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Imamuraの日記

2015-09-07(月)

デルタ式3Dプリンタキットの出力不良を改善した2点

| デルタ式3Dプリンタキットの出力不良を改善した2点を含むブックマーク デルタ式3Dプリンタキットの出力不良を改善した2点のブックマークコメント

3Dプリンタのキットを作って、動くようにはなったが出力が安定しない。時間を見つけていろいろやっていた。

これが
f:id:Imamura:20150906091829j:image
こうなった
f:id:Imamura:20150906092619j:image

樹脂の吐出不良の原因はエクストルーダではなくノズルにあった

最初の写真のように出力物がスカスカになってしまうのは、ひも状のフィラメントをホットエンドに送り込む量が少ないと考えた。とするとフィラメントを送るエクストルーダまわりに問題があるのだろう。

改善のためにしたこと
  • フィラメントを押さえるレバーの力を調整
    • レバーをばねで押さえるのをやめると、フィラメントを抜き差しするたびにねじの調整が必要になり面倒かとも思った。しかし最終的にちょうどよい加減になったとき、フィラメントを押さえる力はかなりマイルドであり、手でフィラメントを抜き差しできる程度だった。これならフィラメント交換のときもねじの調整はいらない
  • エクストルーダのドライブギア(ホブドギア)を交換
  • エクストルーダとエフェクターを結ぶPTFEチューブ、および両端につくワンタッチ継手を交換
  • フィラメントスプールの改良
    • こんな方式のを使用中
      f:id:Imamura:20140701171835j:image
    • これだとフィラメントスプールの回転抵抗が大きすぎるのかもしれないと考えた。しかしフィラメントをスプールからある程度引き出し、スプールの回転抵抗をゼロにしても状況が変わらない。よってこれは無関係と判断した

結論としては、これらの調整や交換はどれもあまり意味がなかった。エクストルーダがフィラメントを送る力が弱すぎるのだと思い込んでいろいろやったが、ネックとなっていたのはそこではなかった。

フィラメントはホットエンドで溶かされノズルから出てくる。フィラメントがホットエンドで速やかに溶けなければ、ノズルから出てくる樹脂の量は期待より少なくなる。ここが問題なのかもしれないと思い至って、ノズルを掃除することにした。

ノズルの径は0.4ミリ。これより細い0.28ミリの針金を買った。近所のホームセンターでは20メートルで80円だった。

f:id:Imamura:20150907215342j:image

ホットエンドの温度を上げて(LCDコントローラの[Prepare]−[Preheat PLA]、もしくはRepetier-Hostの「プリンタ操作」タブからホットエンドの赤い/がついているアイコンクリック)エフェクター側のPTFEチューブを抜いてフィラメントを抜き取り、ノズル側から針金の先を入れていく。ホットエンドの上に顔を出した針金にはフィラメントの樹脂が少しだけくっついていた。

そしてこのあと、出力は嘘のように安定したのだった。変わったことといえば、ホットエンドの温度を上げたときノズルから少し樹脂が垂れてくるようになった。このくらいがちょうどいいようだ。

Replicator 2だと安定して出力できているときでも樹脂もれはなかった。自作キットでもがんばって調整すればそこまでいけるのかもしれない)

RAMPS 1.4とフルグラフィックLCDコントローラの組み合わせはデルタ式3Dプリンタに向かない

※10月26日追記:そんなことはなかった。下のほうの追記を参照のこと。

フルグラフィックLCDコントローラの取り付けについて
Full Graphic Smart Controller フルグラフィック・スマート・コントローラー - 3Dプリンター作る!(http://3dp0.com/full-graphic-smart-controller/

出力物はスカスカではなくなったが、あちこちに小さなダマのようなものがついている。

Thingiverseにある「Rook」を80%サイズで出力
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(出力サイズを80%にしたのはフィラメントを節約するため。80%サイズだと消費するフィラメントは単純計算で0.83=0.512、つまり約半分ですむ)

これはどういうことでしょう。3Dプリンタの動作をよく見ていると、エフェクターの動きがスムーズでない。ウィーンと動くべきところでウー、ウー、ウィーンとなる感じでわずかに息つぎがある。ノズルが出力物に触れている時間がほんの少し長いだけだが、その短い時間にノズルから出る樹脂で出力物に余分なダマがついてしまうようだ。

そういえば、デルタ式の3Dプリンタは計算量が多いから制御基板の処理能力が追いつかないことがあるとどこかで読んだ。どこだっけ。ここだ。

デルタは1つのGコマンドを複数の細かな移動に変換するため、ファームウェアの処理能力が間に合わなくなると、ヘッドの動きが途切れ途切れになる。プリント速度を遅くすれば処理が間に合うようになるのだが。。根本的にこの問題を解決するのには制御ボードをより高速なボードに置き換えるしかないだろう。

