Makerbot -pikamallilaite

[size=150]Makerbot?[/size]

Makerbot on edullinen 3D-tulostin . Se käyttää ns. FDM (Fusion Deposition Model)-tekniikkaa, jossa muovimalli muodostetaan sulattamalla muovilankaa 3D mallista generoitujen ratojen mukaisesti. Raaka-aineena kappaleille Makerbot käyttää ABS -muovilaatua.
Makerbotin perustuu avoimeen Reprap-projektiin, jonka ideana on mahdollisimman halpa pikamallilaite joka pystyy ‚ÄĚmonistamaan‚ÄĚ itse√§√§n tulostamalla suuren osan siin√§ k√§ytetyist√§ osista. Toinen Makerbotin mahdollistama tekij√§ on avoin Arduino-mikrokontrolleri, jolla ohjataan X,Y ja Z ‚Äďliikkeiden ohjainkortteja ja sit√§ kautta Nema 17-askelmoottoreita. Laitteen virransaannista huolehtii 400 W ATX-virtal√§hde, Makerbotin runko koostuu laserleikatusta vanerista sek√§ suurempaa tarkkuutta vaativissa osissa on k√§ytetty akryylilevy√§. X- ja Y-akseleiden johteina ovat 6,3 mm akselit ja liukulaakerit sek√§ Z-liikkeen ‚ÄĚkuularuuvina‚ÄĚ toimii kierretanko. Akselik√§yt√∂t toimivat hammashihnoilla.

Makerbot.JPG

Edellä mainitut tekijät mahdollistavat hinnan osalta lähes jokaiselle mahdollisuuden omaan pikamallilaitteeseen. Tämän projektin tärkeimpänä tavoitteena oli testata laitetta ja saada sitä kautta selville, onko siitä haastamaan kaupallisia laitteita ja miten sitä voitaisiin parantaa. Toissijaisena tavoitteena oli pilotoida Optima-oppimisympäristön käyttöä tuotekehityshankkeessa sekä CoRD-hankkeen tuottamia projektihallintadokumentteja.

Laitteen hankkiminen

Käyttämämme laite hankittiin Robomaasta ja laitteen lisäksi hankittiin sekä 0,5mm että 0,25mm kokoiset valmiiksi käämityt pursotuspäät.

Kokoonpano

Makerbot -pikamallilaitteen kokoonpano ja testaus suoritetaan Oulun seudun ammattikorkeakoulussa oppimisprojektina. Koko laitteen kokoamisen arvioitu kesto ensikertalaiselta, perustuen blog.makerbot.com -sivustolta saatuihin tietoihin, on noin 10 tuntia. Kokoaminen eriteltiin kymmeneen eri vaiheeseen; Rungon kokoaminen, z -akselin kokoaminen, y -akselin kokoaminen, x -akselin kokoaminen, xy -akselien asennus, z -akselin asennus, ohjauselektroniikan asennus ja kytkentä, MakeGear BigHead Plastruder v2.0 -pursotuspään kokoaminen, laitteen kalibrointi sekä testiajo. Kokoamiseen käytettiin wiki.makerbot.com -sivuston ohjeita.

Koko laitteen kokoamiseen kului siis kolmen ensikertalaisen ryhmältä suunnitellun
9h 40min sijasta 5h 11min. Kokoamisprosessia nopeutti huomattavasti se, että yksi henkilö luki ohjeita ja näin ollen keräsi tulevia vaiheita varten osat valmiiksi ja neuvoi kahta kokoonpanijaa mitä tuli tehdä.

Laitteen mukana tuli kaikki tarvittavat työkalut ja osat olivat yhteensopivia keskenään. Joitain virheitäkin oli; muutamien hammaspyörienakselireikää täytyi hioa suuremmaksi, muovinsyöttömoottorin kiinnitysalusta puuttui yksi kiinnitysreikä ja Z-tason johteet, eli kierretangot, olivat hieman kieroja. Nämä asiat varmasti heijastuvat laitteen tarkkuudessa.
Yksi huomio oli myös se, että laitteen mukana ei tullut minkäänlaisia käyttö- tai kokoamisohjeita. Ilmeisesti tekijät luottavat asiakkaittensa löytävän kokoamisohjeet heidän Internet -sivuiltaan.

