Escaneamento e Impressão 3D

Tarefa em Grupo

Veja a página da tarefa em grupo

Tarefa individual

Testar as regras de projeto da(s) sua(s) impressora(s) (projeto em grupo)
Projetar e imprimir em 3D um objeto (pequeno, de poucos cm) que não poderia ser feito por usinagem (subtrativa)
Escanear um objeto em 3D (e, opcionalmente, imprimir)

Resultados de aprendizagem:

Identificar as vantagens e limitações da tecnologia de impressão e de escaneamento 3D
Aplicar métodos de projeto e processos de produção para mostrar o que você entendeu.

Você:

Descreveu o que aprendeu testando as impressoras 3D
Mostrou como projetou e fez seu objeto e explicou por que ele não poderia ser feito de forma subtrativa
Escaneou um objeto
Descreveu os problemas e como resolveu
Incluiu seus arquivos de projeto e fotos de destaque (‘hero shots’) do escaneamento e do objeto final

Fluxo da semana

Tarefa da semana: Testar a impressora → Projetar um objeto → Imprimir o objeto → Escanear um objeto → Imprimir o objeto escaneado (opcional)

Ferramentas usadas

Impressora 3D Delta
Impressora 3D Mini
Paquímetro
Agulha de 0,4 mm
Cola UHU

Softwares Usados

Repetier Host
Slic3r
SolidWorks
Autodesk ReMake (hoje parte do ReCap Photo)

Arquivos gerados/usados

Arquivo STL do teste: modelo de teste de impressora 3D do Thingiverse
Arquivo de G-code: todo o G-code da semana gerado a partir dos arquivos STL e do modelo da pedra escaneada
Arquivo do SolidWorks: página do projeto do modelo 3D de um organizador de fios usado numa CNC que construí
Arquivo STL da corrente: arquivo STL gerado a partir do arquivo do SolidWorks

Preparação das impressoras
Impressora que projetei e construí alguns anos atrás.
1. Para começar o teste, preparei as impressoras limpando os bicos e passando cola nova nas mesas.
  Cola usada na mesa Agulha de 0,4 mm usada para limpar o bico
2. Testei a extrusão nas duas impressoras, e estava boa.
  PLA sendo extrudado PLA sendo extrudado

Os limites das nossas impressoras

Comecei a tarefa da semana procurando um padrão de teste no site Thingiverse . Só de usar a busca do site com as palavras-chave test 3d print , apareceram vários resultados feitos para testar impressoras.
Print da busca no Thingiverse
Escolhi um dos modelos, que testa várias capacidades das impressoras.
Print da página do padrão de teste no Thingiverse

Na página do modelo de teste de impressora 3D, baixei o modelo e anotei os parâmetros que ele testa, como:
- Porca: uma porca M4 deve encaixar perfeitamente
- Onda: impressão arredondada
- Estrela: cantos vivos
- Nome: formas complexas
- Furos: 3, 4, 5 mm
- Distância mínima: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 mm
- Altura em Z: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1 mm
- Espessura de parede: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 mm
- Ponte (bridge): 2, 4, 8, 16 mm
- Esfera: impressão arredondada, 4,8 mm de altura
- Esfera mista: 7 mm de altura
- Pirâmide: 7 mm de altura
- Balanço (overhang): 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70°
- Empenamento (warp): entorta?
- Fonte para impressão 3D: otimizada para impressão 3D
- Superfície: planicidade
- Tamanho: 100 x 100 mm x 23,83 (10 mm de largura)
- Espeto (spike): tempo mínimo de camada, 21 mm de altura a partir da base (incluindo a placa-base)
- Furo na parede: 4 mm de diâmetro, verificar se imprimiu direito
- Teste de raft: o raft deve ficar logo abaixo do modelo
- Retração no deslocamento: verificar a configuração de retração em deslocamentos longos
Abaixo está o modelo de teste de impressão 3D:

Modelo 3D renderizado a partir do arquivo STL

O autor também fornece uma imagem de referência para conferir a impressão.

