cusp value (valor da cúspide). Cúspide é a ponta ou extremidade aguda de algo, e neste termo ele se refere ao encontro entre as camadas — o ponto mais distante da curva da forma. A distância máxima deste ponto em relação à curva é o valor da cúspide², configurável para o fatiamento. Um valor de cúspide igual a zero fará com que as camadas nunca se desviem da média das curvas, e as deixará sempre no valor mínimo. Um valor de cúspide igual ou maior que a altura de camada máxima deixará as camadas sempre no valor máximo.

Figure 60. O valor da cúspide é igual ao módulo (comprimento) do vetor ilustrado em vermelho, com a base na interseção entre as camadas.

Durante o desenvolvimento desse recurso no Slic3r, o valor da cúspide era colocado diretamente, mas se percebeu que os usuários que testam tinham dificuldade de entendê-lo. Por isso, o valor foi trocado para uma porcentagem que se considera mais intuitiva: 0% é correspondente ao valor máximo da cúspide (igual à altura de camada máxima, ou seja, impressão rápida mas grosseira), 100% é correspondente ao valor mínimo (impressão lenta, mas com as camadas igual ao valor mínimo). Entendendo a porcentagem como um equilíbrio entre tempo e qualidade, quanto mais alta essa porcentagem, maior a qualidade e menor o tempo. O valor default com que o slic3r vem para ela é 75%, que é imo para a maioria dos casos.

Figure 61. Como ligar o fatiamento adaptativo (não se esqueça de definir o mínimo e máximo na aba printer settings). O ajuste Match horizontal surfaces tenta aumentar ou diminuir as alturas de camada perto de superfícies horizontais para que elas tenham exatamente a altura do modelo.

Figure 62. Diferentes ajustes de qualidade e seus efeitos nas alturas de camada em cada camada (utilizado o 3DBenchy da primeira ilustração)

Fatiamento adaptativo em outros fatiadores

O Slic3r não é o único fatiador a ter fatiamento adaptativo, mas parece ser o que a implementa de forma mais consistente, configurável e modificável. Outros fatiadores que a implementam com parâmetros mais automáticos são o open-source repsnapper e o proprietário voxelizer. No caso do repsnapper é apenas uma opção a ser ligada ou desligada e no caso do voxelier só o tamanho de camada mínimo e máximo são configuráveis.

Note	Notas: http://www.instructables.com/id/Variable-Slicing-for-3D-Printing-on-Autodesk-Ember/ http://kalanka.de/blog/adaptive-slicing/ https://github.com/platsch/Slic3r/tree/adaptive-slicing

Tip

Platsch, o indivíduo primariamente responsável pelo fatiamento adaptativo no slic3r, é um pesquisador de primeira. Ler o bug report que levou ao fatiamento adaptativo, seu blog e seus relatos em geral são altamente instrutivos, mas um documento mais abrangente e ao mesmo tempo condensado tendo toda a teoria do fatiamento adaptativo assim como uma citação formal das referências você encontra no artigo mais recente dele: Wasserfall, F., Hendrich, N., & Zhang, J. (2017). Adaptive Slicing for the FDM Process–Revisited. 2017 13th IEEE Conference on Automation Science and Engineering (CASE). Pode ser baixado de https://tams.informatik.uni-hamburg.de/publications/2017/Adaptive%20Slicing%20for%20the%20FDM%20Process%20Revisited.pdf

A Importância da Primeira Camada

Figure 63. O filete de plástico da mesa mal nivelada (esquerda) é depositado flácido e sem aderência nenhuma com a mesa. Mesmo se essa impressão durar mais do que algumas camadas, em algum momento ela falhará. A mesa bem calibrada, à direita, permite uma primeira camada contínua e bem aderida. Note que a impressão é com ABS, no caso do PLA suas características o fariam ser mais "tolerante" a esse tipo de desnivelamento.

A altura de camada da primeira camada, diferente das camadas da peça inteira, costuma levar diferentes considerações e tem seu tamanho ajustável de forma independente das outras camadas. Isso acontece porque a primeira camada é a mais crítica para toda a impressão: ela define quão bem a peça estará aderida à mesa, portanto quão estável ela ficará durante toda a impressão. Faça uma primeira camada ruim e sua impressão falhará de alguma forma: no melhor caso, as quinas do objeto levantarão e você terá warp na peça, no pior caso a peça pode tombar e ser jogada em algum mecanismo da impressora, levando a danos físicos na impressora ou até acidentes mais sérios.Manter o nivelamento da mesa bem calibrado, com a distância entre a ponta do bico e a mesa sendo de um cartão de visitas (0,3mm), é essencial para o bom funcionamento da impressora 3D, assim como manter a mesa perfeitamente horizontal em relação ao plano XY, caso contrário em um extremo da mesa o bico encostará nela na coordenada Z zero, mas em outro extremo o bico ficará levantado ou afundado. As mesas de impressora 3D são sustentadas por molas inclusive por causa das situaçõs em que o bico afundaria nelas — isso dá um tempo de manobra para o operador intervir e impedir danos permanentes ao maquinário.

A situação atual da tecnologia já melhorou bastante em relação a 2009, com procedimentos como regulagens manuais de parafusos de cada canto sendo cada vez mais raros nas impressoras 3D de hoje. A maioria já adota o nivelamento automático (com a mais recente Prusa i3 MK2 adotando o refinadíssimo nivelamento de malhas) e ter a distância do bico para a mesa bem ajustada acaba sendo mais uma questão de ter endstops precisos e um ajuste de firmware (o deslocamento da sonda do Z) com a medida correta.

Dito isto, é de interesse do usuário saber que o próprio G-Code nunca extruda da coordenada Z zero. Considera-se que isso seria extrudar plástico completamente encostado na mesa, o que gera pressão extra e pode bloquear e entupir o bico. O fatiador inicia suas impressões da altura de camada inicial mais um "offset geral" configurável para a máquina. Não confunda o offset (deslocamento inicial) com a altura da primeira camada, tratada mais adiante.

Figure 64. A configuração de primeira camada do Slic3r, o offset de Z e o G-Code inicial de um objeto com esses ajustes, com a coordenada 0,4mm em Z ressaltada. Note que esta configuração foi ilustrativa, na verdade recomendamos deixar o Z offset em zero.

Babystepping

]Um recurso muito útil dos firmwares mais populares (mas não ativado por default) é o babystepping, ou passos de bebê. É um recurso usado somente em modo interativo, e disponível apenas em impressoras 3D com LCD e controles, e apesar de disponível para os 3 eixos X, Y e Z, a sua principal utilidade é para o eixo Z, especialmente por esse ser o eixo com a maior granularidade de posicionamento da maioria das impressoras 3D do mercado.

O babystepping consiste em corrigir micrometricamente — para baixo ou para cima — a altura do extrusor em tempo real, ou seja, enquanto ele imprime. Se você começou a impressão e percebeu que o filete não está saindo tão espremido (ou está tão rente à mesa que o filamento não sai), você pode navegar nos menus do LCD e selecionar o babystepping para acertar esse posicionamento com precisão bem alta, e salvar a sua impressão. Esse ajuste de posicionamento não é gravado, e é resetado no primeiro home ou autonivelamento da impressora. A medida obtida no ajuste fino pode ser depois utilizada como correção no firmware para impressões posteriores.

A utilidade do babystepping é múltipla. Pode obviamente ser usado para impressoras sem autonivelamento que estejam "um pouquinho fora" da altura ideal, mas também serve para impressoras com autonivelamento com offset incorreto ou ainda que use sensor de nivelamento de baixa precisão, que às vezes pode obter medidas um pouco fora das desejadas. Teoricamente ele também poderia ser ajustado para quando a impressora perde passos em um eixo, mas dificilmente alguém percebe tal momento em uma impressão de múltiplas horas.

Para usar a função de babystepping no LCD (a impressão já tem que ter iniciado):

Repetier Firmware: Menu, Quick Settings, Z babystepping, usar o botão rotativo para ajustar.

Marlin Firmware: Menu, Tune, dar scroll até Babystep Z, usar o botão rotativo para ajustar.

O Smoothieware não tem babystepping no LCD e não implementa o G-Code M306 usado para isto, visto que foge dos padrões de código deles. Ao invés disto, usa um esquema de diferentes sistemas de coordenadas através do comando G10 L2. Mais detalhes podem ser vistos no fórum do smoothieware: http://forum.smoothieware.org/forum/t-1765243/in-print-z-height-adjustment-babystepping

Para aparecer nos menus e poder ser usado, o babystepping tem que ser configurado no firmware como ativo e regravado no microcontrolador da impressora 3D.

A altura da primeira camada

Existem duas estratégias diferentes e "quase opostas" para lidar com os ajustes de primeira camada nos fatiadores. A primeira estratégia envolve configurar uma primeira camada mais grossa que o resto da sua impressão e funciona bem nos fatiadores que automaticamente reajustam a extrusão de acordo, como o Slic3r e Cura; por exemplo, se você está imprimindo a 0,2mm, colocar a primeira camada com 0,3mm funciona bem: o filete sairá mais volumoso, terá maior área de contato, a altura extra absorverá as submilimétricas diferenças que ocorrem em toda a extensão da superfície, e resto da sua impressão procederá de acordo.

No Simplify3D e outros fatiadores que não reajustam a extrusão de acordo com a altura da primeira camada (sendo um ajuste à parte), é recomendado que você coloque uma altura de primeira camada menor, mantendo a extrusão dessa primeira camada (referida como extrusion width) a mesma. Assim a mesma quantidade de plástico que ocuparia 0,2mm que é a sua altura de camada principal passa a ocupar 0,1mm, deixando essa camada bem "apertada" na mesa e portanto com bastante aderência.

Figure 65. O funcionamento interno do Simplify3D difere do do Cura e Slic3r e o próprio manual dele sugere deixar a primeira camada mais baixa, sem modificar a extrusão, para que ela fique bem apertada.

Outras técnicas que ajudam uma primeira camada boa:

• Temperatura mais alta. Com uma temperatura na mesa mais alta para a primeira camada, está terá maior viscosidade e ficará mais "chata". Também se pode colocar uma temperatura mais alta para o extrusor, para garantir "achatamento" e aderência.

• Menor velocidade. Isso é essencial especialmente para plásticos que solidificam mais rápido como o ABS: nas camadas superiores, o plástico sendo depositado estará se fundindo ao mesmo material abaixo, e suas moléculas têm alta afinidade. Na primeira camada, no entanto, só há a mesa e um possível adesivo passado por cima dela; o bico pode acabar "arrastando" o filete, principalmente nas curvas mais fechadas, e plotando uma forma incorreta na mesa que não servirá de apoio adequado para o restante da peça. A menor velocidade dá mais tempo para o plástico ser depositado no lugar certo. Geralmente uma velocidade de 20% a 40% da velocidade normal de impressão é recomendada e isso costuma vir como default nos fatiadores.

• Maior largura de extrusão. A largura de extrusão é um ajuste que, junto com a altura de camada, pode ser configurado especificamente para a primeira camada. Se na primeira camada for visível a separação entre os filetes de plástico, este item (geralmente uma porcentagem) deve ser aumentado. Veja que o fatiador "compensa" a largura maior aumentando a quantidade de plástico (e também separa mais as linhas, em proporção), de modo a evitar que a mesa se inunde de plástico.

• Colas e adesivos. Materiais mais difíceis como policarbonato, poliacetal e HDPE podem não funcionar bem nem com os ajustes anteriores. Nessa hora, certos adesivos específicos podem ajudar bastante. Desde cola branca escolar até produtos feitos especificamente para impressão 3D (A.Bond, Spray Cliever e outros), as opções são variadas aqui. É importante verificar a compatibilidade química do adesivo considerado com o material que deseja trabalhar.

• Brim (bainha) e Raft (balsa): são estruturas auxiliares que você define no fatiamento e, junto com as outras que apresentaremos, são o tema do próximo capítulo.

Estruturas auxiliares

Partindo do pressuposto (nem sempre verdadeiro) que a matéria-prima da impressão 3D é barata, nem sempre a peça que retiramos da mesa de impressão estará em sua forma final. Dificuldades pragmáticas como aderência à mesa, estruturas pendentes, geometrias difíceis, fragilidade ao calor acabam tendo soluções em estruturas temporárias que são fabricadas em conjunto com a peça, para serem posteriormente destacadas e descartadas (ou, melhor ainda, recicladas como novos carretéis de filamento).

Tip	Prime O Prime, também chamado de Priming, é o nome dado às variadas estratégias de início de impressão para ter o bico da impressora "limpo" dos fragmentos de plásticos ou sujeira e também para começar a extrudar plástico uniformemente.

Skirt (saia)

A idéia desta estrutura — uma das desempenhar a função de "prime" — é literalmente desperdiçar filamento antes de iniciar a impressão: o skirt nada mais é que um contorno da primeira camada da peça, separado desta primeira camada. Você o configura colocando a distância da peça e o número de voltas. Ocorre que quando se insere um novo carretel no extrusor da impressora 3D, o extrusor não começa inicialmente a depositar plástico. O momento em que o plástico derretido começa a sair é sujeito a algumas variáveis e portanto levemente indeterminado; extrudar uma ou duas linhas de plástico antes de começar a própria peça garante que a deposição já terá iniciado. O skirt é útil para outras finalidades: ajuda a visualizar se há algum desnivelamento da mesa e também realiza priming, que é purgar o plástico derretido que pode estar presente no bico de extrusões passadas. Como a quantidade de filamento que desperdiça é realmente muito pequena, é altamente recomendado que se o utilize sempre.