Rostock miniの製作(7)-テストプリント- - なんでも作っちゃう、かも。

息つぎが出るときの出力速度は40ミリ/秒であり決して速くはない。Replicator 2では60ミリ/秒が標準的でありこのくらいの速度を常用したい。

いま使っているのは3Dプリンタの制御基板としてごく一般的な、Arduino MEGA 2560とRAMPS 1.4の組み合わせである。「より高速なボード」にはSmoothie(http://smoothieware.org/)やmomoinololu(http://itcorp24.blogspot.jp/2013/05/momoinololu.html)がある。上の引用元である「なんでも作っちゃう、かも。」のarms22さんはそのあとSmoothieクローンを作ったとのこと。

10月26日追記
ここから下の変更は実は不要だった。Marlinの「configuration.h」にある「DELTA_SEGMENTS_PER_SECOND」を200から50に減らすと息つぎがなくなった。(解説の例:「K800/Marlin設定ファイルの編集」http://shimanagasi.fc2web.com/k800/k800marlin.html

制御基板を交換せずになんとかならないかなと思って見つけたのが以下。本体に取り付けるLCDコントローラをテキストタイプからフルグラフィックタイプに変更した方の記事。

デルタ型プリンターはアームの位置計算のために複雑な計算を多数行う為、これにグラフィカルな表示の処理まで加えると、Arduinoの様な非力なCPUでは処理が追い付かなくなってしまうらしい。

(…)

プリント中は表示処理を止めてしまえばプリント精度が上がるかもしれない。

デルタ型3Dプリンター出来るかな ディスプレイ換装編 | Cafe Cappuccino

ということでこの記事を参考に「ultralcd.cpp」を修正、出力中の情報表示をオフにした。ついでに起動時や動作時の画面も変えてみようと、やはり上の記事を参考にドット絵をちくちく作って変更した。

元の絵はこんな感じ
f:id:Imamura:20150907155503p:image
3倍に拡大すると
f:id:Imamura:20150907155504p:image

画像を変換するソフト「Bitmap converter for mono and color LCD displays」(http://en.radzio.dxp.pl/bitmap_converter/)の設定は以下のように。

