1. e-villen Prusa i3 tulostimen kokoaminen

[Lisäys 2.5.2017: Vuoden aikana ovat niin kehitys kuin oma tietämyskin lisääntyneet erityisesti slicereiden (viipaloitsijoiden) osalta. Entinen innovaatiojohtaja Slic3r on hiipunut Cura 2.4:n ja 2.5:n varjoon. Ne edustavat nyt parhaita vapaasti käytettäviä slicereita. Niissä on mukansa myös Acceseleration ja etenkin Jerk -säädöt, jotka ovat keskeisiä tulostuksen onnistumisessa eli tarttuvuudessa, ja tulosteen laadussa.
Nyrkkisääntö: Tässä blogissa mainitut kiihtyvyys (Acceseleration) säädöt ovat OK, mutta ota käyttöön Cura 2.5 ja säädä siellä kaikki Jerk-arvot puoleen niiden oletusarvoista.]

Joskus kevättalvella 2016 e-villen webbisivuille ilmestyi 3d-tulostin. Hinta alitti kipurajan ja perheneuvosto suhtautui asiaan myönteisesti. Muutaman viikon kuluttua e-ville kertoi reilusti, että suurempi tulostusalusta ja muutenkin teknisesti parempi tuote olisi saatavilla, jos tilauksen muuttaminen kiinnostaisi. Kyllä kiinnosti. Uusi tulostin piti vain itse koota, mutta se vain lisäsi mielenkiintoa Prusa i3 tulostinklooniin. Oli sopivasti aikaa tutustua 3d-tulostamiseen webin avulla.

Selvisi, että 3d-tulosteen teossa on kolme vaihetta:

• Ensin on mallin teko tai kopiointi webistä.
  Valmiita malleja löytyy mm. www.thingiverse.com. Kun itse tekee oman mallin, niin ilmainen ja helposti opittava SketchUp on hyvä valinta ohjelmaksi. Muitakin, tietty, on.
• Toiseksi on mallin muunto tulostettavaan muotoon.
  Ohjelmia, joita käytetään tähän kutsutaan slicereiksi, viipaloitsija. Nimensä mukaisesti ohjelma tekee mallista kerros kerrokselta viipaleet (yleensä 0.1 - 0.3 mm) ja tulostaa ne ns. g-koodiksi (käskyiksi, joita tulostin ymmärtää; samaa kieltä käytetään CNC-härveleissä).
• Viipalointi (slicerointi) ohjelmia on ainakin 16 käytössä. Repetier-Hostilla pääsee hyvin alkuun (linkki lataukseen on lahjoitusruutujen jälkeen hyvin kätkettynä). Muita ilmaisia ovat mm. Ultimakerin tekemät Curat. Niitä on kaksi sarjaa: 15-alkuinen on ns. karvalakkiversio. Sillä kannattaa aloittaa, koska siinä on vähemmän säätämistä kuin muissa. Pitemmälle kehitetyjä ja monimutkaisempia käyttää ovat 2-alkuiset Curat.  Ne antavat lukuisia lisämahdollisuuksia kontrolloida viipalointia ja siten tulostusta. Ehkä tärkeimmät ovat tarkemmat nopeuden ja lämmön säädöt kappaleen tulostamiseen. Esim. uloin reuna hitaammin kuin sisäosat ja ensimmäiset kerrokset (layer) korkeammalla lämmöllä kuin muut. Joku on väittänyt, että Cura on de facto standardi sliceri. Ei muuten pidä paikkaansa. Tämän väitteen esittänyt ilmeisesti kerjää pisteitä Ultimakerilta tai saa sieltä palkkansa.
• Hyvä kilpailija molemmille Curille on Slic3r tai jos on hyvin teknisesti orientoitunut niin IceSL (sliceri löytyy netistä vähän penkomalla, ranskalaista johdonmukaisuutta). Ne (varsinkaan IceSL) eivät ole ihan niin helppoja käyttää kuin karvalakki-Cura, mutta siinä on ominaisuuksia, joita ei vielä löydy Curan laajemmista versioista. Kun kokemus kasvaa, niin Slic3riin (tai IceSL:n) kannattaa tutustua. Itse hämmästyin, kuinka paljon slicerilla voi vaikuttaa tulostusaikaan ja lopputuloksen laatuun.
• Kaupallinen Simplity3D (maksaa n. 150€) on lyhyesti sanottuna (kirjoitettuna 😁) monipuolinen ja hyvä, jos ei paras. Siinä ovat tulostuksen jokseenkin kaikki hahdolliset parametrit säädettäviä. Ammattilaiset suosivat sitä, mutta jokainen voi miettiä, tuoko se edellisiin ilmaisiin ohjelmiin niin suurta parannusta, että olisi hintansa ja opettelunsa väärtti (ainakaan harrastuskäytössä).