Brim (bainha)

Já vimos que a aderência à mesa é um problema atacado por várias estratégias, e o brim vem se somar a elas. Consiste em fazer um contorno chato ligado à peça que aumenta a superfície de aderência da peça em contato com a mesa. Assim, a força de aderência total fica maior, e a peça mais firme. A bainha também canaliza o warp, sendo a primeira estrutura a se deformar, atrasando assim que a parte mais interna — a própria peça — sofra seus efeitos.

O aspecto negativo da bainha é que ela tem que ser destacada no final. Para peças com seções grandes, não costuma ser um problema; para peças com seções finas ou delicadas em contato com a mesa, a bainha pode ser mais difícil de tirar sem quebrar algo. Geralmente as arestas restantes da bainha são fáceis de remover com estilete ou rebarbadeira manual.

Alguns fatiadores tornam o skirt e o brim uma configuração só, bastando para ter o brim configurar a distância da estrutura para a peça igual a zero.

Note

Nota: diferente de outros fatiadores, o Simplify3D não usa a velocidade de primeira camada para o brim, usando a velocidade "normal" e podendo não aderir bem na mesa. Enquanto não se conserta essa idiossincrasia do fatiador, um jeito de mitigá-la é usar processos separados para a primeira camada e o resto da impressão. Falaremos sobre isso mais à frente.

Tip

Orelhas do Mickey ou Abas — o usuário pode olhar para o modo como o brim funciona e se perguntar: se o warp tende a se concentrar nos cantos e regiões pontiagudas, por que não existe uma opção no fatiador para fazer bainha somente nelas, economizando plástico e tempo de impressão? A razão é que essa análise de geometria é complexa e sujeita a casos de falha. Isso não evitou que algumas pessoas modelassem elas mesmas essas estruturas — batizadas carinhosamente de mouse ears, orelhas de camundongo, e colocassem no seu modelo. Figure 66. Um design to thingiverse que incorpora "mouse ears" automaticamente no modelo, não sendo necessário ligar o brim. Referência: http://www.thingiverse.com/thing:66030 Figure 67. É facílimo criar você mesmo um modelo de "mouse ears", aqui um exemplo no software open-source openscad da estrutura com 20 mm de raio e 0,3mm de altura. Coloque na bandeja do fatiador, sobreponha aos cantos e imprima (em fatiadores como o Cura, a prevenção de colisão precisa estar desligada).

Raft (balsa)

Figure 68. Configurações de raft no Slic3r. Exageramos um pouco a altura para o raft ficar visível na pré-visualização: geralmente se usam entre 2 a 4 camadas apenas, usamos 10. No Slic3r, as camadas de raft obedecem à configuração geral de camada; outros fatiadores, como o Simplify3D, usam camadas de valores diferentes para tentar dar maior estabilidade à estrutura.

Este nome um tanto cômico na verdade reflete a aparência da estrutura: é como se houvesse uma estrutura de troncos e galhos elevando um pouco a peça e funcionando como uma "bóia" em relação à plataforma de impressão. E é esta a idéia geral da estrutura: oferecer uma superfície "fofa" e adesiva em cima da qual a peça se torne estável para a impressão. Nas impressoras FDM industriais, o raft é sempre usado, muitas vezes de material diferente em impressoras com dois extrusores (é mais facilmente destacado).

O raft também serve para aderência, mas perceba que ele é bem diferente do brim. O brim é um reforço lateral e não levanta a peça, o raft fica por baixo dela. O brim é contínuo, o raft é mais "esparso" e portanto não tem uma superfície de contato tão grande com a mesa. A característica de ser "esparso" advém de o raft compartilhar configurações com as estruturas de suporte, que é a que explicaremos a seguir.

Deixando de ser insuportável

Já tratamos do problema da estruturas pendentes quanto falamos sobre as malhas. Reiterando o que dissemos, partes do lado de baixo da peça que têm inclinação próxima da horizontal ou que aparecem "soltas" no espaço em relação à mesa precisarão, durante a impressão, de suporte como pilares de sustentação abaixo delas. Esse suporte precisa ser facilmente destacável após o término da impressão e idealmente também não deve atrasar muito a impressão da peça nem gastar muito material.

Tradicionalmente, as estruturas de suporte automático, nos fatiadores, usam duas configurações principais: o ângulo mínimo em relação à vertical para o suporte ser colocado e o padrão, isto é, que forma esparsa os pilares terão, já que não serão totalmente preenchidos.

Figure 69. Diferentes ângulos de suporte e seus efeitos no Slic3r. Tratar todos os itens de configuração automática dos fatiadores é um trabalho inglório, pois essa é uma das configurações que mais variam entre eles. Por exemplo, no Slic3r a quantidade de suporte aumenta com o ângulo mínimo, mas com zero no campo ele não se fia mais no ângulo e usa análise da geometria para decidir com certa inteligência onde colocar. Pode-se ver no diálogo de configuração dele ainda que existem diversos campos tratando da distância de contato e camadas de interface - configurações não presentes em outros fatiadores e que anos após sua introdução, se mostraram ineficazes e difíceis de entender (a próxima versão do fatiador surgirá com essa parte refatorada).

Suportes são estruturas "detestadas mas necessárias" no mundo da impressão 3D. Muitas vezes colocadas pelo fatiador em uma área de difícil alcance, ou mesmo desnecessária, são um estorvo que leva muita gente a comprar instrumentos variados para facilitar sua remoção, de cortantes a de pressão, multiplicando os acidentes relacionados à área. Não é à toa que os cursos de modelagem para impressão 3D têm uma enorme parte teórica dedicada a geometrias que evitem colocação de suportes e que na impressão 3D industrial a extrusão múltipla utilizando filamentos dissolvíveis, embora encareça consideravelmente o processo, torna-se algo tão favorecido especialmente para as formas mais rebuscadas.

Figure 70. À esquerda: "puxa, não precisava exagerar…​" Muitas vezes a colocação de suportes é desnecessária. Deve ser usada com parcimônia, o mínimo possível para ter qualidade, visto que o trabalho de remoção posterior pode ser enorme. À direita: o dragão cantor "Aria", uma peça modelada especificamente para a impressão 3D, sem nenhum "overhang" acentuado, podendo ser impressa sem suporte. As duas peças impressas com raft, que acabou permanecendo como uma espécie de "pedestal".

Um destaque especial para um "macete" de qualidade: até a versão 1.2.9, os suportes do Slic3r são lentos e rebuscados, não funcionando tão bem quanto os de outros fatiadores. Como muitos softwares livres de amplo alcance, entretanto, ele sofreu um fork (uma derivação e desenvolvimento independente) pelo pessoal da Prusa Research, que faz as impressora 3D Prusa. Esta derivação do Slic3r tem algumas diferenças e novidades interessantes, e uma delas é a melhora do padrão default ("rectilinear") e o surgimento da opção que permite remover o sheath, a parede de separação do suporte. Sem o sheath, o suporte, sendo em sanfona, fica muito mais fácil de remover da peça, então esta configuração é altamente recomendada. O slic3r modificado pode ser baixado do site da Prusa Research - http://www.prusaprinters.org/introducing-slic3r-prusa-edition/ - ou do repositório deles do github — https://github.com/prusa3d/Slic3r. Note que essas diferenças e novidades da versão "prusa", no momento de criação deste livro, já estão sendo incorporadas ao Slic3r "oficial", e possivelmente estarão disponíveis no momento em que você, leitor, o estiver lendo.

Figure 71. Slic3r da Prusa Research com suas opções extras de suporte, e as recomendadas para um suporte facilmente removível.

Um toque pessoal: os suportes de colocação manual

Dados os reveses dos suportes, e que suas configurações nem sempre são suficientes para assegurar uma colocação automática boa ou mesmo passável, os programadores do fatiador Simplify3D implementaram uma excelente solução que ainda é, hoje, o seu principal diferencial: a colocação manual de suportes. Funciona assim: você pode usá-lo como os outros fatiadores e simplesmente configurar o ângulo mínimo para o suporte automático, e se ele deve ou não gerar o suporte. Mas você pode chamar um painel específico para ver como os suportes ficarão, e através deste painel pode zerar os suportes da peça, remover partes do suporte ou adicionar suportes onde o fatiador não colocou. Embora este procedimento possa necessitar de uns minutos de dedicação, não se compara aos riscos e potencialmente horas perdidas de remoção física de suporte, ou do custo de filamento dissolvível. Para arrematar, fisicamente o próprio suporte do Simplify3D é um dos mais fáceis de destacar da peça, usando um padrão de sanfona que preserva melhor a qualidade das superfícies que apóia e que faz com que todo o suporte saia de uma vez só quando puxado.

Figure 72. O painel de colocação de suportes manuais do Simplify3D, com a visualização de uma peça especialmente difícil de suportar.

De fato, haja visto essa solução muito boa para o problema, o leitor pode se perguntar: por que nem todos os fatiadores a adotaram? A melhor resposta é que este recurso necessita de algoritmos complexos e uma sintonia fina de interface e os desenvolvedores de outros fatiadores por isso ainda não o implementaram. Além do Simplify3D, outros fatiadores para impressoras FFF do mercado que permitem a colocação manual de suportes são o CraftUnique Craftware e o Raise3D Ideamaker. Ambos são proprietários, mas pelo menos também são multiplataforma (Mac OS X, Linux e Windows).

Figure 73. Uma alternativa gratuita ao Simplify3D (ainda que não open-source), também oferecendo o recurso de suportes manuais.

Figure 74. Outro fatiador gratuito e proprietário que oferece colocação manual de suportes, o Raise3D Ideamaker.

Uma outra opção gratuita e proprietária é o software Meshmixer da Autodesk. Diferente dos citados, ele não é um fatiador; ele é um editor de malhas, um software feito para auxiliar no tratamento de malhas para impressão e também com capacidades limitadas de modelagem. Similar ao Meshmixer a Autodesk oferece também o Print Studio com a mesma capacidade de fazer suportes automáticos, apesar de menor configurabilidade.

Figure 75. O Meshmixer permite variados padrões de suporte, incluindo suportes "em árvore" e diagonais, que potencialmente economizam mais filamento mas podem ser mais difíceis de dominar. Depois de gravar como STL, os suportes não se tornam mais editáveis: passam a fazer parte do modelo. É preciso ainda se lembrar de desativar o suporte no fatiador, já que ele estará incorporado à forma.

Outro modo de colocar suportes personalizados — ou removê-los — é o usado pelo fatiador Cura em sua versão 2.4.0: ele permite que se definam certas malhas como malhas de modificação de suporte, tanto para forçar suporte naquele volume ("Support Mesh") como para forçar que ele não apareça ("Anti Overhang Mesh").

Figure 76. Personalização de suporte no Cura. Toda a parte direita da peça está suportada, mas à esquerda foi carregado um cubo e definido como "anti overhang mesh" (malha de modificação) em que suportes não serão impressos. Na Ilustração, O Anti Overhang Mesh está desmarcado porque é um ajuste de objeto individual dado ao cubo, não ao cogumelo. Nota: esse truque só é viável com a opção "Ensure Models Are Kept Apart" desligada nas opções gerais, senão o fatiador não deixa as peças sofrerem interseção.

A cobertura de escorrimento

Essa estrutura tem vários nomes diferentes em inglês como draft shield e ooze shield, todos difíceis de traduzir: "cobertura de trabalho" e "escudo de escorrimento" seriam algumas possibilidades. É implementada com ligeiras variações entre os fatiadores, o conceito geral sendo um "campo", "cobertura" ou "paredes" em torno do objeto e com pelo menos duas finalidades diferentes: capturar o escorrimento (ooze) excessivo do bico quando se usa dupla extrusão ou filamentos menos viscosos, ou formar um "domo" em volta da peça para aprisionar o ar quente e ajudar a prevenir o warp. Quando o objetivo é este último, geralmente a estrutura acompanha ou se molda ao contorno vertical da peça, quando é o primeiro a estrutura é completamente vertical.

Alguns fatiadores não têm esta estrutura, mas ela pode ser aproximada configurando um skirt com a altura da peça.

Figure 77. Um draft shield sendo impresso junto com uma peça. A foto também apresenta em sua parte inferior o brim com levantamento de quina pelo warp.

Pilares de escorrimento / prime / purga

Assim como o ooze shield, o pilar de escorrimento, torre de purga ou torre de prime serve como alternativa para descartar filamento escorrido e limpar o bico a cada camada impressa. É bastante usado em extrusão dupla porque nesta um bico é utilizado por vez, e o bico não ativo tende a deixar escorrer filamento. Se o ooze shield estiver causando problemas na peça, o pilar pode ser uma boa alternativa.

Figure 78. Uma configuração de extrusão dupla no Cura mostrando o pilar de escorrimento ao fundo. Neste fatiador a estrutura tem o nome de "Prime Tower".

Bridges (pontes)

Um caso em que se tem estruturas pendentes onde os suportes não seriam tão úteis ou até atrapalhariam são as pontes. A ponte é uma estrutura cuja parte superior é completamente horizontal (sem material abaixo) e relativamente curta. A maioria dos fatiadores consegue detectar tal situação e como tal pode ser configurado para, ao invés de produzir suporte abaixo dela, tentar produzir o filete mais horizontal possível, regulando velocidade e extrusão (tipicamente maior velocidade e menos extrusão, "esticando" o filete e evitando que colapse). A regulagem deste tipo de comportamento dependerá bastante do filamento, das temperaturas e das dimensões escolhidas. Alguns integrantes do thingiverse e outros websites de compartilhamento de formas 3D compartilham "testes de tortura de pontes", para você testar os limites de sua impressora com essas estruturas. Um dos mais clássicos é o do usuário Triffid Hunter, integrante ativo do projeto reprap.