Kalibrointi

Ennen pikamallilaitteen ensimmäistä käyttöönottoa tuli laite kalibroida kohtuullisen työjäljen saavuttamiseksi. Kalibrointi suoritettiin wiki.makerbot.com -sivuston ohjeiden mukaisesti . Kalibroinnissa tarkistettiin akseleiden liikesuunnat, johteiden sulava toiminta ja testiajo.
Kalibrointia varten ladattiin ReplicatorG -ohjelma ja asennettiin, jolla pikamallilaitteen kalibrointi onnistui. Lisäksi täytyi asentaa 3D -mallin viipalointiohjelma Skeinforge, joka sisältyy Python -ohjelmaan. Latauslinkit löytyvät aiemmin mainitulta asennusohje -sivulta.

Testaus

Kalibroinnin jälkeen oli aika tehdä testiajo. Ensimmäinen testiajo suoritettiin täysin default -parametreilla ja tulos oli sen mukainen:

Ensiajo.JPG

Testiajon aikana huomattiin pursotuspään liikkeen Z -akselin suunnassa olevan liian hidasta. Säädettävät parametrit löytyvät ReplicatorG:n työpöydältä Generate Gcode - Edit ja tässä tapauksessa alavalikosta Speed. Extrusion diameter over thickness ratio arvoksi muutettiin 1,3, feedrate arvoksi 25mm/s PWM:n ollessa 255 ja Layer thickness arvoksi sama kuin pursotuspään koko (tässä tapauksessa 0,5mm).
Näillä parametreilla saatiin kohtuullista työjälkeä ja asetusten säätö jatkuu varmasti vielä pitkään ja ne täytyy hakea jokaiselle pursotuspään koolle erikseen:

Parempi.JPG

Jatkokehitys

Ilman perusteellista laitteen asetuksiin tutustumista ja niiden muokkaamista ei pikamallien laatu ole l√§hell√§k√§√§n tavoiteltua. Koska laitteelle ei ole helposti saatavilla olevia valmiita ‚ÄĚperusasetuksia‚ÄĚ, laitteen kalibrointiin kuluu todella paljon aikaa. Asetusten merkityst√§ eik√§ my√∂sk√§√§n ‚ÄĚavainasetuksia‚ÄĚ l√∂ytynyt helposti, vaan ne piti etsi√§ eri sivuilta ja siihen kului paljon aikaa.

Ymm√§rrett√§v√§√§ on, ett√§ koska asiakkaat kasaavat laitteet itse, jokainen pikamallilaite on yksil√∂. Siit√§ huolimatta pikamallilaitteessa on selke√§t ‚ÄĚavainasetukset‚ÄĚ, joita muokkaamalla p√§√§st√§√§n suhteelliseen hyv√§√§n ty√∂j√§lkeen. N√§iden erittely ja selitys olisi hyv√§ olla wiki.makerbot.com -sivuilla.

Pikamallien laatuun vaikuttaa heikentävästi myös laitteen komponenttien mittatarkkuus. Vanerin ollessa pikamallilaitteen rungon päämateriaali, ei materiaalin käyttäytymisen takia voida välttyä pieniltä valmistusvirheiltä… Pursotusalusta, jolle pikamalli pursotetaan, oli täysin kiero. Näin ollen pikamallien pohjapinta jää aina vinoksi.

Z-suunnan johteina toimivissa kierretangoissa esiintyi taipumaa. Jokaisen neljän johteen ollessa taipunut, aiheutuu mittatarkkuudessa virheitä X- ja Y-akseleiden suunnissa. Tämä vaikeuttaa mm. pystysuorien seinämien ja tarkkojen kulmien valmistusta.

Pursotettavan materiaalin ja pursotusalustan lämpötilaerosta aiheutuu pursotettavan pikamallin reunojen irtoaminen pursotusalustasta. Reunojen taipuminen ylöspäin aiheuttaa virheitä työnjäljessä ja joissain tapauksissa koko pursotettava pikamalli irtoaa alustasta, jolloin pursotus epäonnistuu täysin. Tämä ongelma korjattiin käyttämällä pursotusalustana Stratasys Dimension FDM-pikamallilaitteen solumuovialustaa.

Yhteenveto

Kokonaisuudessaan Makerbot Cupcake -pikamallilaite on hinta/laatu -suhteeltaan erittäin hyvä 3D-tulostin varsinkin harrastelijakäyttöön. Laite soveltuu erityisesti siihen, kun tarvitaan pikamalleja nopeasti, eikä laatu ole avainasemassa. Lyhyesti sanottuna Makerbot on vaimojen painajainen ja tee-se-itse -miesten unelmalaite.