Att konstruera en 3D-skrivare

TVE-F 18 016

Examensarbete 15 hp Juni 2018

Att konstruera en 3D-skrivare

som tillämpar Binder Jetting-teknik

Erica Svensson

Maria Langkilde

Populärvetenskaplig sammanfattning

Att kunna skriva ut modeller i 3D med hjälp av 3D-skrivare är en växande marknad i dagens samhälle. Flera olika typer av skrivare har uppfunnits och är under utveckling.

I detta arbete har en 3D-skrivare som skriver ut med pulver konstruerats. Skrivaren är uppbyggd av delar i metall och plast som tillsammans bildar själva skrivaren. Andra tekniska komponenter så som motorer och kretskort driver skrivaren för att den ska kunna skriva ut en 3D-modell.

Arbetet bestod av att sätta ihop skrivarens byggdelar, tillverka kretskort, koppla elektronik samt att ladda över den programvara som skrivaren behöver för att kunna läsa de filer som beskriver hur skrivaren ska köra. Slutprodukten blev en skrivare som kan skriva ut på papper men som har några problem som måste lösas innan den klarar av att skriva ut med pulver i 3D.

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten

Besöksadress:

Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0

Postadress:

Box 536 751 21 Uppsala

Telefon:

018 – 471 30 03

Telefax:

018 – 471 30 00

Hemsida:

http://www.teknat.uu.se/student

Abstract

Att konstruera en 3D-skrivare som tillämpar Binder Jetting-teknik

Erica Svensson, Maria Langkilde

3D-skrivare är en allt vanligare syn i dagens samhälle. De flesta 3D-skrivarna skriver ut i plast men andra tekniker har också utvecklats, däribland Binder Jetting som är en teknik som används vid utskrifter i pulver. I detta arbete har en skrivare som tillämpar Binder Jetting-teknik byggts. Projektets mål är att kunna skriva ut enklare

3D-modeller. Arbetet bestod av att skruva ihop skrivarens alla delar i metall och plast, tillverka kretskort, koppla elektronik samt ladda över programvara till skrivaren. De kretskort som egentillverkades är specialdesignade för just denna modell. Det ena har som funktion att förstärka spänningen från 12V till 20V samt öka antalet utgångar från Megatronics-kortet. Det andra har som funktion att konvertera en kontakt från en utgång till en annan. Då skrivaren byggts ihop testades den genom att göra en utskrift i 2D. Vid testkörningen i 2D framkom det att bläckpatronen inte skrev ut något bläck.

För att lösa problemet påbörjades en felsökning. Det som undersöktes var bläckpatronen, kablar och de egengjorda kretskorten. Under felsökningens gång upptäcktes en kabel som glappade samt två feldragna ledningar på ett av kretskorten.

Efter att båda dessa problem blivit åtgärdade kunde skrivaren göra en utskrift i 2D.

Nästa steg var att fylla skrivaren med pulver för att testa att skriva ut en 3D-modell i form av en kub. Resultatet blev bläckfärgat pulver då bläcket inte höll ihop gipset.

Under slutet av utskriften blev utskriften även skev, det vill säga att varje lager försköts något, så de hamnade inte på varandra. Det kan bero på att stegmotorerna tappar kraft eller att något är fel med filen på SD-kortet som skrivaren hämtar information från. En vidareutveckling av skrivaren är att koppla upp den till wifi för att kunna skicka filer direkt till skrivaren utan att ha ett SD-kort som mellanhand. Ett långsiktigt mål är att utveckla skrivaren så att det kan skriva ut individanpassade läkemedel.