f:id:Imamura:20150905020351p:image

これで以下のような文字列を得られた(出力結果から改行を一部省略しているがこのまま使える)。これを「DOGMbitmaps.h」に転記。

0x39, 0x87, 0xC7, 0xC7, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x33, 0x3B, 0xB3, 0xB3, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,0x27, 0x1B, 0x39, 0x39, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0F, 0x87, 0x39, 0x39, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,0x07, 0x61, 0x39, 0x39, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x23, 0x79, 0x9B, 0x9B, 0xC3, 0xFF, 0xFF, 0xFF,0x31, 0x83, 0xC7, 0xC7, 0x3C, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0xE7, 0x7F, 0xFF, 0xFF,
0x81, 0x07, 0x03, 0xFD, 0xE7, 0xBF, 0xFF, 0xFF, 0xF3, 0x33, 0x39, 0xF8, 0xFF, 0x1F, 0xFF, 0xFF,0xE7, 0x39, 0x39, 0xF8, 0x5A, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xC3, 0x39, 0x39, 0xF0, 0xC3, 0x0F, 0xFF, 0xFF,0xF9, 0x39, 0x03, 0xF0, 0x81, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0x39, 0x33, 0x3F, 0xE1, 0x42, 0x87, 0xFF, 0xFF,0x83, 0x07, 0x3F, 0xC3, 0x00, 0xC3, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xC3, 0xFF, 0xC3, 0xFF, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x86, 0x00, 0x61, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x86, 0xC3, 0x61, 0xFF, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0D, 0xC3, 0xB0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0D, 0xC3, 0xB0, 0xFF, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFE, 0x1B, 0xC3, 0xD8, 0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFC, 0x07, 0xC3, 0xE0, 0x3F, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFC, 0x1F, 0xC3, 0xF8, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x3F, 0xC3, 0xFC, 0x1F, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x7F, 0x81, 0xFE, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xF0, 0x7F, 0x42, 0xFE, 0x0F, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xF0, 0xFE, 0xC3, 0x7F, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xE0, 0xFC, 0x7E, 0x3F, 0x07, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xE1, 0xFC, 0xBD, 0x3F, 0x87, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xC1, 0xF8, 0x66, 0x1F, 0x83, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0x83, 0xF8, 0x5A, 0x1F, 0xC1, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x87, 0xF0, 0xC3, 0x0F, 0xE1, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0x07, 0xE0, 0xFF, 0x07, 0xE0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0F, 0xE1, 0x81, 0x87, 0xF0, 0xFF,0xFF, 0xFE, 0x0F, 0xC1, 0x7E, 0x83, 0xF0, 0x7F, 0xFF, 0xFE, 0x1F, 0x80, 0xFF, 0x01, 0xF8, 0x7F,0xFF, 0xFC, 0x1F, 0x83, 0xFF, 0xC1, 0xF8, 0x3F, 0xFF, 0xF8, 0x2F, 0x07, 0xFF, 0xE0, 0xF4, 0x1F,0xFF, 0xF8, 0x6F, 0x0F, 0xFF, 0xF0, 0xF6, 0x1F, 0xFF, 0xF0, 0xDE, 0x0F, 0xFF, 0xF0, 0x7B, 0x0F,
0xFF, 0xF0, 0xBC, 0x1F, 0xFF, 0xF8, 0x3D, 0x0F, 0xFF, 0xE1, 0xBC, 0x1F, 0xFF, 0xF8, 0x3D, 0x87,0xFF, 0xE3, 0xD8, 0x3F, 0xFF, 0xFC, 0x1B, 0xC7, 0xFF, 0xD6, 0x50, 0x7F, 0xFF, 0xFE, 0x0A, 0x6B,0xFF, 0xBD, 0x60, 0x7F, 0xFF, 0xFE, 0x06, 0xBD, 0xFF, 0xBB, 0xB0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0D, 0xDD,0xFF, 0xBD, 0xD9, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x9B, 0xBD, 0xFF, 0x76, 0xE8, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x17, 0x6E,
0xFF, 0x63, 0x1C, 0x1F, 0xFF, 0xF8, 0x38, 0xC6, 0xFF, 0xB7, 0xFF, 0xDF, 0xFF, 0xFB, 0xFF, 0xED,0xFF, 0xBE, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7D, 0xFF, 0xDE, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7B,0xFF, 0xE6, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x67, 0xFF, 0xE0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07,0xFF, 0xF0, 0x7D, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xBE, 0x0F, 0xFF, 0xF0, 0x25, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xA4, 0x0F,
0xFF, 0xF8, 0x16, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x68, 0x1F, 0xFF, 0xF8, 0x1A, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x58, 0x1F,0xFF, 0xFC, 0x23, 0x0F, 0xFF, 0xF0, 0xC4, 0x3F, 0xFF, 0xFC, 0x3F, 0xEF, 0xFF, 0xF7, 0xFC, 0x3F,0xFF, 0xFE, 0x70, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x7F, 0xFF, 0xFE, 0xF0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0F, 0x7F,0xFF, 0xFF, 0x70, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0xFF

起動時や出力中にこういう画像が出てくるようになった。

f:id:Imamura:20150907222056j:image

Pの字がかぶっているのは直そう。

あとLCDコントローラの画面をきれいに撮影するのはとても難しい、というか無理でありPhotoshopでいろいろがんばったが実物の色合いを再現できなかった。

出力時のLCD表示のオン/オフで動作がどう変わるか、動画で比較してみた。15秒。

下の写真は左がLCDをオフにしてから出力したもの。右が従来のLCDオンでの出力。

f:id:Imamura:20150906094157j:image

見事にダマは出なくなった。

25ミリの立方体(ふたのない箱、壁は厚さ2ミリ)を出力してみた。積層厚は0.2ミリ、ヘッドの移動速度は40ミリ/秒、内部の充填率は10%。これで出力時間は約20分。

f:id:Imamura:20150906095347j:image

このくらいの精度が出ていれば自分としてはいい感じ。しかし上には上がある。

左はLCDオフで出力したもの。右がReplicator 2で出力したもの。

f:id:Imamura:20150906094209j:image

同じフィラメントを使っていても、Replicator 2での出力は壁がつるつるであり精度の次元が違う。このデルタ機でここまできれいに出せるようになるものだろうか。あとすぐできることといえば、上部フレームを少し持ち上げてベルトのテンションを上げるくらいか。でもそれをしたらファームウェアを再調整しなければならずちょっと面倒だ。

次はヒーテッドベッドを組み込んでABS樹脂を出力できるようにしたい。そうなれば結局ファームウェアの再調整をすることになるから、そのときベルトのテンションも上げよう。