Figure 79. &Teste de tortura& clássico para atestar qualidade de pontes. Fonte: http://www.thingiverse.com/thing:12925

Figure 80. Um exemplo criativíssimo do uso de pontes. Uma peça feita com um cilindro externo em que várias pontes terminam, começando da cabeça do leão. No final da impressão o cilindro é cortado fora da peça e os &cabelos& resultantes são então abaixados com uma pistola de ar quente. Fonte em http://www.thingiverse.com/thing:2007221

Figure 81. As configurações de ponte do slic3r se encontram espalhadas pelas categorias. Esse screenshots têm configurações recomendadas: velocidade nas pontes ligeiramente maior que a de impressão, conjugada a menor fator de extrusão (0,92) para "esticar" o filete que ligará dois pontos; e ventoinha do bico ligada a 100% na ponte, para garantir que o plástico seja solidificado o mais rápido possível.

Configurações de Qualidade

Os conceitos que aprendemos até agora são essenciais para a viabilidade da impressão. Uma vez que aprendemos tais requisitos, estamos prontos para aquela parte que torna o fatiamento algo semelhante a uma arte: os ajustes que, quando equilibrados de maneira calculada e harmoniosa, contribuem para dar à peça o acabamento, aparência ou propriedades desejadas.

O Preenchimento

Nesta altura do aprendizado, o leitor já tem noção que as peças impressas em 3D não precisam ser totalmente sólidas, preenchidas: é desperdício de material, não contribui muito para a resistência e torna a peça desnecessariamente pesada. Assim como no caso do suporte integrado que vem em alguns STL, existem peças que já vêm modeladas ocas para não gastar muito material. Mas, claro, isso não é necessário: uma das configurações mais flexíveis que todo configurador tem é o preenchimento interno da peça, infill em inglês.

O ajuste mais importante do infill é a porcentagem. Esta porcentagem é a quantidade de material no espaço interno da peça que será ocupado: 0% sendo nenhum material (totalmente oca) e 100% sendo totalmente maciça. Para os valores entre 0 e 100, o fatiador empregará o segundo ajuste, que é o padrão de preenchimento, uma estrutura repetitiva. Um terceiro ajuste do preenchimento é o ângulo em relação ao eixo X da mesa, e serve para que o preenchimento não coincida com a orientação da peça, tendo uma distribuição melhor de forças.

Figure 82. Diferentes padrões e porcentagens de preenchimentos do Slic3r. Os nomes foram mantidos em inglês para que o leitor possa achar as opções. Note que os preenchimentos estão em ângulo de 45° em relação ao eixo X, perceptível pelo Rectilinear.

O Slic3r e Simplify3D permitem grande variedade de padrões de preenchimento. A maioria dos casos no entanto tem mais valor ornamental e não contribui muito para melhorar propriedades desejáveis da peça. O Slic3r permite até padrões diferentes na horizontal e vertical. Alguns casos que são notáveis de padrões são:

• Retilinear ou quadrático: é o que oferece melhor retorno resistência a força vs. rapidez de impressão. É o default em virtualmente todos os fatiadores.

• Honeycomb (colméia) ou hexagonal: é tido como um preenchimento que oferece uma ótima distribuição de forças, e na natureza aparece em estruturas que precisam disso. Na impressão 3D, entretanto, os primeiros testes de força feitos com preenchimentos, usando PLA, não encontraram diferenças significativas em relação ao retilinear, e ele é impresso consideravelmente mais devagar.

• Triangular é adequado para uso com filamentos flexíveis; preserva a elasticidade desejada na parte interna do objeto.

• Concêntrico é interessante para uso com filamentos transparentes e translúcidos que precisam preservar a aparência interna suave.

Em uso geral para impressão 3D, o recomendado é usar uma porcentagem de preenchimento entre 10 a 30%, aumentando só para os casos específicos em que maior robustez for desejada. 100% deve ser evitado porque nesse caso ao invés de um padrão de preenchimento, uma trajetória sólida é aplicada, sem a sobreposição e trançamento de filetes que dá resistência à peça. O peso também depõe contra a resistência do material. Para resistência máxima, geralmente os por volta de 80% é suficiente.

O preenchimento é importante para a resistência do objeto, e a sua contraparte nessa empreitada é a configuração de paredes, que deve ser levada em consideração em conjunto.

Os fatiadores Cura e Slic3r resolvem ainda um problema relativo a preenchimento "oco" (0%). A desvantagem óbvia de você zerar o preenchimento e tentar imprimir uma peça só com a configuração de paredes (como veremos abaixo) é que comumente se tem "overhangs" (seções pendentes) internas; com o preenchimento zero, se a geometria não for adequada elas desabariam. O Cura tem um "modo oco" (Hollow Out Objects) que zera o preenchimento, mas analisa o interior da peça oca para colocar suportes, garantindo a impressão adequada da peça. O Slic3r tem a configuração Print Settings → Infill → Reducing printing time → "Only infill where needed", que força preenchimento zero mas coloca suportes nas partes internas com seções pendentes.

Figure 83. "Modo oco" do Cura com a peça com preenchimento zero, mas suportes internos para as seções pendentes.

Alguns fatiadores permitem ainda fazer o preenchimento com altura de camada diferente do resto da impressão. Neste caso, a altura de camada do preenchimento precisa ser múltipla da altura de camada da impressão — digamos, 0,1mm para a impressão e 3 vezes isso para o preenchimento, 0,3mm. Isso faz com que a impressão demore bem menos e ainda fique ligeiramente mais robusta. Seguindo o exemplo de 0,1mm e 0,3mm, o jeito de fazer isso em cada fatiador é ligeiramente diferente:

• Slic3r:

  • Print Settings → Layers and perimeters → Layer height: [0.1] mm;

  • Print Settings → Infill → Reducing printing time → Combine Infill every: [3] layers

• Simplify3D:

  • Layer → Primary Layer Height: [0,1000] mm;

  • Infill → General → Print Sparse Infill Every [3] Layers

• Cura:

  • Quality → Layer Height [0.1 mm]

  • Infill → Infill Layer Thickness: [0.3 mm]

É importante notar que esse ajuste pode facilmente levar a situações absurdas, que podem até estragar a impressão. Por exemplo, se você tem um bico de 0,4mm, sua altura de camada for 0,3mm e você pedir o preenchimento esparso a cada 3 camadas, você estará pedindo ao fatiador que faça as camadas de preenchimento com 0,9mm de altura, algo totalmente fora da margem de extrusão razoável de um bico de 0,4mm. O filete para preenchimento sairá completamente espirrado e torto e possivelmente nem se assentará em cima da camada anterior.

Paredes

Este ajuste se refere ao número de filetes ou camadas sólidas que o fatiador vai fazer antes de aplicar o padrão de preenchimento. A denominação varia entre os fatiadores e mesmo neles para os que tratam como paredes laterais ou do topo (top) e da parte de baixo (bottom). Alguns fatiadores usam para as paredes o número de "voltas" (perímetros) (nas paredes verticais) ou camadas (nas paredes horizontais), outros usam a espessura esperada (por exemplo, 0,8mm).

• Slic3r: paredes laterais são dadas em perímetros: vertical shells — perimeters. Do topo e da parte de baixo são dadas em camadas e horizontal shells — Solid layers Top & Bottom.

• Cura: paredes laterais são wall thickness (espessura de parede). Do topo e da parte de baixo são Top/Bottom Thickness (espessura superior/inferior). Podem ser dadas tanto em número de perímetros/camadas quanto em milímetros, o fatiador popula o campo de acordo.

  

  Figure 84. O Cura permite preencher ou a espessura desejada da parede ou o número de linhas (perímetros). Se você preenche um campo, ele popula o outro automaticamente.

• Simplify3D: paredes laterais são Outline/Perimeter Shells. Do topo e da barte de baixo são Top Solid Layers e Bottom Solid Layers. São sempre dados em números de filetes / camadas.

• Outros fatiadores terão suas próprias nomenclaturas, mas a partir destes exemplos é possível inferir quais sejam.

Figure 85. Exemplo de diferentes larguras de paredes laterais (perímetros) no Slic3r. Veja que aqui tratamos somente das laterais, pois é mais difícil ilustrar os casos de paredes do topo e da parte de baixo das estruturas.

Seguindo a indicação para FFF de espessuras mínimas para resistência (entre 1 e 2 mm), podemos inferir que para um bico de 0,4mm e altura de camada de 0,2mm uma boa espessura lateral seriam 4 filetes (0,4 x 4 = 1,6mm) e espessuras de topo e de baixo de 8 camadas (8 x 0,2 = 1,6mm). Para muitas peças, especialmente as decorativas, essa espessura de camada é tão adequada que o preenchimento pode nem ser necessário.

Vale lembrar que tanto as paredes quanto o preenchimento contribuem para mais material condensado e portanto mais pronunciado será o efeito de warp.

Larguras de camada

Um ajuste que vimos para aumentar a aderência na mesa foi a "largura de camada". Apesar de ser possível ajustar para a primeira camada especialmente, ele pode ser especificado para todas as camadas do fatiamento. Geralmente o fatiador faz o cálculo automático da largura de camada "ideal" a partir do diâmetro do bico, e pode mantê-lo constante ou variá-lo durante a impressão para melhorar a qualidade da peça. O Simplify3D, por exemplo, considera que a largura do filete é de 20% maior que o orifício — 0,48mm para um nozzle de 0,4mm; o slic3r usa uma fórmula complexa¹ para calcular isso — resultando em 0,67mm para um nozzle de 0,4mm com altura de camada 0,2 e 0,48 para altura de camada 0,3 — e 5% maior que o bico para o filete externo (a parede mais externa). Com até mesmo os fatiadores discordando entre si, não é surpresa que eles permitam que o ajuste seja personalizado. É importante notar que o fatiador ainda confia na quantidade de plástico correta configurada: se você aumenta a largura de camada, ele extrusa mais plástico e também tece menos segmentos (a impressão demorará menos).

Se sua impressão estiver saindo com as linhas "não se tocando", o primeiro suspeito é a taxa de extrusão baixa, mas pode ser também uma largura de extrusão menor que a real. Nesse caso:

• Para resolver filetes distantes, aumente a largura de extrusão.

• Para resolver filetes apertados ou encavalados demais, diminua a largura de extrusão.

Figure 86. O Simplify3D permite configurar uma única largura de extrusão; o slic3r tem configurações para várias ocasiões e gersalmente faz cálculos sofisticados de acordo com a velocidade, extrusão e temperatura. Isso permite, com alguns ajustes mais elaborados, ter as seções pequenas de peças muito mais detalhadas e colocar o plástico mais interno com maiores camadas, tanto para reforço como para velocidade.

*Nota de configuração*: o Slic3r permite ajustar as larguras de camada tanto em valor absoluto (por exemplo, 0,4mm) quanto porcentagem (por exemplo, 200%). Mas porcentagem de quê exatamente? Intuir-se-ia ser o diâmetro do nozzle, mas não é; a porcentagem entrada nos campos de largura de camada é em relação à altura de camada. Se você tiver por exemplo altura de camada 0,1mm e colocar a default extrusion width em "200%", você está dizendo ao Slic3r que a espessura do filamento é 0,2mm; e se de repente mudar para 0,3mm e se esquecer de mudar na largura de camada, o fatiador passará a assumir o valor 0,6mm. De fato, esta configuração é tão anti-intuitva que se aconselha a nunca usar porcentagens, apenas valores absolutos. No bugtracker do slic3r, existe um relato de bug para isso: https://github.com/alexrj/Slic3r/issues/3658

Note	Nota: 1 — A fórmula do Slic3r é, onde w = largura de extrusão calculada, d = diâmetro do bico e h = altura de camada: w = (π.d2 + (4-π).h2)/(4h), com o valor de w limitado ao máximo de 3×d.

Figure 87. Diferentes larguras de camada no slic3r e Simplify3D. Em sequência: largura default(com nozzle de 0,4mm), largura configurada para 0,4mm e largura configurada para 0,8mm. Na visualização é possível notar que as larguras mais grossas têm menos segmentos e o fato de eles serem mais "grossos" é porque o fatiador calcula o volume de extrusão para aumentar de acordo.

Ventilação

A ventilação no fatiador se refere às ventoinhas que podem ter sua intensidade controlada pela placa da impressora; geralmente apenas uma, soprando o bico ou bicos do extrusor, conforme vimos no capítulo sobre extrusores. Portanto, se refere a uma situação muito particular em que estamos tratando de um filamento com baixo warp e baixo ponto de transição vítrea, que necessita de refrigeração forçada para apresentar boa qualidade de superfície.

A configuração dos fatiadores costuma ser mais do que suficiente para tratar todos os casos, até exagerada. Se dividem em dois:

• Quando o filamento é realmente muito dúctil e propenso a "desabar". Neste caso, haverá uma configuração de simplesmente "deixar a ventoinha ligada o tempo todo".

• Quando o filamento é medianamente dúctil, só "desabando" nas partes mais delicadas como pontes e overhangs. Neste caso, basta deixar os ajustes automáticos do fatiador em seus valores default.

Figure 88. Valores default do resfriamento automático do Slic3r. O Slic3r associa as configurações de resfriamento a um filamento específico, mas em outros fatiadores pode ser mais importante se recordar de desligar a ventoinha ao se trabalhar com ABS ou outros filamentos propensos ao warp.

Velocidades

À primeira vista, a configurabilidade de velocidades da impressora pode parecer estranha ao marinheiro de primeira viagem; se é possível colocar valores arbitrários para as velocidades dos movimentos da impressora 3D, por que não deixar tudo o mais rápido possível e terminar uma impressão em segundos ao invés de horas? A resposta, como no caso das alturas de camadas, é topar com limite físico: os primeiros a considerar são a rapidez do microcontrolador e do motor. O que se traduz em "velocidade" para o motor é quantos "cliques" o microcontrolador envia para ele por segundo e microcontroladores Arduino têm um limite de cliques equivalentes a pouco mais de 300 mm/s; e os motores terão também uma capacidade de velocidade relacionada ao torque, corrente e estruturas internas. Se o microcontrolador enviar mais ordens de velocidade do que ele está preparado, ele pode simplesmente não girar e perder a referência (pois não é "servo motor").