Innehåll

1 Inledning 1

1.1 Bakgrund . . . 1

1.2 Mål . . . 1

1.3 Teori . . . 1

1.3.1 Stegmotorer . . . 2

1.3.2 Endstops . . . 3

1.3.3 Megatronics-kort och Arduino . . . 3

1.3.4 Egentillverkade kretskort . . . 4

1.3.5 LCD-skärm och knappsats . . . 4

2 Utförande 4 2.1 Tillverkning av kretskort . . . 4

2.2 Montering av skrivarens byggdelar . . . 6

2.3 Koppling av elektronik . . . 7

2.4 Mjukvara . . . 8

3 Resultat 9 3.1 Utskrift på papper . . . 9

3.2 Utskrift i pulver . . . 11

3.3 Slutprodukt . . . 13

4 Diskussion 13 4.1 Förbättringar . . . 13

4.2 Vidareutveckling . . . 14

4.3 Användningsområden . . . 15

5 Appendix 17

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Det blir allt mer vanligt med 3D-skrivare. Den vanligaste modellen är en skrivare som lägger tunna lager av plast på varandra upprepande gånger och som på så sätt skapar en tredimensionell form. I och med detta har konstruktionen en höj- och sänkbar del som sänks vartefter ett nytt lager läggs på. Tekniken för 3D-skrivare utvecklas hela tiden och fler metoder har uppkommit. En av dessa är att använda sig av pulver istället för plast, och då används ofta tekniken Binder Jetting.

Tekniken Binder Jetting innebär att ett bindemedel appliceras över ett tunt lager pulver, vilket binder ihop pulvret och skapar ett fast lager. Därefter appliceras nästa lager av pulver och bindemedel och skrivaren bygger upp den tredimensionella modellen genom att upprepande gånger utföra denna process och skapa lager på varandra. Fördelen med att använda pulver och Binder Jetting är att det går att använda alla material i pulverform samt att metoden kan hantera komplex geometri.

1.2 Mål

Målet med detta arbete är som titeln syftar på Att konstruera en 3D-skrivare som tilläm- par Binder Jetting-teknik. Skrivaren ska kunna skriva ut enklare modeller i 3D med hjälp av gips och bindemedel. Ett långsiktigt mål är att utveckla skrivaren så att den kan skriva ut individanpassade läkemedel.

1.3 Teori

Denna rapport presenterar hur en 3D-skrivare som tillämpar Binder Jetting-teknik kon- strueras. Designen av skrivaren är gjord av holländaren Yvo de Haas och instruktionerna för att bygga den är hämtade från hans hemsida¹.

Skrivaren består av ett chassi gjort av aluminium, fästen i plast, en byggplatta i mitten samt en matarplatta på varje sida av byggplattan, åtta stycken värmeresisto- rer, sex stycken stegmotorer med tillhörande endstops, två egentillverkade kretskort, ett Megatronics-kort samt en LCD-skärm med tillhörande knappsats.

Byggplattan rör sig nedåt allt eftersom utskriften fortlöper för att ett nytt lager ska kunna läggas på och skapa en önskad modell. Matarplattorna rör sig uppåt för att mata ut pulver varje gång ett nytt lager läggs på. I och med att skrivaren är fylld med pulver vid start, samt att byggplattan rör sig nedåt, så byggs modellen upp omgiven av pulver. Detta är en fördel då modellen hela tiden kommer stöttas upp av det omkringliggande pulvret.

Under både byggplattan och matarplattorna sitter det fyra respektive två värmeresistorer.

Dessa har som syfte att värma upp pulvret så att det, tillsammans med bindemedlet, stelnar lättare.

Nedan beskrivs några av de andra komponenterna till skrivaren mer ingående.

1https://ytec3d.com/plan-b/

1.3.1 Stegmotorer

Stegmotorer består av två permanenta magneter, i form av kugghjul, som sitter ihop.

De är vridna så att topparna ligger omlott med alternerande polaritet. Magneterna kan rotera och de bygger upp den del av motorn som kallas rotor. Runt rotorn sitter fyra elektromagneter mittemot varandra, som i ett kors, se figur 1.[1]

Figur 1: Insidan av en stegmotor med rotorn i mitten och de fyra elektromagneterna på sidorna.