• Kolmannessa vaiheessa slicerin tuottama tiedosto lähetetään 3d-tulostimelle joko pc:ltä tai jos tulostimessa on SD-kortin paikka, niin sitten sen avulla. PC:hen on ilmainen  ja monipuolinen Repetier-Host tulostuksen ohjailutyökalu. Sen ohje, kuten slicereiden, vaatii oman sivunsa tässä blogissa, joten jatkuu...

Tulostin tuli luvattuna aikana ja sitten kokoamaan.

Ensiksikin kiitos e-villelle hyvästä tuotteesta ja erityisesti selkeistä ohjeista. Kaikki tarvittavat ruuvit, mutterit, osat ja johdot olivat mukana ja löysivät ilmeisesti myös oikean paikkansa. Tosin jotkut ovat arvostelleet ohjeita niukoiksi ja pilkun lähempään tarkasteluun viehtyneet ovat huomautelleet painovirheistä ja muista niin kovin oleellisista seikoista (sarkastinen ilmaisu). 

Itse pidin ohjeista. Ensin oli kuvat ja tarkenteet tarvittavista osista sitten lopputuloksen kuva. Ajatteluprosessianalyytikot sanoisivat, että tyypillinen konvergenttia ajattelua vaativa juttu, siis selkeä. Paria muovi- tai metalliosaa ja  joitain pultteja on vaikea saada kiinni kovin monella tavalla. 

Seuraavaksi on joitain huomioita prosessista.

Kokoaminen

Itseltäni meni reilusti enemmän aikaa kokoamiseen kuin ohjeen 12 tunnin arvio. Melkein heti ensimmäisen tulostimen perään kokosin toisen. Se sujui jo huomattavasti nopeammin. Asiaan varmaan vaikutti seuraavat seikat:

• eniten se, etten ollut koskaan nähnyt luonnossa yhtään 3d tulostinta ja siksi piti ensin pähkäillä mitä olin tekemässä
• käytin johdotukseen enemmän aikaa, koska poikkesin
  
  - laitoin uudet virtajohdot kiertämään kehyksen takakautta profiilin urassa ja z-akselin stepperin johdot profiilin alapuolen urassa nippusiteillä (helpottaa härpäkkeen siirtelyä, kun johdot eivät roiku alapuolella ilman tukea)
  
  - pätkin stepperien ja rajakytkinten johdot sopivan mittaisiksi (sitten kun tiesin, minkä mittaiset olisivat sopivia, liitokset kolvasin ja kutistesukka päälle), johon näpertelyyn meni toki aikaa, mutta lopputulos on selkeä (?)
  
  - tuulettimiin laitoin yhtenäiset johdot. Vaikka palasista koottu johto jääkin piiloon, niin tuntui mukavammalta... Myöhemmin laitoin tuulettimille yhteisen virtajohdon
  
  - lisäsin yläparren alauraan pätkän 12 v led-nauhaa, jonka kytkin virtalähteen vapaaksi jääneeseen syöttöön (virta päällä lampuksi), myöhemmin lisäsin vielä pätkät ledinauhaa tuulettimien alle, niin mustastakin filasta näkee, mitä tulostuu. Sittemmin huomasin, että jokseenkin kaikkiin Prusa i3 klooneihin on ilmestynyt ledit.