Mas mesmo desconsiderando a limitação de processamento, que teoricamente se resolveria comprando microcontroladores mais rápidos (a alimentação também precisaria se readequar), outros limites físicos têm relação com a estrutura da impressora, vibrações e qualidade de impressão. Até o atrito com os rolamentos pode fazer diferença nesse caso, e velocidades muito altas terão efeitos como fazer a impressora vibrar, "sacudir" a peça no caso de mesas móveis, gerar inércia que tende a criar artefatos na impressão. Para o profissional de impressão 3D, colocar uma velocidade mais alta pode acabar significando tempo perdido com peças sub-ótimas, risco de artefatos indesejáveis e de "perda de passo" do motor, não valendo a pena. Claro que existem impressoras 3D no mercado construídas para aguentar maiores velocidades, mas aí estamos tratando das exceções e não da regra.

A orientação geral que costuma servir para a maioria das impressoras 3D é uma velocidade principal (de perímetro) de 60 mm/s. Velocidade principal porque dependendo do fatiador existem várias outras velocidades configuráveis: a velocidade do carro quando não se está imprimindo (velocidade de "travel", ou "percurso") pode ser tão alta quanto a impressora aguente; o preenchimento e suportes não precisam ter muito boa qualidade, então é comum haver uma velocidade maior para eles; do mesmo modo, seções transversais muito pequenas, pelas curvas fechadas que apresentam, podem precisar de menor velocidade; pontes, como já vimos, podem ser programadas para ter uma velocidade maior, para esticar o filamento; e a velocidade do eixo vertical, que geralmente é com fuso ou barra roscada, pode ser limitada para evitar perda de passos dos motores.

Velocidade ainda não é o único fator em questão. O eixo não vai partir diretamente da posição estática para a velocidade destino: ele tem uma aceleração mensurável até alcançar aquela velocidade. Estas acelerações também são configuráveis. Tradicionalmente, são configuradas como acelerações máximas no próprio firmware da máquina, sem interferência do fatiamento. Mas a tendência atual é de os fatiadores incorporarem essa configuração, o que lhes ajuda na previsão correta do tempo de impressão total. E a configurabilidade não pára nas acelerações: existe ainda um ajuste relacionado à velocidade máxima em mudança de direção, o "jerk", que começa também a ser movido do firmware para o fatiador.

As estratégias de como lidar com esses ajustes também muda de acordo com o fatiador. O Simplify3D limita as velocidades configuráveis ao mínimo, e emprega especial atenção aos seus algoritmos internos (heurística) para tomar as decisões; o Slic3r tem muitas velocidades e acelerações configuráveis, mas também tem um recurso chamado de "autospeed" (autovelocidade) que calcula as velocidades ideais em cada caso para deixar a pressão interna do hotend a mais constante possível; o Cura simplesmente permite que o usuário decida tudo, deixando todas as configurações ao alcance. Pode ser enlouquecedor lidar com tantas configurações.

Figure 89. À esquerda: painel de velocidades do Slic3r, com todos os ajustes exibidos (e com o controle de aceleração desligado); à direita: alguns dos ajustes relacionados a velocidade do Cura - simplesmente não cabem todos na tela.

O melhor a fazer para saber velocidades boas para sua impressora 3D é recorrer à fonte — o fabricante. Grupos de discussão, facebook e semelhantes relacionados ao produto também podem ter dicas de usuários aventureiros que se arriscaram com impressões mais rápidas e preservaram qualidade. Para não deixar o usuário sem uma direção ou comparação, entretanto, oferecemos algumas sugestões gerais, que podem ou não funcionar para sua impressora 3D.

• Velocidade de perímetro: 60 mm/s

• Velocidade de perímetro pequeno: 20 mm/s

• Velocidade de primeira camada: 20%

• Velocidade de travel: 100 mm/s

• Velocidade de infill: 70 mm/s

• Velocidade de pontes: 80 mm/s

• Velocidade de overhangs (somente no software repsnapper): 20 mm/s

• Aceleração: 1000 mm/s² nos eixos X e Y, 3000 mm/s² para as impressoras 3D mais robustas, especialmente CoreXY e semelhantes.

• Jerk X/Y: 20 mm/s

• É importantíssimo lembrar que você deve decidir quem cuida de sua aceleração, ou o fatiador ou o firmware! Se as acelerações forem configuradas no fatiador, o ideal é aumentar ao máximo no firmware (digamos, 10000 mm/s²) para minimizar as interferências. O mesmo vale em relação ao jerk e velocidades máximas.

Jerk — elaborando um pouco mais sobre o que esse ajuste significa, ele é a máxima mudança de velocidade que o hardware da impressora consegue fazer "instantaneamente", sem precisar usar as acelerações. Considera-se então que no intervalo do jerk o hardware tem aceleração infinita, ideal. Como o jerk é uma mudança de velocidade, ele é dado em mm/s. Diferente de outros ajustes, ele é uma quantia vetorial, onde o ângulo conta. Por isso existem ajustes separados de jerk para cada eixo (alguns firmwares e fatiadores juntam os ajustes de X e Y em um só, visto que frequentemente os dois eixos têm as mesmas velocidades e características físicas), incluindo o "eixo" virtual do extrusor, ou seja, a velocidade de extrusão.

Como a direção conta, isso quer dizer que até mantendo a velocidade escalar constante, mas mudando a direção, o ajuste de jerk pode entrar em ação.

Figure 90. Caso de mudança de direção em que um jerk configurado como 20 mm/s é excedido. A velocidade escalar se mantém constante, mas as duas velocidades em X e Y têm mudanças diferentes. A mudança de velocidade no eixo X foi de apenas 8mm/s (60 para 52 mm/s), mas no eixo Y foi de 30mm/s, maior em valor absoluto que 20mm/s de jerk (esse valores de velocidade podem ser calculados usando seno e cosseno do ângulo). Como a velocidade final excede o jerk, as configurações de aceleração serão aplicadas e o extrusor demorará mais para percorrer essa trajetória. Se o jerk fosse de 31mm/s nesse caso, o firmware consideraria que o hardware da impressora consegue fazer este movimento instantaneamente, e não aplica acelerações.

Colocando um jerk alto (digamos, 30 ou 40mm/s), você está dizendo para o seu fatiador ou firmware que o hardware da sua impressora é de qualidade industrial e muito próximo do ideal, não gerando artefatos com esse valor. Com o jerk baixo (digamos, 5 ou 10 mm/s), você está dizendo que a sua impressora não aguenta fazer mudanças de velocidade e direção muito bruscas e precisa das configurações de aceleração atuando. Geralmente quando você tem artefatos de líquido derretido espirrando ou de efeito de ziguezague horizontal ("ringing"), você vai querer diminuir seu jerk.

Algumas traduções da palavra jerk seriam "impulso", "arranque", "empurrão" ou "puxão". Este é um caso em que se pesou que tais palavras mais confundiriam que esclareceriam o termo e se optou por usá-lo no original em inglês, como jargão técnico.

Note

Nota Existe um conceito de jerk da física que não é o mesmo jerk que conceituamos. Traduzido como "arrancada", o jerk da física designa a taxa de variação da aceleração, assim como a aceleração designa a taxa de variação da velocidade e a velocidade é a taxa de variação de posição. A unidade deste jerk é distância por tempo ao cubo (e.g. 1000 mm/s3), enquanto que a do ajuste do fatiador ou firmware é em distância por tempo (e.g. 20 mm/s).

Tip

Autospeed do Slic3r há um ajuste especial do Slic3r que, tendo em vista as equações de Bernoulli para fluidos, tenta reajustar as velocidades e extrusão enquanto imprime de forma a manter a pressão dentro do hotend a mais constante possível, garantindo uma qualidade e consistência maiores e também largamente diminuindo a chance de falhas por mudanças bruscas durante a impressão (especialmente por retração). É especialmente importante para a extrusão com filamentos flexíveis. Para que este ajuste funcione, basta colocar uma velocidade máxima de extrusão em Print Settings → Speed → Autospeed (advanced) → Max print speed e deixar um "zero" nas velocidades da mesma seção que se deseja que o algoritmo trate (velocidades de suportes, pontes e preenchimentos de vãos não são tratados pelo algoritmo). Figure 91. Autospeed do slic3r, recurso para deixar a extrusão mais suave e consistente e indispensável para o uso com filamentos flexíveis. Com os 6 primeiros ajustes de velocidades em zero, a autospeed decidirá a velocidade ideal para todas essas ocasiões. Para ser ainda mais exato, é possível limitar também a velocidade volumétrica máxima de filamento extrudado mas não estritamente necessário.

Retração

Já mencionamos retração antes, agora vamos explicar o conceito: quando o hotend está extrudando filamento na peça e precisa fazer um movimento de "travel", isto é, se mover no plano XY sem realizar nenhuma impressão, se ele iniciar o movimento imediatamente o filamento líquido que está no bico não pára imediatamente de escorrer, e formará um "fiapo" de plástico que ficará agarrado na superfície de onde o bico sai. Esse efeito tem o nome de "stringing" e é um dos artefatos possíveis de filamento pouco viscoso.

Existem várias formas de impedir ou amenizar este efeito, e a forma mais efetiva é o movimento de retração: assim com o extrusor traciona o filamento para a frente, o movimento rápido para trás cria um vácuo que recolhe todo o filamento derretido novamente para dentro do bico. Essa é a retração, um recurso tão efetivo que está presente em todos os fatiadores, mesmo os mais simples, com dois ajustes principais: a velocidade de retração (geralmente entre 20-60 mm/s, menos que isso não gera o efeito de vácuo desejado) e quantos mm de filamento o tracionador deve recolher (geralmente entre 2 e 5mm para extrusores diretos e até cerca de 8mm para extrusores em bowden).

Logo de cara, existe um problema com a retração. O plástico na zona aquecida do hotend está se expandindo com o calor, e isso não é problema se ele está sendo levado para a frente, para ser extrudado. Mas se ele for puxado muito para trás, e tiver uma "folga" maior nessa região como acontece na maioria dos hotends, ele tenderá a se expandir no volume disponível. Ao ser novamente tracionado para a frente, já expandido e solidificado, ele não consegue passar pela seção do tubo que leva à zona aquecida, pois está estreito demais pra ele. O resultado é entupimento e desgaste do filamento na engrenagem do tracionador. Estima-se que 2 segundos fora da zona aquecida são o suficiente para o filamento expandir o suficiente para entupir, antes de ser tracionado novamente.

Figure 92. Uma ponta de filamento ABS azul de 3mm e filamento ABS rosa de 1,75mm que foram simplesmente retirados do extrusor. Veja como estão expandidos nas pontas; essa é a região que estava na zona aquecida.

Algumas estratégias são usadas para diminuir este efeito:

• Deixar o filamento retraído o mínimo possível de tempo é uma delas, e isso se consegue com altas velocidade de travel.

• Lift Z (levantar o extrusor no eixo Z no movimento de retração, e baixar novamente quando for para outra ilha de impressão) é bastante usado nas impressoras que têm o eixo Z rápido, como as deltas.

• Também é útil conhecer bem as medidas do hotend para colocar somente o mínimo possível de retração que não saia da zona crítica de expansão do tubo interno. Um hotend convencional costuma medir entre 50 a 70mm, com a zona aquecida tendo de 10 a 15mm (20mm em hotends especializados como o Volcano) e o heatbreak cerca de 5mm.

• A desengrenagem ("coasting", presente no Cura e no Simplify3D) é um recurso que pára o filamento décimos de milímetros antes do término da extrusão, deixando o escorrimento completar o filete para então realizar uma retração menor e menos arriscada.

• O pressure advance (avanço de pressão) do Slic3r é um algoritmo mais avançado e mais difícil de entender e calibrar mas que também pode contribuir, prevendo a diminuição súbita de pressão e permitindo o escorrimento para extrusão.

• O autospeed já citado, mantendo a pressão constante, minimiza os escorrimentos e a necessidade de retração.

• O combing, que traduzindo seria algo como "penteamento", é uma estratégia que faz com que o extrusor ao realizar o travel passe por cima do máximo de área já impressa para purgar o filamento escorrido no interior das peças.

• Wipe before retract (esfregar antes de retrair) é uma forma mais comedida de combing, fazendo o extrusor se movimentar dentro da seção transversal em que está pra limpar o bico antes mesmo de realizar a retração.

• Os firmwares de reprap populares Marlin e Repetier Firmware, assim como o da Makerbot, o Sailfish, têm um algoritmo de controle de pressão chamando de Pressure Advance, Linear Advance ou Quadratic Advance. Esse recurso configurável ajuda no controle de pressão reduzindo problemas nos cantos e pontas da peça e são semelhantes ao pressure advance do slic3r. São especialmente importantes para impressoras 3D que usam filamento guiado (bowden), que sofrem mais de escorrimento.

  • Documentação do Advance do Marlin: http://marlinfw.org/docs/features/lin_advance.html

  • Documentação do Advance do Repetier Firmware: https://github.com/repetier/Repetier-Firmware/wiki/Hardware-settings-and-print-quality

Além do entupimento, a retração pode ter o efeito de grinding, mesmo sem entupimento. A cada vez que os dentes do mecanismo tracionador pressionam o filamento, deixam marcas. Sucessivas idas e vindas deixam as marcas cada vez mais fundas, de modo que retrações repetidas no mesmo segmento de filamento podem acabar fazendo com que ele se desgaste e pare de responder ao tracionamento.

O efeito da retração é especialmente notável em impressões que têm muitas seções transversais pequenas e finas, como as peças vazadas estilo "voronoi".

