Como melhorar as impressoras 3D FDM low-cost

Até alguns anos atrás, as únicas alternativas para começar no mundo da impressão 3D eram adquirir uma impressora doméstica comercial, cujo custo era em muitos casos inacessível, ou adquirir as peças e componentes necessários para montar uma impressora 3D a partir do projeto RepRap, em forma de kit ou separadamente. Essa última opção era realmente acessível, mas exigia alto conhecimento e experiência em montagem, programação e calibração para obter bons resultados. Essa foi uma barreira significativa para muitos usuários cujo objetivo era apenas iniciar o processo de impressão 3D e não o processo de construção e calibração da impressora 3D.

Imagem 1: Impressora RepRap Mendel. Fonte: reprap.org

No entanto, isso mudou. Atualmente, é possível comprar impressoras 3D FDM pré-montadas e pré-configuradas a preços realmente baixos. Marcas como Creality, Tevo, Anycubic, Artilharia ou Geeetech produzem impressoras simples e prontas para uso com preços abaixo de € 500 e, em alguns casos, até abaixo de € 300.

Uma grande parte desse tipo de impressora 3D geralmente é de qualidade muito baixa, com falhas comuns e, em muitos casos, praticamente inutilizável; no entanto, existem alguns modelos que alcançaram uma excelente relação custo-benefício e monopolizaram boas críticas nos redes.

Imagem 2 Impressora Ender 3. Fonte: creality3dofficial.com

Modelos como o Ender 3 e o CR-10s da Creality ou o Sidewinder X1 da Artillery tornaram-se a porta de entrada para o mundo da impressão 3D para muitos usuários e, embora possam ser as opções ideais para iniciar, em breve muitos usuários iniciam estar ciente das limitações desse tipo de impressora.

Redução de custos e limitações.

Apesar do bom custo-benefício de algumas dessas impressoras 3D, é inevitável que, para obter preços tão baixos, seja necessário sacrificar a qualidade de certos componentes.

Em geral, os principais pontos fracos dessas impressoras são os seguintes:

• A qualidade e estabilidade do quadro.
• A qualidade das bases de impressão.
• O hotend.
• A extrusora.

Alguns proprietários deste tipo de impressora, que desejam dar um salto para impressões mais complexas ou materiais mais avançados, acham que sua impressora 3D não é capaz de atingir as temperaturas certas ou que sua extrusora não é capaz de puxar corretamente um material flexível. Nesses casos, surge a questão de dar um salto para uma impressora de maior qualidade, com o alto investimento envolvido, ou renunciar ao uso de outros tipos de materiais e se contentar com a qualidade atual.

Imagem 3: E3D original e bico clone. Fonte: Hackaday.com

No entanto, existe uma solução intermediária: tente melhorar os pontos fracos e atualizar certos componentes principais da impressora com outros de alta qualidade, como os usados ​​em impressoras de ponta. Dessa forma, a qualidade da impressão pode ser substancialmente aprimorada e a gama de materiais disponíveis pode ser expandida.

A qualidade e estabilidade do quadro ou estrutura

Em geral, os quadros dessas impressoras geralmente são leves e, em alguns casos, não são muito robustos. Isso é especialmente pronunciado nos mais econômicos, onde em muitos casos o uso de componentes estruturais de plástico é abusado.

Imagem 4: Geeetech i3. Fonte: geeetech.com

Isso implica que é impossível obter altas velocidades e acelerações sem causar vibrações que afetam a qualidade da impressão. Talvez este seja um ponto fraco menos importante, pois, conhecendo a limitação de velocidade de cada impressora 3D e mantendo a velocidade de impressão abaixo, as vibrações serão quase inexistentes e a qualidade da impressão será boa. Também é possível melhorar a robustez da impressora 3D usando peças impressas ou melhorar a estabilidade ancorando a impressora 3D em uma base sólida que minimize as vibrações.