Infográfico do fórum phpBB
No Repetier Host, carreguei o arquivo STL e fatiei para cada impressora, colocando a designação da impressora na frente do nome do G-code.
Gerando o G-code no Repetier Host para a Mini

Gerando o G-code no Repetier Host para a Delta
Configurações do Slic3r
Impressoras 3D estão longe de ser aparelhos plug-and-play. Tem muito ajuste, e parte dele parece mágica. Vou destacar os pontos mais importantes a considerar nas configurações do Slic3r, o software que trabalha junto com o Repetier.
1. Ainda no Repetier, na aba "Slicer", o software mostra várias opções de configuração pré-definida (presets). A primeira é o próprio software fatiador. No menu suspenso, dá para escolher entre Slic3r, Cura ou softwares mais antigos que ninguém usa...
2. Em Print settings, ficam as características do modelo específico a imprimir. Minha escolha atual é "coarsewithsupport"; mais adiante, vou explicar como escolhi as configurações que formam os presets mostrados.
3. Depois vem "Printer Settings". Normalmente, é aqui que ficam as configurações de uma impressora (máquina) específica. Nos meus presets, tenho as diferentes impressoras do lab: uma é cartesiana, a "Mini_2.5_retraction", e a outra (não aparece) é uma delta.
4. Aqui, em "Filament Settings", ficam os vários filamentos que você pode ter, cada um com configurações diferentes, como cor, temperatura ou espessura.
5. Neste item, vamos entrar mais fundo nas configurações e montar os presets mostrados antes.
Este Slic3r é o próprio software fatiador, enterrado lá no fundo do Repetier. Os domínios dele não são para os fracos: um passo errado aqui, ou melhor, uma configuração errada, pode dar resultados catastróficos nas suas impressões.
1. Como o Slic3r mostra na primeira coluna, temos as classes: Print settings, Filament e Printer.
2. Na segunda coluna, temos menus suspensos para escolher cada preset que o usuário quer personalizar.
3. Na terceira coluna, vemos um ícone em forma de engrenagem, o ícone típico de configuração. Vamos clicar nele para abrir cada classe e ver como funciona por dentro.
Agora estamos na aba Print Settings.
1. Vamos examinar subclasse por subclasse, começando por Layers and Perimeters.
2. Nesta área, vemos a altura de camada (Layer height). É uma configuração importante, que não deve passar do diâmetro do bico. Se você está com pressa e não liga para a aparência, vá alto. Escolhi 0,3 mm para um acabamento grosseiro. As camadas vão aparecer, e as rampas vão parecer escadas. Se você precisa de um resultado detalhado, vá baixo. O limite de quão baixo dá para ir é quase infinito, mas como o tempo é limitado, sugiro não ir abaixo de 0,1 mm. Um número menor quer dizer mais camadas, e fica liso como pele de pêssego.
3. Depois de cada ajuste, clique nesse quadradinho azul esquisito que me lembra tempos passados, antes de todo esse excesso de informação e das câmaras de eco, antes deste universo realmente sem limites de terabytes à nossa volta. Chama-se disquete. Se você não clicar, acredite, vai se arrepender, porque nada vai ser salvo, mas não tenha medo, o Slic3r não deixa você fazer isso sem avisar.
Agora, esta subclasse do Print settings é o preenchimento (infill). Dá para economizar muito tempo e dinheiro aqui. Alguém já disse que os dois são a mesma coisa; sinceramente, prefiro ter o primeiro do que o segundo. O meu infill é de 20%. Não sou pão-duro; acho que 20% é suficiente. Afinal, as peças efêmeras que esta impressora cospe raramente valem todo esse milho. Ah, eu falei que estou usando PLA, um derivado do milho? Claro que não; isso fica para a parte de filamentos... Então, por enquanto, acredite, 20% é suficiente para quase todas as impressões. Se você precisa rebocar um caminhão, enlouqueça, use 100%. Se, por outro lado, quer fazer um vaso delicado, 0% deixa a peça oca.

Nesta subseção do Print settings, os famosos Skirt e Brim, o fabber esperto pode usar Brim em vez dos rafts ridículos e esbanjadores feitos por quem não tira tempo para nivelar e calibrar a impressora. Usando um brim largo, você garante que a peça não vai soltar da mesa. O brim é basicamente um conjunto de linhas lado a lado grudadas na peça; é ótimo para a base de um modelo pontudo, ou só para cantos que querem levantar da mesa, causando o "warping" (empenamento). O skirt serve meio que para limpar o nariz, quer dizer, o bico, sim, o bico da impressora, a parte de onde sai o filamento. Essa configuração extruda uma linha em volta do modelo a ser impresso, especialmente útil quando rola promiscuidade de filamentos, então, quando trocar de cor ou de tipo de filamento, extrude no ar ou coloque um skirt antes da impressão.