I detta projekt användes tvåfas-stegmotorer [4] där elektromagneterna, som sitter mittemot varandra, arbetar i par. När strömmen slås på induceras en spänning i ett av paren. Det skapar ett magnetfält kring elektromagneterna som då får olika polaritet.

Detta gör att kugghjulet vrider på sig ett steg eftersom den närmsta kuggen attraheras av elektromagneten. När kugghjulet har roterat slås elektromagneterna i nästa par på, som på sin tur får kugghjulet att rotera ytterligare. Paren fortsätter slå på och av växelvis så länge motorn kör.[1]

Motorns steglängd avgörs av hur tätt kuggarna sitter, tätare avstånd ger högre nog- grannhet. Det gör att det är enkelt att kontrollera hur många steg motorn ska ta och det går på så sätt att köra motorn med hög precision.[1]

Figur 2: Stegmotor som styr en av axlarna.

1.3.2 Endstops

De endstops som har använts är så kallade opto endstops. Opto endstops har en optisk sensor som är uppbyggt av ett infrarött ljus som stålar mot en ljussensor eller fototran- sistor. Om det infraröda ljuset stoppas, med till exempel en flagga, så kommer sensorn att rapportera ett avbrott. Med hjälp av det kan exempelvis motorerna få information om när en axel nått sin slutposition.[5] Det som har använts till denna 3D-skrivare är flaggor i metall som sitter på de fästen som rör sig. När fästena når sina slutpositioner så kommer alltså flaggorna nå endstopen vilket gör att flaggorna bryter ljusstrålen, sensorn rapporterar ett avbrott och motorn stannar.

Figur 3: Ett av endstopen som användes till skrivaren.

1.3.3 Megatronics-kort och Arduino

Det är vanligt att använda Megatronics-kort i 3D-skrivare. Det Megatronics-kortet som användes till denna skrivare är till och med optimerat för att kontrollera 3D-skrivare.

Megatronics använder sig endast av ett kretskort och är alltså en så kallad enkortsdator.

Skillnaden på en enkortsdator och en stationär dator är inte främst vad de kan göra, utan hur de är designade. Designen som är unik för en enkortsdator är att alla element som tillhör en komplett dator är utplacerade på ett enda kretskort.[6]

Microprocessorn i Megatronics-kortet kan bli programmerad så att den kan användas med Arduino-kod vilket gör att det är lätt att ladda upp mjukvara. Det är Arduino som har använts för all programmerad kod över hur skrivaren ska köra. Inbyggt i Megatronics- kortet finns också en funktion som kan mäta temperatur. Temperaturen mäts med en sensor som är fastsatt på byggplattan samt matarplattorna, vilket underlättar vid utskrift då det går att se vilken temperatur plattorna har efter uppvärmning av värmeresistorerna.

En annan funktion som också finns på Megatronics-kortet är en port för SD-kort som kan läsa txt-filer.[7]

1.3.4 Egentillverkade kretskort

Två stycken kretskort egentillverkades, ett lite större och ett mindre. Det stora kretskortet är designat för att utföra två uppgifter, dels att öka spänningen från 12V till 20V, dels att konvertera fyra pins på Megatronics-kortet till tolv pins för att kunna fästa en kontakt till bläckpatronen som kräver 12 pins.[3]

För att förstärka spänningen används en förstärkare. Förstärkaren är uppbyggd av en integrerad krets, resistorer, kondensatorer och en diod.[3]

För att konvertera fyra pins till tolv pins, och på så sätt kunna få kontakt mellan bläckpatronen och Megatronics-kortet, användes en demultiplexer.[3] En demultiplexer är uppbyggd av logiska grindar vilket gör att den kan omvandla en insignal till flera utsignaler, vilket i detta fall resulterar i att fyra ingångar blir till tolv utgångar.[2]