Qualidade da cama de impressão

Nem sempre maior significa melhor. Quanto maior o volume de impressão em uma impressora, mais importante é usar componentes de alta qualidade. Talvez onde isso possa ser visto com mais clareza esteja na estação de impressão. Atualmente, muitas dessas impressoras incluem uma base feita de uma folha de alumínio com 2 ou 3 mm de espessura com uma folha de plástico em sua superfície. Enquanto em uma base inferior a 25 cm, o nivelamento da chapa de alumínio é geralmente bastante bom, em impressoras 3D de grande formato com bases de 40 cm ou 50 cm, as bases geralmente apresentam um nivelamento fraco, especialmente naquelas com espessura inferior a 4 ou 5 mm. Nesse caso, mesmo que estejam perfeitamente nivelados, geralmente aparecem problemas de aderência ou impossibilidade de imprimir em toda a base.

O mais aconselhável é ser realista sobre o tamanho de impressão necessário antes de comprar uma impressora e optar pelo menor tamanho que atenda às nossas necessidades. Na maioria dos casos, uma base de 20 cm x 20 cm ou 25 cm x 25 cm é mais que suficiente.

No entanto, há momentos em que uma impressora de grande formato é realmente necessária ou até encontramos uma base pequena com pouca planicidade. Nessas situações, a solução é bastante simples e barata. Para melhorar uma base de baixa qualidade, você pode comprar um cristal do tamanho da nossa base e colocá-lo diretamente em cima da base. Os cristais geralmente têm um nivelamento quase perfeito, muito superior às bases de alumínio. Além disso, para alcançar a base perfeita, podemos colocar uma folha original ou PEI Buildtak em sua superfície que garantirá a melhor aderência das peças.

Imagem 5: Base de aderência do BuildTak. Fonte: Buildtak.com

Outra opção muito interessante para melhorar as bases de impressão até 310 mm é instalar uma base magnética de alta qualidade, como o BuildTak FlexPlate ou a base Ziflex. Esses tipos de bases não apenas melhoram o nivelamento e a aderência da base original, mas também facilitam a remoção das peças impressas.

Imagem 6: Base flexível Ziflex. Fonte: Zimple3D.com

The Hotend

A maioria dessas impressoras usa clones de baixa qualidade de hotends renomados, como o E3D V6 e o ​​Volcano E3D. Embora esteticamente possam parecer iguais, internamente eles não têm nada para fazer. Ao contrário dos hotends V6 originais, esses clones não são All-Metal, mas o filamento é conduzido através de um tubo de PTFE de baixa qualidade. Isso, juntamente com o fato de a refrigeração dos hotéis não ser, em muitos casos, ideal, implica que essas impressoras estão limitadas a materiais de impressão com temperaturas de impressão abaixo de 260 ºC. Além disso, a probabilidade de atolamentos e de Heat Creep é multiplicada em comparação com um hotend de alta qualidade.

Imagem 7: V6 original vs clone. Fonte: spiritdude.wordpress.com

Outras impressoras como a Creality usam hotend próprio e, embora seja um componente de boa qualidade, ainda é um modelo básico limitado ao uso de materiais com temperaturas de impressão abaixo de 255 ºC.

Imagem 8: Hot Creality Original. Fonte: creality.com

Atualizar o hotend de uma impressora barata pode ser uma das melhorias mais importantes que podem ser feitas, no entanto, também pode ser uma das mais complexas. Quando o hotend serial é um clone de uma das marcas reconhecidas, como E3D ou Slice Engineering, a melhor opção é simples e consiste em substituí-lo pelo seu equivalente original. Isso não apenas implica a melhoria do uso de um hotend de alta qualidade, mas também abre as portas para o fornecimento de todas as peças de reposição e acessórios de cada ecossistema, algo de grande importância a longo prazo, se você quiser avançar no mundo da impressão 3D . Nesse caso, a única complicação é a necessidade de modificar o firmware da impressora quando o termistor for substituído. É importante saber se a impressora que queremos atualizar permite modificações no firmware; caso contrário, será necessário manter o termistor serial.