Para este problema, não existe solução fácil. O uso dos valores default até que falhem é a estratégia usada. É importante ao operador da impressora 3D, entretanto, saber que a interrupção da impressão por retração pode ocorrer até numa impressora muito bem calibrada. Neste caso, ele deve perseguir as estratégias de impedir que ocorra novamente do seu fatiador predileto.

Retração "de hardware" ou "de firmware"

se você vir este termo, a acepção é a seguinte: a retração na maioria dos fatiadores é implementada com os comandos de movimentação convencional do extrusor - "G0" e "G1". Quando o fatiador suporta retração de firmware, ao invés de usar estes comandos comuns quando for retrair e avançar da retração, ele usa comandos específicos para a retração, "G10" (retrair) e "G11" (avançar/recuperar da retração). Deixar o firmware cuidar da retração, ao invés do fatiador, tem algumas vantagens:

• Permite configurar velocidades diferentes para a retração e recuperação;

• Permite mudar estes ajustes em tempo real, enquanto estiver acontecendo a impressão, refletindo na qualidade dela;

• Se o firmware estiver configurado para algoritmos avançados de controle de pressão como o Advance, ele pode agir especificamente na retração já que os comandos são outros, e assim controlar melhor a qualidade da impressão. Note também que se você habilitar advance do fatiador, a retração de firmware pode ter o efeito contrário, fazer ela sair do controle do algoritmo.

Configurar este recurso depende de o firmware e o fatiador o suportarem. Os firmwares Marlin e Repetir Firmware atualmente o implementam (o Repetier ainda possibilita ativar um recurso de "auto-retração", em que converte comandos G1 com extrusão pura para G10 e G11), mas os fatiadores Cura e Simplify3D não suportam esse recurso, com o Slic3r sendo atualmente o único que o implementa, nas configurações Printer Settings → General → Advanced.

Ajuste da costura

A "costura" ou "selo", "seam" em inglês, é a parte da superfície em que o filete de plástico se junta consigo mesmo, tendo percorrido uma volta. Geralmente, esta junção é "presenteada" com uma pequena bolha de plástico decorrente de uma mistura de stringing com outros efeitos físicos. Esta junção permite algum ajuste limitado pelo fatiador: escolhendo random (aleatório), cada perímetro começará em um ponto aleatório, de modo que as bolhas individuais ficam menos aparentes; e nearest e aligned, dois meios de garantir que os perímetros comecem sempre em pontos alinhados, o que os tornará mais aparentes na forma final mas também mais fáceis de "limpar" com instrumentos e acabamento. Um algoritmo simples que poderia ser implementado nos fatiadores e que já existia no fatiador kisslicer em 2013 é o assim chamado seam hiding, que faz o começo e término do perímetro serem um pouco mais pra dentro que o resto, "escondendo" a costura. No mesmo ano, a Stratasys adquiriu a patente do método nos EUA (patente US 20130095303 A1), desencorajando que os fatiadores de mercado se valham dele. Ler a patente chega a ser perturbador — eles listam todo e qualquer caso imaginável de deixar a costura levemente retrocedida, para assegurar que nem algo parecido posser ser feito por outros. A patente foi aceita mesmo com vários casos documentados de "arte prévia" desta técnica, algo que teoricamente a invalidaria.¹ Nas discussões de fatiadores como o slic3r, se optou por não implementar a técnica para evitar qualquer imbróglio legal.² É o "espaço de idéias" sendo fechado a olhos vistos.

Figure 93. Mesmo patenteado pela Stratasys, o seam hiding é implementado no fatiador KISSlicer (possivelmente por ter sido implementado antes, ou nunca terem sido acionados pela empresa). Em destaque, a parte da camada em que há um leve retrocesso do filete para impedir bolhas, e os ajustes para configurar este retrocesso.

Figure 94. À esquerda: a costura está alinhada, bem aparente mas fácil de remover com um estilete. À direita: a costura é aleatória, com cada bolha sendo menos aparente que o total.

No Slic3r, o ajuste da costura está em Print Settings → Layers and Perimeters → Advanced → Seam Position. Você pode escolher entre alinhado, aleatório e "mais perto" (tentará achar uma face com ângulo agudo para esconder a costura). O Prusa Slic3r oferece ainda a opção "Rear", que é o Y máximo, e por default já implementa uma forma modesta de seam hiding³.

No Simplify3D, o ajuste da costura está em Layers → Start Points. Você pode escolher entre aleatório, otimizar para velocidade, e mais perto (alinhado) de um ponto definido pelo usuário no plano XY.

No Cura, o ajuste da costura está em Shell → Z Seam Alignment, e você pode escolher entre aleatório, menor caminho e mais perto (alinhado) de um ponto definido pelo usuário no plano XY.

Note

Notas: Este artigo explica o problema do método patenteado pela Stratasys: http://patents.stackexchange.com/questions/4667/3d-printing-seam-concealment-for-3d-models-patent-application-prior-art-re. Há razões muito fortes para nos preocuparmos com este frenesi por patentes por corporações, num futuro em que ninguém mais poderá explorar o espaço de idéias — todo patenteado. Neste contexto, como que querendo nos remeter de volta às cavernas, representantes da Stratasys declaram que gostariam de ver mais patentes no Brasil, mesmo de concorrentes. Paulo Farias, diretor-geral da Stratasys no Brasil, chega a declarar que o Brasil ter poucas patentes é motivo para "se sentir envergonhado" em uma entrevista para o "canaltech" do youtube em https://www.youtube.com/watch?v=Vk3weOHcHDw. https://github.com/alexrj/Slic3r/issues/3299 https://github.com/prusa3d/Slic3r/issues/153

Modo Espiral

Quando mencionamos a prusa calculator ao explicar altura de camada, notamos que tipicamente a impressora 3D tem uma resolução no eixo Z muito maior que a necessária para qualquer impressão que façamos; no exemplo ilustrado, um passo do motor correspondia a subir ou descer 0,004mm no eixo Z, isso sem considerar que com os drivers usados em impressoras 3D podemos chegar a 1/32 desse valor — 125 nanômetros de resolução, que parecem em algum momento ser "desperdiçados" por usarmos camadas tão maiores que isso. Claro, uma impressão que usasse camadas de 125 nanômetros não só demoraria anos para completar como provavelmente nem funcionaria pela quantidade de plástico tão baixa que deveria sair, em nosso mundo real.

Mas uma maneira de aproveitar essa enorme precisão de posicionamento do eixo Z das impressoras 3D é o modo espiral que praticamente todo fatiador do mercado tem. Sendo adequado somente para algumas geometrias específicas — objetos bojudos com apenas uma "ilha" por camada, cujo interior não deve ser preenchido -, o que o modo espiral faz é a impressão contínua do contorno da peça, subindo suavemente numa espiral (daí o nome) progressivamente mais alta, até chegar ao topo. Fica mais fácil entender através da ilustração do fatiamento de um objeto.

Figure 95. Modo espiral aplicado a um objeto. Toda a impressão do objeto é realizada por um único filete ininterrupto.

O tipo de objeto que mais se beneficia desse tipo de impressão são vasos, por isso este modo também é conhecido como "modo vaso". O objeto único de geometria simples é um requisito para ele funcionar corretamente; caso vários objetos ou um objeto complexo estiverem carregados, os fatiadores não avisam que não vão imprimir numa espiral ininterrupta — ao invés disso, eles simplesmente imprimem em camadas, sem espiralizar.

Figure 96. 2 cilindros carregados para fatiar em modo espiral no Simplify3D. Pode-se ver claramente que não há mais espiral, pois o fatiador é obrigado a alternar entre duas

Uma exceção à regra é o Slic3r, que não fatia com o modo espiral ligado se houver mais de um objeto na mesa — e deixa a seguinte mensagem na barra de status, até que o problema seja resolvido:

"Spiral Vase" é o nome da opção nesse fatiador e está nas configurações de camada. Quando você ativa o modo, ele avisa que vai mudar várias outras configurações e pede confirmação que deseja prosseguir:

Figure 97. O Slic3r te dá a chance de voltar atrás caso você ative o modo espiral (

Figure 98. O Simplify3D também coloca a opção nas configurações de camadas, mas a chama de "modo de impressão de rosca de contorno único ou modo vaso". De início ela não muda os outros ajustes até que você peça para ocorrer o fatiamento.

Figure 99. Quando se chama o fatiamento, o Simplify3D avisa que como o modo espiral está ligado, ele vai mudar automaticamente os outros ajustes.

Figure 100. O Cura chama a opção de "espiralizar contorno externo" e a tem na seção "modos especiais", ao invés de configurações de camada. Se a opção for selecionada ele simplesmente muda os ajustes necessários, assumindo que o usuário tenha lido a dica de ajuda (balão azul) que apresenta e não pedindo confirmação.

Por causa da maneira como o modo espiral funciona, com a camada superior sendo automaticamente removida, muitos objetos em sites de compartilhamento de designs como o thingiverse deixam para download o contorno sólido do "vaso", assumindo que o modo espiral automaticamente o deixará aberto em cima. Um exemplo é a série de vasos "Julia" do thingiverse (Julia é o nome dado a um conjunto de fórmulas matemáticas fractais):

Figure 101. Vaso Julia. Disponível em http://www.thingiverse.com/thing:126567

O modo vaso é especialmente útil para quem usa bicos largos (digamos, maiores que 0,8mm).

Ajustes especiais de qualidade

Cada fatiador tem suas peculiaridades, analisamos aqui alguns dos recursos específicos de cada um:

Slic3r

Em Print Settings → Layers and perimeters há o quadro "quality" com 4 opções liga/desliga:

• Extra perimeters if needed (perímetros extras se necessário) — em superfícies inclinadas, uma configuração baixa de perímetros (paredes) pode, através do arredondamento, acabar expondo a parte interna da peça. Com este ajuste ligado, o fatiador "arredonda pra cima" e coloca paredes a mais para garantir fechamento da peça.

• Avoid crossing perimeters (evitar cruzar perímetros) — modifica a trajetória do extrusor de modo que ele procure ficar tão na parte interna da peça quanto possível, economizando travels e retrações.

• Detect thin walls (detectar paredes finas) — paredes com espessura próxima da largura de extrusão podem sofrer um arredondamento indevido e acabarem mais grossas do que deviam ou ainda com um "espaço" entre duas passadas do extrusor. Ligar este ajuste faz o fatiador detectar tal situação e corrigir, tanto preenchendo o espaço quanto, quando necessário, realizando passada única. Se ainda assim os espaços aparecerem, um outro jeito de corrigir é ir em Print Settings → Advanced, seção Overlap, e aumentar o valor (por default é 15%). Overlap significa "sobreposição", e é uma porcentagem que diz em quanto o preenchimento "penetra" nas paredes, para não ficarem como peças separadas.

• Detect bridging parameters (detectar parâmetros de ponte) — já falamos das pontes; com este ajuste ligado, o Slic3r analisa a geometria do objeto para saber quando usar as pontes, se estiverem ativadas.

Todos os ajustes são recomendados. A razão de eles serem opcionais é devido ao histórico de lentidão do fatiador que felizmente tem sido corrigida a cada nova atualização, e o impacto de cada um desses ajustes diminui igualmente no tempo de fatiamento.

Um ajuste adicional de qualidade do Slic3r que vale a pena ser citado, ainda, é o de "resolução" (*Resolution*), que fica em Print Settings → Advanced → Other. No campo você coloca um valor em milímetros que ele considerará como sendo o lado do "pixel" volumétrico, ou voxel, da peça a fatiar. Qualquer detalhe menor que essa medida será automaticamente simplificada. O default desse campo é zero, quer dizer, o fatiador usa toda a resolução da peça. Se o fatiamento estiver demorado, colocar um valor nesse campo pode ser um jeito de o acelerar. Também ajuda a evitar que durante a impressão o extrusor fique com o que parece "excesso de esmero" em algumas seções pequenas, extrudando pouco e dando "pulinhos"; isso é sintoma de peça excessivamente detalhada.

Simplify3D

Os ajustes específicos de qualidade do Simplify3D ficam espalhados por sua configuração, mas a maioria deles é na aba Advanced.

• Comecemos por eles, então, na seção de thin walls (paredes finas):

  

  O ajuste é bastante semelhante ao detect thin walls do Slic3r: desligado ("Only use perimeters for thin walls") ou ligado, com a tolerância de sobreposição de um perímetro em cima do outro definida. Assim como no Slic3r, se mesmo com esse valor algumas brechas aparecerem, você deve ir na aba "Infill" e aumentar o valor do "Outline overlap" (default em 20%).

• Controle de escorrimento

  

  Este ajuste trata de modificadores para o movimento de retração do final de uma extrusão.

  • O primeiro ajuste, ☑ Only retract when crossing open spaces, faz com que ele só execute a retração se não for passar em alguma parte já impressa do objeto; senão, ele conta para essa parte remover qualquer resíduo do bico.

  • O segundo, ☑ Force retraction between layers, faz com que sempre haja retração quando o fatiador mudar de camada.

  • Minimum travel for retraction é um ajuste útil para evitar que o tracionador "coma" o filamento fazendo com que avance e retroceda várias vezes; estabelece uma distância mínima que tenha que percorrer sem extrudar para que a retração possa ser acionada. Aconselha-se colocar um valor entre 3 a 10mm aqui se suas impressões têm falhado em figuras rebuscadas como as peças "voronoi". A contrapartida é que mais "verrugas" ou fiapos devem aparecer.

  • ☑ Perform retraction during wipe movement faz com que, quando for executar um movimento de "wipe" (passar o bico em áreas impressas para limpá-lo), ao invés de executar primeiro uma retração com o bico parado e então percorrer o espaço impresso, ele faça os dois movimentos ao mesmo tempo.