Det lilla kretskortets uppgift är att skapa kontakt mellan den vita flatkabeln som går ut från bläckpatronens behållare och kabeln som går från det stora kretskortet. Därför behöver kretskortet endast två olika komponenter. Dessa komponenter är två stiftlister med åtta stycken pins vardera, som löddes fast parallellt med varandra, samt en ffc- kontakt som kan klämma fast flatkabeln. Som tidigare nämnts behöver bläckpatronen anslutning till tolv pins samt en strömkälla, det gör att de är tre pins över som kan kopplas till ett endstop som är placerat på bläckpatronens behållare. Detta gjordes dock inte i det här projektet.[3]

1.3.5 LCD-skärm och knappsats

Knappsatsens uppgift är att kunna styra skrivaren genom att ha möjlighet att välja olika alternativ. Knappsatsen består av nio tryckknappar och en vridknapp. Knappsatsen är ihopkopplad med en LCD-skärm så att det även går att se de val som görs.

2 Utförande

För att uppfylla målet att bygga en 3D-skrivare delades arbetsprocessen upp i flera oli- ka steg. Dessa olika steg var att tillverka kretskort, skruva ihop byggdelar, ladda över mjukvara samt få skrivarens komponenter att fungera tillsammans. Nedan beskrivs dessa delar var för sig.

2.1 Tillverkning av kretskort

Två av kretskorten som användes till skrivaren är specifika för denna modellen, därav tillverkades de från grunden. Designen var dock redan klar, då den är gjord av Yvo de Haas. Första steget var att skriva ut designen av kortet på en vanlig skrivare. Den appli- cerades sedan på en plastskiva med ett tunt kopparlager genom att laminera utskriften på kopparen.

Figur 4: Utskriften, från en vanlig skrivare, på designen av kretskortet.

Därefter etsades kortet genom att lägga det i etsningsvätska. Etsningsvätskan gör att all koppar oxiderar förutom den koppar som skyddas av bläckdesignen som laminera- des dit. Bläckdesignen gnuggades sedan bort med hjälp av aceton och de kvarvarande kopparledningarna blev synliga.

Figur 5: Kretskortet i etsningsvätska.

Nästa steg i processen var att borra hål för komponenter samt förtenna kretskortet för att skydda kopparledningarna. Det var ett fel i designen som löstes genom att göra ett avbrott. Avbrottet gjordes genom att skära av ledningen med en kniv, och dra en ny tråd av tenn till rätt ställe, som kan ses i högra bilden uppe i vänstra hörnet i figur 7.

Figur 6: En borr med borrhuvud 0.9-1.1mm användes för att borra alla hål.

Sista steget i kretskortstillverkningen var att löda fast alla komponenter. För att be- stämma dess platser undersöktes en bild på Yvo de Haas kretskort. De komponenter vars plats inte kunde bestämmas utifrån hans bild fastställdes genom att jämföra kretsschemat med kretskortets ledningar. När komponenternas plats var säkerställd löddes de fast.

Figur 7: Kretskortet sett framifrån och bakifrån med alla komponenter fastlödda.

2.2 Montering av skrivarens byggdelar

För att underlätta arbetet hade vår handledare, Jonas Lindh, skrivit ut alla fästen i plast i en 3D-skrivare i förväg. Han hade även beställt alla delar i aluminium från verkstaden

på Ångströmlaboratoriet. Detta gjorde att fästena kunde skruvas ihop direkt utan att behöva vänta på utskriftstid. Delarna skruvades ihop genom att följa guiden som finns uppladdad på hemsidan².

Figur 8: I lådan ligger de utskriva delarna till skrivaren.

Stängerna, som fästena åker på, sågades och svarvades till rätt längd i verkstaden på Ångströmlaboratoriet.

2.3 Koppling av elektronik

Den första elektroniken som kopplades in till Megatronics-kortet var LCD-skärmen och knappsatsen. Det behövdes för att få resten av de elektroniska komponenterna på plats.

Till hjälp togs manualen för Megatronics-kortet för att hitta hur ledningarna skulle dras, samt figur 9 för att veta hur kontakten för LCD-skärmen och knappsatsen skulle kopplas in.