追記:さっそく変更

f:id:Imamura:20150908150749j:image

ドット絵はついついのめり込んでしまう。「Printing...」は「Heating...」にした。

これに変えた
f:id:Imamura:20150908150247p:image
3倍に拡大するとこう
f:id:Imamura:20150908150248p:image
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x9C, 0xC1, 0xC3, 0xC3, 0x81, 0x3F, 0xFF, 0xFF,0x99, 0x9C, 0x99, 0x99, 0x9F, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0x93, 0x9C, 0x9F, 0x9F, 0x9F, 0x3F, 0xFF, 0xFF,0x87, 0x9C, 0xC1, 0xC1, 0x83, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0x83, 0x9C, 0xFC, 0xFC, 0x9F, 0x3F, 0xFF, 0xFF,0x91, 0x9C, 0x9C, 0x9C, 0x9F, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0x98, 0xC1, 0xC1, 0xC1, 0x81, 0x03, 0xFF, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x9C, 0xC3, 0xE3, 0xE3, 0xFE, 0xFF, 0xFF, 0xFF,0x99, 0x9D, 0xD9, 0xD9, 0xF9, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0x93, 0x8D, 0x9C, 0x9C, 0xF7, 0xDF, 0xFF, 0xFF,0x87, 0xC3, 0x9C, 0x9C, 0xEE, 0xEF, 0xFF, 0xFF, 0x83, 0xB0, 0x9C, 0x9C, 0xEE, 0xEF, 0xFF, 0xFF,0x91, 0xBC, 0xCD, 0xCD, 0xC7, 0xC7, 0xFF, 0xFF, 0x98, 0xC1, 0xE3, 0xE3, 0x84, 0x43, 0xFF, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x8B, 0xA3, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x08, 0x21, 0xFF, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xF1, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0x18, 0x30, 0xFF, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0x34, 0x58, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFC, 0x2C, 0x68, 0x7F, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x0C, 0x60, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x7C, 0x7C, 0x3F, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xF0, 0xFC, 0x7E, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xF0, 0xFC, 0x7E, 0x1F, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xE1, 0xFC, 0x7F, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xE1, 0xFC, 0x7F, 0x0F, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xC3, 0xFC, 0x7F, 0x87, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x83, 0xF8, 0x3F, 0x83, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x87, 0xF4, 0x5F, 0xC3, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0F, 0xEC, 0x6F, 0xE1, 0xFF,
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x0F, 0xE7, 0xCF, 0xE1, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0x1F, 0xC6, 0xC7, 0xF0, 0xFF,0xFF, 0xFF, 0xFC, 0x1F, 0x85, 0x43, 0xF0, 0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFC, 0x3F, 0x88, 0x23, 0xF8, 0x7F,0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x1F, 0x1F, 0xF1, 0xF0, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xF8, 0xDF, 0x00, 0x01, 0xF6, 0x3F,0xFF, 0xFF, 0xF0, 0xBE, 0x0F, 0xE0, 0xFA, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xF1, 0xBE, 0x3C, 0x78, 0xFB, 0x1F,
0xFF, 0xFF, 0xE1, 0x7C, 0xF3, 0x9E, 0x7D, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xC3, 0xB9, 0xCF, 0xE7, 0x3B, 0x07,0xFF, 0xFF, 0xB6, 0xDB, 0xBF, 0xFB, 0xB6, 0x9B, 0xFF, 0xFF, 0xBD, 0x57, 0x7F, 0xFD, 0xD5, 0x7B,0xFF, 0xFF, 0xB6, 0xA6, 0xFF, 0xFE, 0xCA, 0xDB, 0xFF, 0xFF, 0x63, 0x70, 0x7F, 0xFC, 0x1D, 0x8D,0xFF, 0xFF, 0x77, 0xFF, 0x7F, 0xFD, 0xFF, 0xDD, 0xFF, 0xFF, 0xBE, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFB,
0xFF, 0xFF, 0xCE, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xE7, 0xFF, 0xFF, 0xE0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0F,0xFF, 0xFF, 0xE1, 0x9D, 0xFF, 0xFF, 0x73, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xE0, 0x8D, 0xFF, 0xFF, 0x62, 0x0F,0xFF, 0xFF, 0xF0, 0x2E, 0xFF, 0xFE, 0xE8, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xF0, 0x16, 0xFF, 0xFE, 0xD0, 0x1F,0xFF, 0xFF, 0xF0, 0x07, 0x7F, 0xFD, 0xC0, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xF0, 0x4B, 0xBF, 0xFB, 0xA4, 0x1F,
0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x25, 0xC7, 0xC7, 0x48, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xF8, 0x3A, 0xF8, 0x3E, 0xB8, 0x3F,0xFF, 0xFF, 0xF8, 0xC8, 0x7F, 0xFC, 0x26, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xF9, 0xFF, 0x9F, 0xF3, 0xFF, 0x3F,0xFF, 0xFF, 0xFD, 0x80, 0x03, 0x80, 0x03, 0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFC, 0x80, 0x00, 0x00, 0x02, 0x7F,0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

追記:もうちょっと変更

気に入らないところが2ピクセルだけ見つかり修正。どこでしょう。

これに変えた
f:id:Imamura:20150911150035p:image
3倍すると
f:id:Imamura:20150911150036p:image
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続き
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