Nos casos em que a hotend é propietario, o processo pode ser complicado. Na ausência de um equivalente de alta qualidade que permita fácil substituição, pode ser necessário reprojetar e produzir novas peças para acomodar um hotend E3D ou Slice Engineering. Esse processo pode ser muito complicado para muitos usuários.

Imagem 9: Adaptação do mosquito a um Ender 3. Fonte: thingiverse.com/brotherchris

No entanto, isso é simplificado para os usuários das impressoras Creality 3D e outras impressoras 3D que usam o mesmo hotend, como o Tevo Tornado, TronXY X5S, Alfawise U20 ou Lotmaxx SC-10.

A marca americana MicroSwiss desenvolveu um hotend totalmente metálico de alta qualidade totalmente compatível com o hotend Creality. Esta hotend permite imprimir facilmente filamentos com temperaturas de até 285 ºC, consiste em um heat break de titânio grau 5, um dissipador de calor de alta qualidade e um bico de latão niquelado. Além disso, oferece uma ampla gama de nozzles compatíveis em vários materiais e diâmetros.

Imagem 10: MicroSwiss Hotend All Metal para impressoras Creality. Fonte: Microswiss.com

Extrusora

Muitas dessas impressoras usam clones de extrusora de alta qualidade, no entanto, como no caso anterior, embora a aparência seja semelhante, o desempenho é muito menor. A atualização da extrusora é provavelmente a melhoria mais importante, junto com o hotend, e a que pode afetar mais a qualidade final da impressão. Por outro lado, em muitos casos, pode ser o mais complexo e o que exige mais investimento.

Aqui três situações podem ocorrer:

• Impressoras extrusoras diretas
• Impressoras extrusoras Bowden
• Impressoras extrusoras Bowden convertidas em diretas

Impressoras com extrusora direta.

Este caso é semelhante ao dos hotends. Se a impressora possuir um clone de uma marca reconhecida, como Titan Aero ou Bondtech BMG, a melhor opção é o seu equivalente original. No entanto, nesse caso, você deve ter mais cuidado e garantir a compatibilidade. Ao contrário dos hotends, onde na maioria dos casos as dimensões são iguais ao equivalente original, pode haver diferenças de projeto nas extrusoras que impossibilitam a substituição direta. A maioria das marcas, como E3D ou Bondtech, fornece planos e medições de suas extrusoras em suas páginas da Web, e é fácil encontrar modelos precisos dessas extrusoras nos principais repositórios de arquivos 3D. Recomenda-se medir a extrusora da impressora 3D e compará-la com o original para garantir que ela possa ser facilmente substituída.

Imagem 11: Clone do Titan Aero. Fonte: Aliexpress.com

Quando a extrusora tiver seu próprio design, será necessário adaptar o carro da impressora. Os projetos podem ser encontrados nos principais repositórios de arquivos 3D para adaptar extrusoras de qualidade como o Titan Aero às impressoras mais comuns, como algumas da Creality. Caso seja necessário projetar um novo carro, pode ser uma boa opção substituir a extrusora original pelo novo E3D Hemera, seu sistema de montagem em T-Slot integrado facilita a integração em qualquer impressora.

Vídeo 1: Sistema de montagem E3D Hemera. Fonte: e3d.com

Em qualquer caso, alterar a extrusora em muitos casos implica modificar as etapas por mm no firmware, portanto, devemos ter certeza de que podemos fazê-lo. Se o firmware da impressora não puder ser permanentemente modificado, o comando M92 deverá ser adicionado ao código g da impressora com a configuração da etapa apropriada.

Impressoras extrusoras Bowden.

Este é provavelmente o caso mais simples. Sendo fixado em um ponto, é realmente fácil fazer um suporte adaptado a uma extrusora específica. Nesse caso, a melhor opção é substituir a extrusora padrão por uma Bondtech BMG original.

Para a maioria dos proprietários de impressoras Creality e Tevo Tornado, o processo é ainda mais fácil. A Bondtech possui uma versão do seu renomado BMG especialmente adaptado para essas impressoras.