Nästa steg var att sätta fast värmeresistorer under bygg- och matarplattorna med hjälp av superlim och kylpasta. Under matarplattorna fästes ett par seriekopplade vär- meresistorer, det vill säga två stycken, och under byggplattan fästes två par seriekopplade värmeresistorer, det vill säga fyra stycken. Paren under plattorna parallellkopplades ihop med varandra och kopplades in på Megatronics-kortet.

Sladdarna till alla endstops behövde förlängas, vilket gjordes genom att löda fast längre sladdar och sätta krympslang över. Alla endstops kopplades därefter in på hänvisad plats enligt figur 9.

Nästa elektroniska komponent som kopplades in till Megatronics-kortet var motorerna.

De sattes först på sin ungefärliga position och kopplades därefter in. När motorerna var inkopplade kunde de sedan köras ner i respektive gängor av egen drivkraft. För att allt skulle gå ihop behövde även här en del sladdar förlängas, vilket gjordes på samma sätt som ovan. För att styra motorerna sattes sex stycken små kretskort, så kallade drivers, fast på

De sattes fast genom att först löda fast ben på kanterna, för att sedan kunna tryckas fast direkt på Megatronics-kortet. Under respektive driver satt tre stycken jumpers som reglerade motorernas steglängd. Två av dessa jumpers togs bort under varje driver för att ändra steglängden från sextondels- till fjärdedelssteg.

Därefter kopplades ett nätaggregat in mellan eluttaget och Megatronics-kortet för att reglera spänningen från eluttaget till 12V.

Till sist kopplades de två egentillverkade kretskorten in på respektive plats.

Figur 9: Megatronics-kort med beskrivning av var alla komponenter ska kopplas in.

2.4 Mjukvara

Koden som laddades över till Megatronics-kortet för att kunna köra skrivaren hämtades från hemsidan ytec3d.com³. Innan koden laddades över så ändrades ett antal värden enligt instruktionen på hemsidan.

Megatronics-kortet kan läsa kod i txt-format för önskade modeller som ska printas ut med skrivaren. Kod för olika modeller hämtades från internet i stl-format. Denna kod konverterades sedan till gcode med hjälp av slic3r, ett program som kan hämtas från internet⁴. Därefter skulle en särskild Plan B-konverterare, skriven i ett program kallat Qt creator, konvertera filen till anpassad Plan B-kod. Det gick dock inte helt, så en annan lösning var att spara gcode-filen i txt-format. Den slutgiltiga filen laddades över på ett SD-kort som användes till Megatronics-kortet. För tydligare förståelse se Appendix.

3http://ytec3d.com/plan-b-firmware/

4http://slic3r.org/

3 Resultat

För att testa skrivaren valdes en modell i form av en kalibreringskub som visas i figur 10 nedan.

Figur 10: Megatronics-kort med beskrivning av var komponenterna ska kopplas in.

Modellen laddades ner från en hemsida⁵ i stl-format, konverterades till txt-format och laddades sedan över till SD-kortet. Innan bläckpatronen sattes fast i sin behållare testkördes skrivaren med SD-kortet för att få en uppfattning om skrivaren kunde köra enligt rörelsemönstret som fanns kodat på kortet. När skrivaren körde igång upptäcktes det att skrivaren betedde sig konstigt och körde på helt fel ställe vid lager två. Första steget i en felsökning blev att hoppa över konverteringen i Qt creator. Skrivaren testkördes sedan igen, och då såg utskriften bra ut.

3.1 Utskrift på papper

För att undersöka om skrivaren var kalibrerad rätt, det vill säga att skrivaren skrev ut rätt mönster och att bygg- och matarplattorna rörde sig rätt avstånd enligt modellen, gjordes först en utskrift på papper. Ett vitt skrivarpapper placerades på byggplattan, bläckpa- tronen sattes fast och skrivaren startades. Det visade sig att bläckpatronen inte skrev ut något bläck alls. För att rätta till problemet felsöktes flera olika delar av skrivaren.