  • ☑ Only wipe extruder for outer-most perimeters faz com que o fatiador não tente fazer o "wipe" para os perímetros mais internos, visto que não estarão à mostra e suas imperfeições não interferem muito. É interessante deixar esse ajuste ligado, a exceção seria para filamentos translúcidos e transparentes, em que essas imperfeições podem importar.

• Note que estes ajustes usam bastante o movimento de "wipe" e por isso o próximo ajuste, "☐ Avoid crossing outline for travel movements", não deve ser ligado, pois faria o fatiador priorizar percursos sem passar por partes impressas.

• O Simplify3D tem as configurações bastante desorganizadas, e as de retração não se resumem a essa. Na aba "others", há mais ajustes, pertinentes ao caso de vários extrusores (tools):

  

  São eles a quantidade de filamento a retrair, a quantidade adicional a extrudar quando recomeçar (que aconselhamos deixar sempre em zero) e a velocidade da retração.

• Por fim, o último lugar onde se configura retração no Simplify3D é na aba "Extruder". Essas são as configurações principais de retração:

  

  • Retraction distance e extra restart distance são os mesmos do tool change, mas para o caso geral.

  • Retraction vertical lift, também chamado Z-hopping, é levantar brevemente o extrusor quando houver retração para diminuir a formação de verrugas. Envolve movimento Z do extrusor que costuma ser lento em cartesianas, sendo mais recomendado para deltas ou no mínimo cartesianas mais rápidas. A velocidade é configurada no próximo ajuste, Retraction Speed.

  • Coasting: como já mencionamos, coasting ou desengrenagem é o tracionador deixar de tracionar alguns décimos de milímetros antes do fim da extrusão, para que o filamento escorrido de excesso seja totalmente consumido. 0,20mm, o default do Simplify3D, é uma quantidade boa para o caso geral.

  • Wipe é o movimento de limpeza do bico passando em cima de áreas impressas, ou seja, uma espécie de combing. Ligando-se esse ajuste o fatiador passa a procurar realizar o wipe depois de completar o perímetro de uma ilha impressa, e o wipe distance é a distância que ele deve percorrer realizado o movimento. Se perform retraction during wipe movement estiver ligado, a distância aqui não é usada, sendo usada a duração da retração no lugar. O wipe só é executado se a mínima distância para retração tiver sido percorrida.

• Bridging

  

  Antigamente bastante deficiente tanto na detecção quanto na configurabilidade de suas pontes, a versão 4.0 do Simplify3D trouxe boas melhorias nessa parte. Os ajustes são:

  • Unsupported area threshold: quanto de área mínima sem suporte é necessária para que o algoritmo decida que vai usar a estratégia de "ponte" para ligar uma seção à outra. Dada em milímetros quadrados (mm²).

  • Extra inflation distance: este ajuste leva em conta que a região de suporte da ponte se apóia em determinadas camadas inferiores (mais interna que as paredes), e permite expandir a região usada como apoio pra permitir uma fundação mais sólida. Pode ser difícil visualizar, então aqui está um exemplo de uma ponte expandida em 2mm

    

  • Bridging extrusion multiplier e bridging speed multiplier: assim como no Slic3r, estes multiplicadores de extrusão e velocidade permite que durante a ponte o fatiador extrudem menos plástico e mais rapidamente, para que ele fique mais esticado.

  • Use fixed bridging infill angle [0] deg — faz com que os filetes que percorrem a ponte tenham um ângulo diferente de 0 graus (paralelo à direção da ponte).

  • Apply bridging settings to perimeters — ao invés de considerar a ponte como somente a parte interna da estrutura que liga duas ilhas, considera seus perímetros como parte dela.

    

    Figure 102. Ponte com "apply bridging settings to perimeters" selecionado - as camadas externas passam a ser consideradas parte dela. E com 20 graus de ângulo no "fixed bridging infill angle".

Cura

Os ajustes relacionados a qualidade de impressão no Cura são tantos que fica difícil selecioná-los. Por isso, selecionamos os mais semelhantes ao slic3r e simplify3d, referentes a perímetros, parede finas e retração. Como arremate, vamos mostrar a mesma seção em inglês e português, para que a equivalência seja conhecida. O Cura já apresenta "dicas" em azul com a descrição do que a configuração faz — traduzidas para português em sua versão oficial do programa pelo autor deste livro -, portanto a explicação aqui envolverá mais do que isso.

Figure 103. Seção "Shell" ou, em português, "Perímetro" do Cura, alguns ajustes especiais. Se não aparecem no seu Cura, vá nas configurações e veja visibilidade dos ajustes. Os ajustes em inglês à esquerda equivalem aos em português da direita.

• Outer Wall Inset é um ajuste que juntamente com a compensação horizontal, tratada na próxima seção, ajuda uma peça a ter dimensões mais de acordo com o modelo. No momento do fatiamento ou tradução da peça 3D para uma trajetória de filetes, as áreas mais externas da peça podem ser "arredondadas para cima", tornando o objeto um ou dois décimos de milímetro mais largo. Se isso estiver acontecendo, vale a pena ligar esta opção, que recua o filete mais externo mesmo com ele se sobrepondo ao segundo filete mais externo. Esta opção tem o risco de deixar a aparência da peça mais rugosa pelo excesso de filamento na superfície.

• Outer Before Inner Walls pode ser um jeito de diminuir a rugosidade do ajuste anterior se ela acontece. Basicamente, inverte a ordem de construção das paredes de um objeto, que é por default de dentro pra fora, para que seja de fora pra dentro, logo o segundo filete, se sobreposto ao mais externo, será depositado em cima da camada externa já solidificada. Por outro lado, em seções pendentes, por o filete mais externo ser depositado sem o suporte lateral do filete mais interior, ele pode acabar tendo menor qualidade.

• Alternate Extra Wall faz em camadas alternadas a parede ter um filete a mais pra dentro. Este filete ajuda a sustentar o suporte interno, reforçando a peça como um todo.

  

  Figure 104. "Alternar Parede Adicional" - Alternate Extra Wall - faz um perímetro interno intermitente que ajuda a "segurar" os filetes do preenchimento interno. As 4 figuras representam camadas sucessivas do fatiamento de um cubo.

• Compensate Wall Overlaps: em algumas geometrias, o processo de fatiamento calcula uma trajetória de filete que por vezes tem que passar no mesmo lugar duas vezes — sobrepondo um filete sobre outro. Embora na maioria das vezes esse plástico em excesso se acomode bem na geometria, umas poucas vezes ele pode gerar imperfeições visíveis. O Cura permite diminuir a extrusão ao passar sobre tais áreas de modo que não haja plástico em excesso nas sobreposições, e você pode até definir se somente nas paredes internas ou externas.

• Fill Gaps Between Walls: assim como a trajetória do fatiador pode ter sobreposições de filetes, devido à espessura não desprezível dele o contrário também pode acontecer — determinadas áreas serem tão pequenas que as áreas em volta são preenchidas, mas uma "falha" permanece. Ativar este ajuste faz com que no final da impressão da camada o extrusor volte a esta falha e a preencha com uma "gota" de filamento. O maior revés desta configuração é o tempo maior de impressão.

  

  Figure 105. Lacuna preenchida com o ajuste "Fill Gaps". Adaptado para português do material educativo da Ultimaker em https://ultimaker.com/en/resources/20415-shell

• Print Thin Walls: Se já entendemos que o algoritmo de fatiamento "arredonda" a trajetória para a forma desejada visto que a espessura do filete não é desprezível, o ajuste de imprimir paredes finas nada mais faz que dizer se ele deve arredondar a forma para cima (ligado) ou para baixo (desligado). Se você tem uma superfície impressa com letras de 0,2mm de espessura mas a largura de extrusão do bico é 0,4mm de espessura, com o ajuste desligado as letras não vão aparecer. Com o ajuste ligado elas vão aparecer com 0,4mm de espessura. Na seção seguinte, compensação horizontal, tratamos um caso semelhante resolvido de outro modo.

Vale ainda mencionar mais um ajuste específico no final da seção "perímetro": Ignore Small Z Gaps, ou Ignore Pequenas Lacunas em Z. Esse ajuste vem ligado por default e faz com que se o modelo tem pequenas reentrâncias na geometria — como por exemplo uma fenda horizontal de 0,2mm de altura (eixo Z) — o fatiador a ignore e a preencha com paredes e preenchimento como se fosse uma parede contínua. Se seu modelo tem detalhes que necessitam dessas lacunas e o fatiamento não as revela, é por causa disso.

Retração: os ajustes principais de retração do Cura ficam na seção "Material":

Mas não todos. Os restantes ficam na seção Travel (Percurso):

Ao invés de discutir cada ajuste da retração ou reiterar expressões óbvias com "Retrai em Mudança de Camada", mais vale entendermos as diferenças e semelhanças da retração do Cura com os outros fatiadores. O que o Simplify3D chama de wipe é o que o Cura chamada de combing ("penteamento"), ou seja, passar o bico em área já impressa para depositar filamento escorrido ou resíduos dentro da peça. A "distância extra" que o Simplify3D extruda depois da retração é equivalente à "Quantidade Adicional de Avanço da Retração" (Retraction Extra Prime Amount), só que dada em volume (mm³) ao invés de distância de entrada do filamento. Se quiser achar o volume v em função do diâmetro d do bico e da distância L do filamento, a fórmula é:

\(v=\frac{\pi d^2L} 4\)

Por exemplo, para extrudar 0,2mm a mais de um filamento de 1,7mm de diâmetro, o volume equivalente é

\(v=\frac{3,1416\times 1,7^2\times 0,2} 4=0,454\mathit{mm}^3\)

Um ajuste útil para peças detalhadas é a contagem máxima de retrações: para evitar que o filamento soja desgastado pelo vaivém do tracionador quando muitas retrações estão sendo feitas num baixo período de tempo, pode-se especificar um número máximo (Maximum Retraction Count) em determinada distância (Minimum Extrusion Distance Window) para que ele volte a retrair.

Coasting: já introduzimos o conceito desta operação e mostramos os ajustes para o Simplify3D, mas o Cura permite uma configuração mais detalhada da mesma operação:

Novamente, o Cura privilegia o volume de filamento extrudado ao invés de comprimento, o que é na verdade tecnicamente mais adequado já que se espera que as impressoras passem a usar extrusão volumétrica. Para impressoras 3D com aferição dinâmica de espessura de filamento, a diferença de qualidade pode ser grande.

Compensação horizontal

Se você já modelava em 3D antes de ter contato com a impressão 3D, pode ter topado com a seguinte situação: você modela duas peças, uma principal e outra que deve ser encaixar perfeitamente nela. Para obter esta paridade perfeita, faz uma operação booleana de diferença nas peças, e o vão de uma corresponde exatamente ao relevo da outra. Manda imprimir em sua impressora 3D e ao tentar encaixar uma peça na outra, a menor simplesmente não entra. O que está acontecendo?

A resposta é: apesar de o seu fatiador conhecer as dimensões do seu objeto e calcular o fatiamento levando em conta as dimensões ideais das camadas, o fato de cada filete abaixo ser "espremido" pelo de cima faz as bordas da peça se espalharem um pouco mais do que o ideal, e traçarem um contorno no plano XY mais largo que o modelado. Exagerando o espalhamento para ilustração, o que aconteceu com os encaixes foi análogo a isto:

Figure 106. Representação exagerada do que acontece com as impressões. As peças verdes são os modelos originais, a área amarela corresponde ao que é efetivamente impresso. As camadas nas bordas, sendo achatadas pela de cima, se tornam um pouco mais "grossas" do que deviam. O fator com que isso acontece é grosso modo próximo ao diâmetro do bico — por exemplo, em um bico de 0,4mm, costuma ser entre 0,1 e 0,2mm. Os encaixes não casam mais em relação aos modelos (verdes) porque ambas as partes estão “expandidas”.

Uma solução pra isso foi criada primeiro no fatiador slic3r, logo em seguida copiada pelo Simplify3D e um pouco depois, pelo Cura. Ocorre que as operações-padrão de "inset" e "outset" (termos de computação gráfica) já são rotineiramente usadas pelos fatiadores em outras áreas, e são delas que precisamos para resolver este problema. Como elas funcionam? Do mesmo jeito que a forma amarela é uma "outset" do modelo, ou seja, uma expansão em todas as direções dela, o modelo é, ele mesmo, uma expansão de outra forma mais interna. Basta calcular esta forma mais interna e fatiá-la no lugar do modelo, pois a expansão dela equivalerá às dimensões reais dele. Desse modo:

Figure 107. Agora a forma verde é a forma recalculada pela compensação horizontal. Se nossas formas impressas "engordavam" 0,1mm, por exemplo, precisamos colocar uma compensação horizontal "para dentro", com sinal negativo: -0,1mm. Impressas, essas peças ficam 0,1mm mais grossas, que é o que precisavam para corresponder às formas originais, e se encaixam perfeitamente. É importante notar que isso não ocorreria caso apenas diminuíssemos as peças ao invés de "emagrecê-las", pois os buracos também diminuiriam, tornando-se mais apertados, e o problema de encaixe e precisão permaneceria.

O valor de compensação horizontal é obtido pragmaticamente para o bico e filamento estimando-se a diferença entre encaixes. A compensação horizontal negativa funciona bem para o caso dos encaixes, mas a positiva também é útil para, por exemplo, letras finas que não aparecem…​

Figure 108. Um jeito simples de corrigir letras finas não aparecendo: mudando-se a compensação horizontal para 0,10mm. Isso também passa uma lição importantíssima que é boa prática para impressão 3D: sempre verifique o resultado do fatiamento na pré-visualização antes de mandar imprimir, você pode evitar a decepção no final.