• lasilevyn reunat kannattaa hioa, tavallinen 120 Mirkan paperi toimii hyvin hiontapalikan ympärillä. Pari pyörivää vetäisyä n. 45 asteen kulmassa riittää per särmä ja kulma. Lasiliikkeet taitavat käyttää lyhennettä TSH (terävä särmä hionta).
• mukana tulee borosilikaattilasilevy, koska ko. materiaali kestää lämpöä (esim uunivuoka). Tulostimen filamentin eli tulostuksen raaka-aineen, filan,  lämpö on suuttimesta tullessan n. 200 astetta, mutta massaa on vähän ja sekin jäähtyy nopeasti. Olen käyttänyt myös 3-4 mm ikkunalasia, enkä ole huomannut käytännön eroa borosilikaattiin

Noudatin muuten ohjetta. Kokoamisohjeen pdf versio löytyy e-villen sivuilta. Siinä on johdotuksesta värikuva, josta selviää miten päin mikäkin johto tulee. Prusan avoimeen (lue: villiin) maailmaan kuuluu, että netistä löytyy myös muita jokseenkin samanlaisia kuvia, joissa tosin värit ovat eri päin.

Käyttöönotto (kalibrointi)

Kun sitten tarkistin vielä johtojen kytkennät, oli aika laittaa virta päälle. Elektroniikan pyhää sinistä savua ei näkynyt ja tuulettimet alkoivat pyöriä, joten sähköpuolen kytkennät näyttäisivät olevan aikalailla kohdallaan. Saatoin siirtyä kalibrointiin. 

 Ja sitten itse kalibrointiin, joka on tässä yhteydessä perus- ja toimintasäädöt.

Curassa ja Repetier-Hostissa on parametrejä (muutettavia asioita, jotka vaikuttavat ohjelman toimintaan) runsaasti. Googletuksella niiden merkityskin alkoi valjeta. Eipä aiemmin ollut skirt, brim yms tullut mikrossa vastaan, vaikka muuten tuttuja juttuja ovat. Laitoin e-villen ohjeen mukaan arvot paikoilleen. Ohjeet olivat mielestäni edelleen muuten riittävät, mutta pari lisää säädettävä juttu tuli myöhemmin vastaan.

Tärkein lisäkorjaus eepromiin on kiihtyvyydet. Oletusarvot on tehty joidenkin ohjusten tarpeisiin. Aluksi saattaa hämätä (kuten minua), että eri puolilla Prusa i3 runsasta dokumentaatiota  webissä käytettään eri yksiköitä kiihtyvyydestä. Selkeyden vuoksi käytän tässä samaa yksikkö, kuin eeprom. Siellä oletusarvona sekä X että Y akseleille on 9000. Ne pitää korjata arvoon 1000, muovinsyöttö (extruder E)  600. Sama vaikutus tulee, jos lisää rivin 

M201 X1000 Y1000 E600

slicerin aloituskoodiin (Start), jossa se säilyy seuraavia tulosteita varten. Esimerkki alla on karvalakki-Curasta (Cura-K). Cura 2.3.1 on kehitys mennyt tässä kohtaa väärään suuntaan. Cura2:ssa koodi pitää muuttaa printterin profiilitiedostoon .json (jos aiot puukottaa tiedostoa, niin ota siitä ensin kopio talteen ihan vaan varmuuden vuoksi...).

Start gcode avautuu (kuvia pätkitty)

Cura-K:n käynnistysrituaalia ohjataan yllä olevalla g-koodilla. Alustustoimien jälkeen sammutetaan filan jäähdytyspuhallin (e-villen Prusassa ei ole erillistä puhallinta pedin pintaan) komennolle M107. Sen jälkeen tulee suosittelemani lisäysrivi alkaen M201-komennolla. Sitten ajetaan suutin 0-kohtaan (home, origo on asetettu pedin vasempaan alakulmaan). Suutin nostetaan korkeuteen 15 mm komennolla G1 Z15.0 F(travel_speed). Filan laskuri nollataan komennolla G92 E0. Lopuksi purskutetaan "alkuläjä" filaa. Jos pää on kuuma, filaa tihkuu hissukseen. "Alkuläjän" tarkoitus on täyttää suutin. Oletus on 3 mm. Se periytynee Ultimakerin 2,85 mm filan mukaan ja on liian vähän 1,75 mm filalle. Arvoksi kannattaa laittaa esim. E10 tai E15.

Koodit löytyvät mm Reprapin G Code sivulta, jos jaksaa kahlata sitä riittävän piiitkälle (kirjoitusvirhe tässä kohdassa tahallinen), koodeja riittää reilusti. Itse laitoin sen kuvan mukaisesti Cura-K:n ekan M107-rivin jälkeen (jolla rivillä ei siis ole e-villen Prusa i3:ssa käyttöä, muttei haittaakaan 😉 ). Lisäyksen paikalla ei ole juuri merkitystä. Tulostus rauhoittui ja laatu nousi reilusti.