Till en början undersöktes bläckpatronen genom att mäta resistansen över munstyckena, vilken ska vara 60Ω. Resistansen var 60Ω över munstyckena så slutsatsen drogs att det inte var fel på bläckpatronen.

Därefter fortsatte felsökningen genom att kontrollera att kabeln, som går från det lilla till det stora egentillverkade kretskortet, satt åt rätt håll. Då påträffades att kontakterna inte var tillräckligt åtklämda kring sladdarna vilket gjorde att inte alla sladdar ledde ström. Detta åtgärdades genom att trycka ihop kontakterna i ett skruvstäd. Kabeln kopplades sedan fast på kretskorten igen. En ny utskrift gjordes men inte heller nu kom det ut något bläck.

Nästa åtgärd var att undersöka de egengjorda kretskorten. Med hjälp från Uwe Zim-

Arduino-kortet programmerades för att skicka ut pulser som liknar de pulser Megatronics- kortet på skrivaren skickar ut. Genom att läsa av oscilloskopet då pulserna går genom kretskortet upptäcktes det att pulserna inte förstärktes på rätt sätt. Detta berodde på att en komponent var felvänd samt att ett av benen i en av de integrerade kretsarna inte var kopplat till jord. Istället för att vända på den felvända komponenten så löstes problemet genom att kapa ledningen som var dragen till fel pin på den felvända komponenten och löda fast en ny ledning från samma komponent till rätt pin, samt att dra en ny ledning till jord från den pin som behöver jordas på komponenten, de omdragna ledningarna har blåa sladdar i figur 11.

Figur 11: Kretskort med omdragna ledningar.

De gamla lödningarna förbättrades samtidigt för att se till att alla komponenter hade kontakt. Även det lilla kretskortet testades genom att göra en spegelvänd kopia av kortet.

Det gav dock inget resultat så det spegelvända kortet användes inte.

Då ändringarna var gjorda kopplades kretskorten in igen och skrivaren kördes ytterli- gare en gång. Då kom ett tidigare problem tillbaka. Det visade sig att utan konverteringen i Qt creator så kom det bara ut bläck ur ett av munstyckena på bläckpatronen. Filen på SD-kortet ersattes därför med en annan grupps txt-fil, då deras konvertering i Qt creator fungerat. Skrivaren startades sedan återigen och resultatet av utskriften visas i figur 12 nedan.

Figur 12: Utskriften på papper.

Figur 12 visar att skrivaren skrev ut rätt mönster. Samtidigt som skrivaren skrev ut figuren mättes matarplattornas och byggplattans rörelse. Resultatet av mätningen var att plattorna hade rört sig för lite i jämförelse med hur stor modellen skulle bli. För att justera detta ökades värdet på Piston_steps_per_mm. Det ökade värdet beräknades genom att mäta hur långt plattorna rört sig och dividera den sträckan med antalet steg, alltså med det dåvarande värdet på Piston_steps_per_mm, för att få antalet steg per millimeter.

Sedan multiplicerades antalet steg per millimeter med den sträckan som plattorna borde rört sig, och på så sätt få plattorna att röra sig enligt modellen.

3.2 Utskrift i pulver

Det pulver som användes i utskriften var gips och det bindemedel som användes var bläck som redan fanns i bläckpatronen. Skrivaren förbereddes för utskrift genom att sänka matarplattorna och fylla på med gips vilket visas i figur 13. Gipset trycktes sedan till och jämnades ut med hjälp av en linjal.

Figur 13: De nedsänkta matarplattorna fylls på med gips.

När skrivaren var redo för utskrift startades den. Det första som skedde i skrivarpro- cessen var att byggplattan åkte ner ungefär en centimeter medan matarplattan åkte upp.