Imagem 12: Extrusora Bondtech para impressoras Creality. Fonte: Bondtech.com

Como no caso anterior, pode ser necessário modificar a configuração das etapas por mm do firmware.

De qualquer forma, se a extrusora é substituída ou não, o que sempre deve ser atualizado é o tubo de descarga. Substituir o tubo de PTFE padrão por um Capricorn XS é uma modificação simples, barata e muito mais importante do que você imagina. Ter um tubo curvo com diâmetro interno apertado e baixo atrito melhora muito a precisão e a consistência da extrusão. Se combinarmos uma extrusora Bondtech BMG com um tubo bowden Capricorn XS, obteremos um dos melhores sistemas bowden existentes no mercado atualmente.

Imagem 13: Tubo de PTFE atual versus Capricorn XS. Fonte: Captubes.com

Impressoras extrusoras Bowden convertidas em diretas

Na maioria dos casos, é a opção mais complexa. Além da necessidade de redesenhar completamente o carro para encaixar uma extrusora direta e modificar o firmware para adaptar as etapas por mm, ao modificar a posição da extrusora, é necessário estender o cabo do motor.

Para os usuários de impressoras bowden, é a melhor atualização possível, embora possa ser um processo muito complexo, reservado apenas para os usuários mais experientes.
No entanto, como nos casos anteriores, os usuários das impressoras Creality têm várias opções para realizar essa conversão de maneira rápida e fácil, graças à Bondtech e à Microswiss. Atualmente, existem três extrusoras diretas compatíveis com as impressoras Creality:

MicroSwiss

A MicroSwiss, além de suas impressoras Hotend All Metal for Creality, também oferece uma extrusora DDG de alta qualidade. É uma extrusora leve feita inteiramente de alumínio usinado. É compatível com o hotend original da Creality, no entanto, a melhor opção para aproveitar ao máximo a impressora é combiná-la com o renomado MicroSwiss Hotend All Metal. A instalação desta extrusora é realmente simples e requer algumas etapas, além de ser a opção mais barata.

Imagem 14: Extrusora MicroSwiss para Creality. Fonte: Microswiss.com

Bondtech DDS

É uma das opções mais profissionais e completas. Consiste em um cabeçote completo, composto por uma extrusora Bondtech BMG e um hotend V6 original. Tudo completamente montado e conectado. Esta atualização permite ter uma extrusora direta com alguns dos melhores componentes atualmente no mercado, com a vantagem de poder instalá-los com facilidade e rapidez. Além disso, permite o uso de todos os componentes do sistema V6, mais completos que o Mk8, que é padrão. Nesse caso, também é necessário modificar as etapas por mm do motor da extrusora no firmware.

Imagem 15: Extrusora DDS para impressoras Creality. Fonte: bondtech.com

Bondtech DDX

É a nova extrusora direta para impressoras Creality. É a opção mais versátil dos três. Como o anterior, ele é baseado em uma extrusora Bondtech DDX adaptada, mas, neste caso, não incorpora o hotend, mas é diretamente compatível com o próprio Creality. Além disso, permite que os renomados hotends Slice Mosquito e Copperhead sejam utilizados por meio de um kit de adaptação. Combinado com um desses dois hotends, é provavelmente um dos sistemas de extrusão direta mais avançados disponíveis atualmente, a par dos encontrados em muitas impressoras profissionais.

Imagem 16: Extrusora Bondtech DDX. Fonte Bondtech.com

Para muitos usuários de impressoras low-cost que desejam avançar explorando novos materiais ou melhorando a qualidade de suas impressões, a atualização de certos componentes de sua impressora pode ser a melhor opção sem ter que investir na compra de uma impressora 3D semi-profissional ou profissional. A simples atualização do conjunto da extrusora e da hotend pode melhorar consideravelmente a qualidade, bem como experimentar materiais anteriormente inviáveis ​​ou usar novos bicos com diâmetros de 0,25 mm a 1,5 mm.

Essas opções são especialmente interessantes para os proprietários de impressoras da marca Creality, pois possuem a mais ampla variedade de opções e também a melhor compatibilidade.