Toinen tärkeä sääto on Retraction eli pään nosto pedistä ja filamentin takaisinveto suuttimesta, kun se siirtyy paikasta toiseen eikä purskuta filaa. Molemmat hidastavat hieman tulostusta. Cura-K:n advanced-välilehdellä on filan takaisinveto (2-5 mm) ja Expert config-ikkunassa on pään nosto, johon riittää joku 0.3-0.5 mm.  Kehittyneemmissä slicereissa on mukana myös parametrejä, jotka ohjaavat pään reittiä. Jos slicerissa on ruutu: Avoid printed Parts when Traveling (tai vastaava), niin ruksi siihen.

Langan syötön kalibrointi meni ohjeen mukaan. Tosin mukana tullut PLA pätkä alkoi huveta ripeää tahtia, joten samaan tilaukseen laittamani lisäkelat tulivat käyttöön. e-villen neljän värin filapaketti on kilohinnaltaan suunnilleen samaa kuin muidenkin ns. laatufilojen, johon kategoriaan e-villen filat kuuluvat. Niiden tasokkaan Ingeo perusmuovin tekee NatureWorks (NE, USA), jolla on tehdas myös Thaimaassa (mikä selittää sen, että kaukoidästä löytyy heidän tuoteittaan). Neliväripaketti on siitä mukava, että pääsee kokeilemaan eri värejä edullisesti. Sittemmin e-ville on lisännyt värien lisäksi myös mielenkiintoisen erikoisfilojen paketin. Palaan siihen myöhemmässä blogissani.

Pedin ja pään kalibrointi ei mennyt itseltäni ihan putkeen. Kun painoin Reperier-Hostin nuolia, pää liikkui nuolen suuntaan, mutta home-nappula (pikkunen mökin kuva) siirsi väärään suuntaan. Stepperien johtojen kääntäminen vaihtoi vain suunnat, mutta ongelma säilyi. Kytkimellinen jatkojohto on hyvä valinta, saa nopeasti virran pois yhdellä kädellä (suosittelee nim. Kolinaa Kuunnellut). Arduinosta ei itselläni ollut aiempaa kokemusta, joten turvauduin poikani apuun, jolle se oli tuttu juttu. Runsaassa tunnissa ongelmakohta löytyi ja poistetut home-invert-komennot sekä flassäys auttoivat. Kyseessä on ilmeisesti joku kovon ja pehmon versioiden välinen konflikti. Nykyisin flassäyksen ohje on jo e-villen sivuilla LCD-paneelin kohdalla.

Ensimmäinen testiboxi meni syheröksi. Ei tarttunut lasiin oletuslämmöillä. Kokeilin eri lämpöjä ja paria maalarinteippiä (ilman karhennusta) ja lopputuloksena oli joko syheröä tai sitten reilua warppausta (tuloste käpristyy kulmista), kappaleen irtoamista kesken tulostuksen ja vielä runsaampaa syheröä. Lämmöt ja/tai pään etäisyys (tai joku muu parametreista) ei ollut selvästikään kohdillaan (ns. fiksu huomio).

Googlen (mielestään) viisaat kertoivat, että pää pitää kalibroida hyvin lähelle petiä. Olin vääntänyt korkeusruuveja niin, että A4 kopiopaperi mahtui kevyesti liikkumaan pedin ja pään välissä. Se taisi olla liikaa. Muutin korkeutta niin, että paperi liikkui iinä ja iinä, mutta suutin ei vielä rutistanut paperia. Se auttoi, mutta PLA ei silti tarttunut kunnolla lasiin. Korkeus, lämpötilat, ilmanpaine, Saturnuksen kuut tai jotkut muut mystiset seikat eivät olleen kohdillaan. Tässä vaiheessa tulostuksen opettelua Googlen em. viisaat liputtavat 3m Blue maalarinteippiä. Sitä ei löytynyt lähimain (on hintavampaa kuin muut). Harkitsin sen sijaan tavallisen teipin karhennusta.