Spreadern spred sedan över gipset från matarplattan till byggplattan. Därefter printade bläckpatronen första lagret på byggplattan. När lagret var klart åkte bläckpatronen åt sidan, matarplattan närmast spreadern åkte upp och byggplattan åkte ner. Spreadern spred sedan ett tunt lager pulver över utskriften. Därefter återgick bläckpatronen till att skriva ut nästa lager med bläck. Denna process upprepades i 79 lager. Figur 15 visar när ett av lagerna skrivs ut.

Figur 15: Skrivaren gör en utskrift i pulver.

Under utskriftens gång upptäcktes flera problem. Första problemet var att spreadern inte spred ut jämna lager pulver över byggplattan. Pulvret var inte heller ordentligt tillplattat över hela ytan så det fanns små gropar som pulvret åkte ner i istället för att spridas ut. Vid flertalet lager skedde också ett motsatt problem, nämligen att spreadern drog med sig pulver från byggplattan och därmed drog med sig en del av utskriften. När ett antal lager hade skrivits ut upptäcktes också att bläckpatronens utskrifter blev mer och mer förskjutna, det vill säga att bläckutskrifterna inte längre hamnade på varandra.

Till sist så körde bläckpatronen så snett att den knappt printade på byggplattan. Då fick den också problem med att köra ut till sidan vilket gjorde att spreadern körde in i den.

Det resulterade i att utskriften avbröts efter 74 av 79 lager.

Bläcket och pulvret stelnade inte och sammanfogades då inte heller till en modell, utan det var främst färgat pulver som visade sig bland allt gips på byggplattan.

3.3 Slutprodukt

Den produkt som färdigställdes är en 3D-skrivare som fungerar för enklare utskrifter på papper. Skrivaren har fungerande Megatronics-kort, kretskort, motorer, endstops och värmeresistorer. Mjukvaran för konvertering av 3D-modeller fungerar i steg ett, då koden går från stl-format till gcode, men fungerar inte då gcoden ska konverteras till Plan B-kod.

Figur 16: Den färdiga skrivaren.

4 Diskussion

4.1 Förbättringar

För att få en fungerande 3D-skrivare behöver ett antal delar på skrivaren felsökas eller förbättras. Utskriften i pulver visar på flera moment som gick fel. Till att börja med så höll inte utskriften ihop. För att åtgärda detta kan man antingen skriva ut tjockare lager av bläck eller byta till ett bättre bindemedel, som till exempel nån typ av alkohol eller ZD-16 3D Clear Binder. Förmodligen skulle båda dessa åtgärder behöva göras för att få en stabil produkt. Dessa åtgärder är inte speciellt svåra att göra, bindemedlets lagertjocklek kan ökas i en inställning innan utskriften körs igång och bläcket kan bytas ut genom att öppna upp bläckpatronen, ta ut allt bläck och fylla på med nytt bindemedel.

Att utskriften blev skev, det vill säga att bläckutskrifterna inte längre hamnade på varandra, kan bero på flera saker. En anledning kan vara att stegmotorerna inte får till- räckligt med ström vilket leder till att de tappar steg. Detta är en trolig orsak då utskriften försköts bakåt, vilket tyder på att motorerna inte har tillräckligt med kraft för att köra

liten silvrig knapp på drivern som sitter på höger sida längst ner i mitten i figur 17, för att justera till önskad spänning.

Figur 17: Ett driver-kort, A4988 stepper motor driver, med potentiometer på höger sida längst ner i mitten.

Det kan också vara fel på txt-filen på SD-kortet, vilket leder till att skrivaren inte skriver ut rätt mönster. Att undersöka detta är dock mer komplicerat då det är svårt att analysera skrivarens rörelser utifrån koden. Visar det sig däremot att det inte är fel på motorerna så måste koden undersökas. Eftersom det har varit problem med Qt creator innan så kan man exempelvis testa att bara konvertera filen i slic3r. Skulle det visa sig att det är Plan B-konverteraren i Qt creator det är fel på så kan man skriva egen kod och bygga upp en ny konverterare. För tydligare förståelse se Appendix. En anledning till att Qt creator inte fungerade att använda för oss, men för en annan grupp, kan bero på att det finns flera olika versioner av Qt creator, och att olika versioner fungera olika bra med de filer som önskas skrivas ut. Alla grupper använde samma fil för kuben, men det var bara en grupp som fick det att fungera med Qt creator så det borde inte bero på koden i filen. En annan anledning till att Qt creator inte fungerade kan bero på om man har PC eller Mac.