Como última nota sobre este recurso utilíssimo, cabe notar que os nomes são diferentes em fatiadores diferentes:

• Slic3r: Print settings → Advanced → Other → XY Size Compensation

• Cura: Shell → Horizontal Expansion

• Simplify3D: Other → Horizontal Size Compensation

• repsnapper: Preferences → Optimization → Offset Outer Shells By (mm)

O problema dos arcos e círculos

Além do "espalhamento" indesejado das impressões 3D que a compensação horizontal ataca, temos também um outro problema que não raramente é confundido com este espalhamento, pois tende a deixar seções circulares mais estreitas. Este é na verdade um dos inúmeros aspectos de um problema milenar da humanidade chamado de "quadratura do círculo"¹, ou quais os métodos que podem ser usados para transformar a curva do círculo em um segmento linear. Na engenharia, especificamente na engenharia que criou a impressão 3D, esse problema afeta as estruturas em arco e circulares, especialmente os orifícios circulares. Na introdução do livro falamos de papers não-acadêmicos e citamos o célebre post de blog do reprapper nophead que expõe esse problema: http://hydraraptor.blogspot.com.br/2011/02/polyholes.html.

Basicamente, são 4 os problemas que encontramos quando importamos um STL no fatiador, fatiamos e o colocamos para imprimir:

1. Erros de facetamento: quando os sistemas de modelagem 3D convertem cilindros em malhas de triângulos usadas para a impressão, eles produzem um prisma poligonal, ou seja, o círculo é transformado em um polígono equilátero de muitos lados.

   

   Figure 109. Um círculo vermelho transformado em um polígono circunscrito (interno) de 10 lados, em azul. Esse processo diminui a área do círculo em cos(π/número de lados). Essa é só uma das técnicas de "tesselamento" de círculos: ele poderia ainda ser circunscrito (externo) ou até intermediário entre um e outro. Com lados infinitos, todos esses polígonos se aproximariam do círculo.

2. Pausas de segmento: ok, converter um círculo para um polígono com 10 facetas não é boa idéia. Na hora de imprimir, então, vamos usar o máximo número de segmentos de reta possível — digamos, 1000 segmentos. E tentando resolver o primeiro problema, topamos no segundo: as pausas de segmento. A impressora vai receber centenas de segmentos minúsculos pra percorrer, cada segmento extrudando uma quantidade insignificante de filamento. Além dos erros de arredondamento pelo uso de quantidades tão pequenas, a impressora acaba ganhando um número enorme de instruções a executar em pouco tempo, e ainda contando acelerações e desacelerações, acaba fazendo pausas entre elas.

3. Encolhimento de arco: esse problema acontece quando o seu círculo tem espessura diferente de zero, ou seja, um círculo de "mundo real". O seguinte diagrama explica o problema:

   

   Figure 110. Um jeito intuitivo de entender o problema de “encolhimento de arco” dos círculos pequenos nas impressoras 3D. Pegue massinha de modelar e faça um tubo reto com ela, grosso e bem uniforme. Então pegue o tubo e torça pra transformá-lo em um círculo.Você verá que a massa mais para dentro do círculo formará "barrigas" por ser excedente; a parte mais externa do círculo rachará por falta de material. O círculo vermelho pontilhado é o orifício que o arredondamento deveria ter, em teoria. Mas por causa do excesso de material para dentro, ele ficará mais apertado. Se o tubo fosse mais fino esse problema não seria muito perceptível pela menor diferença entre os lados internos e externos, por isso o problema é mais grave em orifícios pequenos, próximos à espessura do filete de impressão.

4. Corte / repuxo de cantos: enquanto que os problemas anteriores eram mais geométricos, este tem mais a ver com propriedades físicas como viscosidade, aderência, elasticidade e até calor específico. Quando o hotend deposita filamento em uma trajetória reta, e de repente sofre uma mudança suave de ângulo, o filamento acaba sendo "puxado" dos cantos para dentro. Mais um fator que diminui furos!

   

   Figure 111. Efeito do "corte de cantos" de filamento extrudado (exagerado para visualização). Mostrada a trajetória do hotend em preto e a deposição do filamento azul na prática. Se estivéssemos extrudando o decágono da divisão do círculo em 10 segmentos retos, estaríamos na verdade imprimindo o círculo inscrito a ele!

Como corrigir esse problema?

Vimos que esse é um problema com causas compostas e bem diversas — geométricas, físicas, até afetadas por outros ajustes como compensação horizontal e arredondamento de paredes externas no fatiamento. É, por natureza, um problema difícil de realmente "resolver" — sendo melhor a abordagem de mitigação ou compensação. No próprio post de nophead, ele propõe uma solução que funcionou bem pra ele: a partir de 2mm de diâmetro, dividir o círculo em pelo menos duas vezes seu diâmetro em mm. Um círculo de 6mm de diâmetro funcionaria razoavelmente com pelo menos 12 divisões. Um de 10mm de diâmetro precisaria ter pelo menos 20 divisões.

Essa foi uma regra prática que serviu para o caso dele e lida com dimensões maiores. Infelizmente, não só não parece muito prática para hoje em dia (em que precisões maiores são exigidas para as peças impressas, mesmo as de pequena dimensão) quanto exige certo procedimento durante a modelagem, e nem sempre se tem a opção de mexer na modelagem de um objeto.

Na prática: o que é feito é a priorização de modelos tridimensionais com considerável tesselação de círculos e arcos (mesmo podendo topar no problema das pausas de segmentos) e alguma compensação manual "de olho" usando configurações de compensação horizontal ou mesmo modelando orifícios maiores. Fatiadores baseados em manutenção do volume (por voxels) como o Voxelizer atacam o problema do ângulo da quantidade de material utilizado. Pode-se bem dizer que esse é um problema não resolvido da impressão 3D FFF.

Uma proposta de mitigação mais informada.

Que fique claro que a proposta apresentada aqui é uma incursão espinhosa em uma área controversa. Depende ainda de softwares não totalmente adaptados para isso, embora muito já se tenha feito para tal. Os resultados podem ser satisfatórios ou decepcionantes.

Na parte de malhas, já explicamos que modeladores sólidos costumam usar formatos complexos (STEP, IGES e outros) que incorporam "curvas reais", determinadas por fórmulas matemáticas, mas que as malhas comumentes usadas nos fatiadores de impressão 3D FFF não gozam dessa facilidade. É até possível que em algum futuro suas bibliotecas internas ganhem suporte a curvas matematicamente formuladas e possam passar tal informação ao fatiamento, mas no momento nenhum deles tem isso. No entanto, apesar de fatiadores não incorporarem, a surpresa é que a maioria dos firmwares de mercado já apresenta suporte a curvas reais — na forma de arcos — e já vem com esse suporte ativado por default. Isso vale para Marlin, Repetier e Smoothieware: os comandos pertinentes são os G-Codes G2 e G3, denotando arco circular na direção horária e anti-horária respectivamente. Outros G-Codes padronizados nas CNC, mas ainda não implementados nas impressoras 3D, seriam os G5 e G5.x, para splines e NURBS.

Em teoria, um firmware que implementa G2 e G3 pode, se valendo de tal descrição matemática infinitamente precisa da trajetória, e conhecendo das particularidades mecânicas e eletrônicas do dispositivo que controla bem melhor que o fatiador, adequar as correntes, tensões, tempos e forças de forma que a deposição do filamento seja muito mais suave e precisa, sem pausas ou outros artefatos que causariam os piores efeitos da quadratura de curvas. Teríamos uma curva de deposição matematicamente muito mais próxima da real.

Mas de que valem o G2 e G3, se as próprias formas que os fatiadores informam, em formatos STL, AMF ou 3MF, não podem ter arcos? Ora, eles têm formas parecidas com arcos mas que foram transformadas em uma sequência de pequenos segmentos de ângulos suaves. A questão é: algoritmos matemáticos podem detectar tais sequências convertidas e recuperar os arcos da forma, produzindo G2 e G3 onde necessário. O fatiador repsnapper, por exemplo, tem esse recurso. Slic3r, Cura e Simplify3D, no entanto, não têm. E ainda que seja interessante conhecer e executar o repsnapper como prova de conceito, a carência de recursos desse fatiador não justifica usá-lo só por isso.

Mas não é necessário. Essa inferência de segmentos pra curvas pode ser feita depois do fatiamento. De fato, existe um software externo que, alimentado com G-Code de qualquer fatiador de mercado, infere as curvas e devolve um G-Code com elas transformadas em arcos G2 e G3. Esse software, livre e multiplataforma, chama-se GCode Arc Optimiser, é escrito em PHP e tem colaboração do autor do livro². Pode ser baixado de https://github.com/manticorp/GcodeArcOptimiser. O software exige uma versão do interpretador PHP instalada e para ser usado, necessita que um pequeno script seja criado em sua pasta (pode ser criado por qualquer editor de textos puro e gravado como "cli.php"):

<?php
include "functions.php";

$debug             = false;
$lookahead         = 5;   //
$pos_error         = 0.1; // absolute
$alignment_error   = 0.01; // absolute
$extrusion_error   = 0.15; // percent
$start             = microtime(true);

$options = getopt('f:o:');

$gcode  = str_replace("\r","",file_get_contents($options['f']));
$gcode  = explode("\n", $gcode);
$gcode  = SplFixedArray::fromArray($gcode);

$processed = processGcode($gcode);

file_put_contents($options['o'], $processed);

E então colocar o arquivo G-Code de entrada (digamos, entrada.gcode) na mesma pasta e executar a conversão:

php cli.php -f "entrada.gcode" -o "saida.gcode"

Verifique a saída no final; deve haver alguma linhas começando com G2 e G3. Os orifícios extrudados com esses comandos serão mais exatos que outros, e as curvas da peça feitas pelas curvas inferidas serão também mais suaves.

Note

Notas: Tem até artigo na Wikipedia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Quadratura_do_c%C3%ADrculo Nada muito envolvido, mas o programa de linha de comando do README, que chama a biblioteca do autor, não funcionava e foi corrigido por quem escreve estas linhas, com o patch em https://github.com/manticorp/GcodeArcOptimiser/pull/3.

Filamentos flexíveis: como imprimi-los

Filamentos flexíveis são um assunto contencioso nas comunidades online de impressão 3D. Sendo motivo de orgulho para alguns, é alvo de ostentação, subjetividade e amadorismo do mesmo modo que a temperatura da mesa para impressão: o "funciona comigo" é um troféu que alguns exibem após conseguir imprimir um número limitado de formas simples, sem no entanto esmiuçar como e por quê o conseguiram, muitas vezes com alegações duvidosas sobre os resultados obtidos e contraditórias à engenharia envolvida.

Causas da dificuldade

Entender o que torna as diversas marcas e tipos de filamento flexível difíceis de imprimir em uma impressora 3D convencional é o primeiro passo para resolver o problema.

• Existem diversos tipos de filamento flexível, com diferentes níveis de flexibilidade e propriedades. De fato, tudo o que um filamento precisa para ser considerado "flexível" é ser dobrado e voltar à forma original sem marcas. Nessa classificação entram filamentos quase rígidos de poliuretano mas também termoplásticos elastômeros suaves e molengas, entram filamentos de suporte que aderem facilmente à mesa como PVA e filamentos de alta temperatura que sofrem warp e resistem à aderência como nylons. Tendo como única característica comum a elasticidade, é fácil perceber que certa estratégias para uns pode falhar para outros. Em especial, os seguintes problemas são derivados desta variabilidade:

  • A maioria dos filamentos flexíveis adere bem à mesa, sem precisar nem mesmo de cola ou mesa aquecida, e não sofre warp. Para filamentos que usam nylon, geralmente é o contrário — cola e mesa aquecida são fundamentais, não só o arranjo no extrusor.

  • O bom tracionamento de um filamento flexível específico depende de um equilíbrio delicado de pressão no tracionador que se for baixa, não consegue penetração dos dentes no filamento para tracioná-lo, e se for alta, leva ao ovalamento do filamento que gera entupimentos e aumenta a chance de o filamento embolar. O equilíbrio será diferente para cada filamento, e alguns extrusores nem mesmo têm ajuste dessa pressão.

• Embolamento do filamento nos vãos logo após o tracionador são o acidente mais comum nas tentativas de impressão com filamento flexível. Como a tendência de um fio flexível ao ser impelido para a frente pelo tracionador mas enfrentar resistência mecânica é se flexionar ao invés de repassar a tração para a frente, qualquer folga ou reentrância que permite que este fio acomode sua forma para a flexão fará com que ele se dobre, e a partir de uma dobra inicial ele já perde toda a tração subsequente. Poucos mecanismos tracionadores têm espaçamento apertado o suficiente para impedir que isto aconteça e mesmo o tubo por onde entra o filamento flexível para ir para a área quente tem que ter baixo atrito e bem justo (o que se contrapõe ao uso de tubos mais espaçosos para funcionar bem com variações de diâmetro de filamento).

  

  Figure 112. Um dos melhores vídeos de adaptação de um extrusor para funcionar bem com filamento flexível do youtube mostra como o filamento flexível "embola" na folga mínima que existe entre o tracionador e o tubo de entrada em um clássico extrusor Greg’s Wade. https://www.youtube.com/watch?v=BZSo7CT914Y

• Velocidades altas compõem a chance de embolamento, pois tracionam maior quantidade de filamento com tendência a dobrar numa unidade de tempo, com a mesma resistência mecânica.

• Mudanças de velocidade, ou seja, acelerações também se compõem ao problema, pois é nos súbitos inícios e términos de tracionamento que os filamentos flexíveis mais se curvam, já que ocorre a mudança de pressão rápida. Em especial, as retrações, que são quando o filamento está em pressão constante para a frente, para ser subitamente parado e esticado para trás, para então ser novamente tracionado pra frente, são os eventos com maior chance de embolamento, mesmo que as velocidades envolvidas sejam baixas.

• Stringing (fiapos) são problemas constantes nas impressões com filamento flexível. Isso ocorre tanto por o filamento flexível ter um escorrimento menos controlável quanto por as estratégias que melhor mantêm extrusão se contraporem aos mecanismos de controle de fiapos (como a retração).