Vaimoni (töissä lasiliikkeessä) toi palan etsattua lasia (karkaisematonta). Kokeilin sitä 70/220 asteella ja annoin pedin lämmetä hetken "ylimääräistä", koska kyseessä oli 4 mm lasi. En löytänyt netin viisailta mainintaa etsatusta lasista. Se tuntuu kuitenkin olevan toimiva ratkaisu ainakin PLA käytössä. Testibox tarttui tiukasti kiinni ja tulostus onnistui hyvin. Tosin osa skirtin langoista häipyi, mutta se meni pölyn, sormenjälkien tms. piikkiin (vissiin). Myöhemmin samoilla lämmöillä tulostus onnistui lasillekin, kun pedin kulmat oli säädetty tarkemmin.

Luovuin etsatun lasin ja teippien käytöstä, kun olin oppinut (kantapään kautta), että tarttuvuuteen vaikuttaa kolme seikkaa

• lasin puhtaus, Sinol ulkoisesti käytettynä auttaa
• filamenteissa (tulostusmuoveissa) on eroja jopa saman merkin eri värit toimivat eri lämmöillä
• (tulostus)pään etäisyys lasista !!!

Näistä kolmesta puhtaus on välttämätön. Yksi CSI tutkijan mielestä hyvä sormenjälki tuhoaa tulosteen. Filalla on pienin osuus (nyt tarkoitan vain PLA-muovia). Suurin ja tärkein vaikutus on pedin säätö suhteessa tulostuspäähän. Vaikka netistä löytyy repullinen jos toinenkin ohjeita teipeistä, hiuslakasta, liimasta ja erikoispinnoitteista (Kapton, PEI, BuildTak yms), niin lasille voi onnistuneesti tulostaa PLA:lla kun ja vain kun korkeussäädöt ja lämmöt ovat kohdallaan. Korkeussäätö on hankalan tarkka, koska kulmissa on 3 mm pultit, joiden yksi kierros vastaa 0.5 mm korkeuden muutosta. Z-yleissäädössä on tiheäjenkainen pultti, jonka nousu 0.35 mm. Eli kun tavoitteena on 0.1 mm rako tulostuspinnasta, niin kulmissa 1/10 osa kierrosta (0.05 mm) pielessä riittää pilaamaan tulostusyrityksen, joten mielikuva  kierroksen 1/16 osaan ja 1/32 osaan jakamisesta johdattaa oikeaan suuntaan. 3m:n tavallinen maalarinteippi tai vastaava karhea teippi (kun pyyhkii pinnalta vahan tenulla) auttaa ja sitä kannattaa aluksi käyttää, niin pääsee nopeammin sinuiksi laitteen kanssa. On ihan normaalia ja turhauttavaa saada aluksi tulostumaan vain filamössöä. Siitä jokainen kuitenkin aloittaa, jos kehtaa tunnustaa. 3m sinisen, jota pidetään parhaimpana teipeistä, pinta on voimakkaasti krepattua paperia. Se tarjoaa tavallista maalarinteippiä suuremman tarttumispinnan ja antaa siten anteeksi osan korkeudensäätövirheistä. Sininen on vain turhan kallista suhteessa hyötyyn. Teippien ongelmana on se, että ne auttavat vain pariin kolmeen tulosteeseen samalla paikalla. Kai rösöt tasoittuvat tms, sitten on edessä teippauksen uusinta.

Ensimmäiset virrat laitoin päälle lauantaina. Sunnuntaina projektikin lepäsi, maanantai meni säätämisessä (ja filamössössä) ja tiistaina tulostui sitten jo ensimmäinen pieni testikuutio em. etsatulle lasille. Olin itsekin yllättynyt, kuinka sujuvasti homma hoitui lukuunottamatta Arduinon flassäystä. Ilman pika-apua siihen, olisi mennyt aikaa Arduinon opiskeluun. Itse flassäys on nykyisin ohjeilla selkeää ja helppoa. 

Hienosäätöä, kokeilua ja virittelyä kyllä riittää vieläkin, mutta sehän kuuluu asiaan. SketchUpin, Curan ja Repetier-Hostin seurassa vierähtänee vielä tovi jos toinenkin. Mielenkiintoinen Uusi Maailma tämäkin.

VAROITUS! 3d tulostin koukuttaa ja pahasti.

PS. Tiedoksi kaikille, joiden esteettistä silmää Arial teksti häiritsee. Tämä häiriö on tahallinen, ettei huomio kiinnittyisi oleellisiin seikkoihin.