För att optimera utskriften behöver skrivaren förberedas bättre. Pulvret behöver pac- kas hårdare och jämnare för att undvika att gropar uppstår medan skrivaren kör. För att öka hållbarheten på utskriften bör värmeresistorerna även sättas på en stund innan så att plattorna är varma från det att utskriften börjar.

Målet att kunna skriva ut enklare 3D-modeller är därmed inte uppfyllt. Det är dock inte långt borta då en felsökning av motorerna borde lösa ett av problemen och att byta ut bläcket mot ett bättre bindemedel borde lösa det andra problemet, vilket nämndes ovan.

4.2 Vidareutveckling

3D-skrivaren har stor utvecklingspotential. Något som vore intressant att testa och som skulle göra utskriftsprocessen mer smidig är att koppla en Raspberry Pi till skrivaren.

Raspberryn kan användas till att koppla upp skrivaren till wifi så att txt-filerna kan skickas direkt från datorn till skrivaren istället för att behöva ladda över filen till ett SD-kort.

För att öka precisionen på skrivaren kan stegmotorer som vrids med en mindre vinkel vid varje steg användas. Skrivaren skulle då bli noggrannare och skulle kunna skriva ut produkter med högre precision.

4.3 Användningsområden

En 3D-skrivare som skriver ut i pulver har stor potential till att skapa produkter som används i det vardagliga livet. Ett exempel är individanpassade läkemedel. Då det är dyrt att producera läkemedel i stor volym är det inte särskilt gynnsamt att anpassa substans- mängd efter individ. En 3D-skrivare kan då användas för att skriva ut ett färre antal piller vilket är bättre både ekonomiskt och för miljön. Vid tillverkning skulle skrivaren fyllas med den pulversubstans som utskriften ska vara gjord av, samt ett ätbart bindemedel.

Skrivaren skulle dock behöva vidareutvecklas en del innan det är möjligt.

Produkter som ska tillverkas med hög precision gynnas också av 3D-printing. Detta eftersom en 3D-skrivarens precision beror av pulvrets finkornighet samt hur små steg motorerna kan ta vilket gör skrivaren väldigt noggrann om man använder bra motorer.

Referenser

[1] Woodford, Chris. Stepper motors. 2018-01-10. http://www.explainthatstuff.com/

how-stepper-motors-work.html (Hämtad 2018-05-15)

[2] AspenCore. The Demultiplexer. 2018. https://www.electronics-tutorials.ws/

combination/comb_3.html (Hämtad 2018-05-16)

[3] Yvo de Haas. Electronics for Plan B. 2018-05. http://ytec3d.com/

plan-b-electronics/ (Hämtad 2018-05-16)

[4] RepRapPro AB Sverige. Nema 17 Stegmotor - 42BYGHW609. http://reprappro.

me/product/nema17-stegmotor (Hämtad 2018-05-15)

[5] RepRapWorld B.V. Opto endstop PCB TCST-2103 - Product Informa- tion. 2018. https://reprapworld.com/products/electronics/endstops/opto_

endstop/ (Hämtad 2018-05-15)

[6] RepRapWorld B.V. Megatronics v3.1 - Controller board (Arduino-compatible) - Product Information. 2018. https://reprapworld.com/products/electronics/

megatronics/megatronics_v3_1_fully_assembled/ (Hämtad 2018-05-15)

[7] RS Components Ltd. Single Board Computers Overview. https:

//uk.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=solutions/

single-board-computers-overview (Hämtad 2018-05-15)

5 Appendix

Figur 18: Flödesschema över hur stl-format kan konverteras med Slic3er och konverterare i Qt creator.