• Subextrusão é outro problema possível dos filamentos flexíveis mesmo quando se tem um extrusor adequado sem folgas, podendo ocorrer tanto por ajustes de fatiamento quanto por perdas de pressão de tracionamento, especialmente em impressões longas. Parte disso acontece por causa de pequenos fragmentos do filamento que se acumulam nos dentes e passam a funcionar como se fossem um lubrificante sólido.

  

  Figure 113. Subextrusão que ocorreu em uma peça já perto do final da impressão, numa impressora 3D com extrusor adaptado para filamento flexível. A perda da tração progressiva acabou impedindo a impressão de terminar; eventualmente, o filamento entupiu no tubo.

Soluções e mitigações

Entendido e caracterizado o problema, essas são as mitigações que se pode fazer para imprimir melhor com filamento flexível:

• Usar um extrusor sem folgas e sem atritos após o mecanismo de tracionamento. Este é, de longe, o fator mais importante. De nada adiantam todos os outros esforços se o filamento continua podendo embolar. Na maioria dos casos, isso envolve trocar todo o extrusor por um outro modelo ou ter que modificá-lo bastante, como no vídeo citado. Existem extrusores de mercado específicos para lidar com filamentos flexíveis e acopláveis à vários modelos de impressora, como o Flexion Extruder, que tem até mecanismo de autolimpeza para impedir que a engrenagem acumule fragmentos de filamento que prejudicariam a tração.

  

  Figure 114. Flexion extruder, feito especificamente para filamentos flexíveis. https://flexionextruder.com/ Thomas Sanladerer fez uma análise do extrusor em seu canal do youtube: https://www.youtube.com/watch?v=I0kFA9OIJL0

  Pode não ser necessário comprar um extrusor novo: existem vários modelos imprimíveis, com uma busca no site thingiverse retornando mais de 500 modelos diferentes: https://www.thingiverse.com/search?q=flexible+filament+extruder

• Dependendo do extrusor, pode ser suficiente uma pequena modificação para eliminar a folga. Tal modificação será uma peça impressa que se encaixa na folga do extrusor e permite que o filamento escape.

  

  Figure 115. Eliminador de folga do extrusor da impressora brasileira Sethi3D AiP A3, disponível em https://www.thingiverse.com/thing:1017277

• Uma das modificações mais efetivas, que pode geralmente ser utilizada em conjunto com uma peça antigap, é a inserção de um tubo de PTFE até o hotend. O tubo de PTFE é uma peça comum e fácil de ser encontrada na impressão 3D, visto que é usada em bowdens e no tubo de hotends. É bem justa para o filamento, tem baixíssimo atrito e pode ser facilmente cortada com uma navalha para ficar bem rente às engrenagens tracionadoras. Muitos modelos de extrusores para filamentos flexíveis já exigem o uso do tubo de PTFE, mas ele pode ser facilmente adaptado alargando-se o tubo de saída do tracionador para seu encaixe.

  

• A distância do tracionador ao hotend deve ser mínima. Quanto maior a distância, maior a histerese elástica que impede o tracionamento e favorece o comportamento de "mola". Por isso mesmo, bons extrusores de filamento flexível são compactos. Pela mesma razão, bowdens costumam ser impraticáveis para uso com filamento flexível, uma notável exceção sendo o das impressoras Ultimaker que com velocidades baixas consegue imprimi-los — e aí a razão de ser uma exceção é por a impressora usar filamento de 3mm de diâmetro, um padrão já em desuso mas com menor histerese elástica.

• O aperto do tracionador deve ser regulável. Como o ponto ideal de aperto varia de acordo com o filamento flexível usado, com alguns ovalando mais facilmente que outros com o aperto alto, é desejável que o operador possa experimentar e encontrar o ponto ótimo de aperto. Uma das melhores formas de se implementar isso é com parafusos reguláveis:

  

  Figure 116. Parafusos reguláveis que permitem ajuste fino do aperto do filamento.

• Um tensor de filamento também ajuda a domar a histerese do filamento flexível, mantendo-o esticado até a altura do tracionador. É útil porque filamento flácido tende a entrar nas engrenagens mais "de lado" e portanto a embolar na saída.

  

  Figure 117. Exemplo de um tensor de filamento entre muitos modelos do site thingiverse. https://www.thingiverse.com/thing:692327

• Se puder escolher o parafuso tracionador ou pinhão do extrusor, prefira os canaletados ao invés dos retos. Eles guiam e aderem melhor a filamentos flexíveis. Por outro lado, isso exige também que a canaleta seja precisamente alinhada com a saída do tracionador, caso contrário o filamento sofre dobras.

• A primeira camada não deve ser muito rente. Contrariando o que aprendemos sobre fatiamento, no caso do filamento flexível é bom deixar uma pequena folga na primeira camada. Isso porque a impressão rente deixa a pressão dentro do hotend alta, e também porque a maioria dos filamentos flexíveis tem excelente adesão à mesa. A exceção notável são os nylons, que sofrem warp e podem não aderir bem à mesa. A impressão mais alta pode ser feita de diversas formas, desde colocar o endstop do eixo Z ligeiramente mais alto até mexendo em parâmetros de fatiamento, como o offset vertical ou altura da primeira camada.
  E em termos de configurações de fatiamento, existem várias estratégias que podem ser tomada para melhor imprimir com filamento flexível e com menos possibilidades de falhas.

Nos ajustes de fatiamento:

• Velocidade de extrusão é a configuração mais importante para a impressão com flexível funcionar. Uma velocidade convencional de 60 mm/s geralmente não vai funcionar a não ser com extrusores muito bem preparados para filamentos flexíveis, filamentos menos exigentes e formas impressas simples. Não acredite nos fanfarrões de facebook que dizem imprimir Ninjaflex nesta velocidade em impressora com bowden! Comece com uma velocidade pequena — digamos, 15 mm/s, ou até mesmo 5mm/s — imprimindo uma forma simples e vá aumentando à medida que conseguir confiança que a impressora dá conta.

• Aceleração do extrusor também deve ser colocada em um valor baixo para manter a pressão interna mais constante; um valor entre 200 e 500 mm/s² é recomendado.

• Retração deve ser minimizada. Embora alguns reprappers aconselhem desligá-la totalmente, costuma ser suficiente deixá-la com baixa velocidade e pequena distância (digamos, 15 mm/s e 2mm de retração). É importante também impedir um número grande de retrações; neste caso, os ajustes de limitar o número por distância do Cura serão bem úteis, com 20 retrações a cada 10mm sendo o recomendado. Claro que o número de retrações é função da forma impressa, então formas vazadas, finas e repletas de ilhas como as voronoi terão probabilidade maior de falhar do que peças inteiriças e grossas.

• No Slic3r, usar autospeed, embora aumente o tempo total de impressão, deixa a pressão dentro do hotend o mais uniforme possível, diminuindo tanto as chances de falha quanto os artefatos de impressão, e é altamente recomendada para filamento flexível.

• Para mitigar o stringing e bolhas, Coasting (Simplify3D e Cura) e Pressure Advance (Slic3r) ajudam. Colocar uma velocidade de percurso (travel) alta, isto é, a velocidade do carro do extrusor quando não está extrudando, também ajuda. E por fim, habilitar o Z lift (levantamento de Z) quando for necessária uma retração também

Dupla extrusão

Finalmente, vamos tratar de um dos ajustes que mais quebram a cabeça dos que tratam com modelos que precisam ser impressos em extrusão dupla. Primeiro, vamos revisitar os quatro formatos principais de arquivos para impressão 3D:

• STL: o mais simples, apenas uma malha de triângulos orientados, sem informação de material.

• OBJ: tem informação de material por polígonos e não objetos, e de uma forma mais orientada a visualização. Os fatiadores não associam essa informação a extrusores diferentes.

• AMF: tem informação de material adequada à impressão 3D, mas só é suportado no Slic3r, sem associação automática de materiais a extrusores diferentes; não funciona no Cura novo e no Simplify3D.

• 3MF: um formato novo com suporte razoável nos fatiadores. As versões novas de Slic3r, Cura e Simplify3D já abrem esse formato. Ele permite diferentes materiais, mas a atribuição de materiais diferentes a extrusores diferentes não é automática.

Portanto, não há muito jeito de lidar com a dupla extrusão automaticamente: sempre é necessário informar ao fatiador que extrusor deve trabalhar com cada parte da peça.

Figure 118. O FreeCAD como um software de modelagem sólida que já grava em formato AMF - e ao abrir o arquivo, fatiadores como o slic3r oferecem opção para associar materiais diferentes a objetos diferentes, caso estejam em um perfil de dupla extrusão.

A resposta é que há sim, é perfeitamente possível e até fácil modelar e associar partes de um modelo a extrusor se você conhece o fluxo de trabalho recomendado para isso. A razão de não ser tão intuitivo com um arquivo único que resolva todos os problemas é que se a impressão 3D de baixo custo ainda é nova, mais novo ainda é seu uso com dois ou mais extrusores. O mercado aponta para fluxos mais fáceis e complexos, inclusive com mistura de materiais, mas por enquanto devemos conhecer a forma "original" de lidar com isso, que envolve arquivos STL — e essa forma tem a conveniente vantagem de poder ser aplicada de maneira similar aos formatos mais complexos. O procedimento é extensível ainda a mais extrusores (tripla, quádrupla extrusão, etc.).

Mas como se envolve arquivo STL na dupla extrusão, se ele não tem informação de material?

Essa é na verdade quase uma vantagem do arquivo: ele não tem informação de material, então você é quem deve atribuir essa informação no fatiador. E ele tem informação de coordenadas: se você modela um corpo em um arquivo, e em outro arquivo você modela uma cabeça cujas coordenadas se encaixam nas exatas coordenadas de onde aquele corpo acaba, no fatiador eles aparecerão encaixados.

Você precisa informar ao fatiador, no entanto, que ele não deve mudar as coordenadas dos objetos, como por exemplo os rearranjando automaticamente. No Slic3r, por exemplo, você faz isso pelo menu File → Preferences:

Figure 119. Deixe desligado o "auto-center parts", como aparece no diálogo. Ao lado aparecem os dois STLs que temos que se encaixam no mesmo sistema de coordenadas: um cone de tráfego, com as faixas de cores diferentes.

Abrimos ambos os STLs no Slic3r. Podem ser ambos ao mesmo tempo, um em sequência ao outro, ou arrastando os arquivos para a janela: eles aparecerão sobrepostos, formando um cone contínuo:

Figure 120. Os dois STLs do cone, sobrepostos. Note que eles aparecem à direita como objetos diferentes, e as coordenadas casaram. Agora só falta informarmos ao Slic3r que material cada objeto usará.

Damos dois cliques em qualquer lugar do objeto. O Slic3r tem algo que são os "ajustes individuais por objeto", que permitem fazer ajustes diferentes para vários objetos na mesa de impressão, como por exemplo infills diferentes. No nosso caso, estamos querendo associar cada objeto a um material, ou cor nesse caso. Acabamos selecionando a parte laranja do cone, como a janela mostra:

Clicamos no sinal de "+" verde abaixo da palavra "Extruder". Aparecerá uma lista desenrolável imensa para selecionarmos o ajuste específico. Vamos para cima e achamos o "Extruders > Extruder". Ele vem preenchido com o valor "default". Vemos o painel de materiais do lado e o filamento branco aparece primeiro, o que quer dizer que está no extrusor 1. Como o material que queremos é o filamento vermelho, selecionamos o extrusor 2.

Repetimos a operação para o segundo objeto:

Selecionamos "OK" e pronto, está terminado. O cone será impresso.

No Cura, o fluxo é um pouco diferente. Você importa as duas peças, e ele as dispõe automaticamente; uma vez importadas, selecionamos a ferramenta "per objects settings", que já mostra de cara a configuração do extrusor para modificarmos:

Deixamos a parte selecionada com o primeiro extrusor, selecionamos a segunda parte e mudamos o ajuste para o segundo extrusor. Agora só falta informar ao Cura que aquelas duas peças estão no mesmo sistema de coordenadas. A palavra-chave para isso é "merge", misturar. Selecionamos os dois modelos deixando a tecla shift apertada e clicando em cada um. Então clico com o botão direito em cima e escolho o "Merge Models" (Combinar Modelos, na versão em português):

Pronto! A visualização já mostra que os modelos estão com cores (extrusores) diferentes:

Podemos ainda pedir uma "confirmação adicional" fazendo a boa prática de sempre verificar o fatiamento. No caso do Cura, é clicando no olho e selecionando "Layers":

Pronto! Fatiamento de dupla extrusão pronto pra ser impresso.

No Simplify3D, o processo é facilitado com o "Assistente de Extrusão Dupla" (Dual Extrusion Wizard), que te guia nos passos. Simplesmente deixamos ativo o perfil da sua impressora de dupla extrusão e importe os dois STLs. Em seguida, selecionamos Tools → Dual Extrusion Wizard:

No diálogo a seguir, simplesmente escolhemos que objetos serão atribuídos a quais extrusores e selecionamos a opção "group and align models" para informar que eles estão no mesmo sistema de coordenadas:

Veremos uma peça que parece de uma cor só, porque a visualização do Simplify3D mostra assim. Mas veja que o cone aparece inteiriço, o que quer dizer que as duas partes foram colocadas no mesmo sistema de coordenadas.

Clicamos em "prepare to print" para fatiar, selecionamos as duas cores e veremos o resultado do fatiamento. Ainda não aparecem as duas cores diferenciadas; para aparecer, teremos que ir no painel à esquerda, "Show in Preview" e selecionar "Active Toolhead", para que o fatiador diferencie os extrusores ("toolheads") por cores.

Voilà! Dupla extrusão, exatamente como queríamos.