A subclasse Support material eu deixo para quem não desafia a própria máquina, para quem não se dá ao trabalho de calibrar e nivelar.

Material de suporte é o que você usa para balanços (overhangs). O suporte é construído embaixo do modelo nos lugares onde a inclinação negativa é íngreme demais, para evitar um verdadeiro ninho de passarinho se formando livremente debaixo do seu nariz, quer dizer, do seu bico.

Raft... como eu odeio raft! Nem quero falar de raft. Fico pensando quanta pipoca já foi apagada do universo pelo uso de rafts! Bom, como o nome diz (raft = jangada), ninguém quer estar numa jangada, nem usar uma. É para emergências e deve ficar só para isso. Gera um desperdício de material que compensa mal a falta de nivelamento; é para os preguiçosos, mas no fim dá mais trabalho, porque a parte de baixo da peça nunca vai ficar tão lisa quanto a parte impressa direto no vidro. O suporte também faz isso. Experimente imprimir com suporte e depois passar as próximas horas fazendo o acabamento das peças, superdivertido.

A classe das configurações de filamento não merece muito tempo, porque é simples. Se o seu fornecedor de filamento gosta de você, ele informa a temperatura de impressão numa etiqueta na lateral da caixa ou do carretel. O diâmetro é, e sempre foi comigo, 1,75 mm. O diâmetro mais fino é mais fácil de empurrar do que o de 3 mm, o outro padrão de espessura de filamento. Afinal, estamos empurrando filamento por um bico de 0,4 mm de diâmetro; isso é fino, então escolher uma impressora que usa filamento fino é melhor!

Aqui em printer settings, fica o tamanho do bico. Eu uso 0,4 mm. Em seguida, minha configuração preferida nestes testes, bom, praticamente a única que mexi, é a "retraction" (retração).

Como projetista, engenheiro e técnico das minhas impressoras, tem pouca coisa que eu ainda não tenha tentado.

A retração, sim, a retração, depende de muitos fatores. Retração demais, e o filamento pode entupir o bico, o que garante muita diversão consertando/desmontando um bico onde o filamento solidificou lá em cima. É sempre divertido para geeks como eu consertar isso, SÓ QUE NÃO! Retração de menos, e você vai ter teias de aranha em volta de todas as suas torres. Então, esta é uma configuração que precisa ser testada e testada, até que, como muitas outras configurações, por tentativa e erro, você domine até chegar a algo parecido com a perfeição, se é que isso existe em FDM, claro.
Depois, peguei o G-code que tinha salvo no cartão SD, coloquei nas impressoras 3D e comecei a impressão.
Clique aqui para ver o processo de fatiar e criar o arquivo com o G-code para imprimir.

Vídeo da Mini começando a impressão de teste
As impressões não ficaram ruins, mas tinha muito escorrimento (teias de aranha). Então, aumentei a retração em 0,5 mm e depois em 1 mm; a melhora foi bem visível nas duas impressoras.
Foto das impressões com retração de 1,5 (esquerda) e 2,5 mm (direita)

Os resultados

	Parâmetro	Resultados
		Mini	Delta
1	Porca: uma porca M4 deve encaixar perfeitamente	Sim	Não
2	Onda: impressão arredondada	Sim	Sim
3	Estrela: cantos vivos	Sim	Sim
4	Nome: formas complexas	Sim	Sim
5	Furos: 3, 4, 5 mm	2,9, 3,9, 4,9	3, 4, 5 mm ovais
6	Distância mínima: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 mm	0,1 mm não ficou bom	0,1, 0,2, 0,3 não ficaram bons, escala errada: 6,5 mm em vez de 7 mm
7	Altura em Z: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1 mm	0,1 mm saiu como 0,2 e 1,1 como 1	Sim
8	Espessura de parede: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 mm	não imprimiu 0,1, 0,2; as paredes seguintes saíram com 0,5, até a última com 1 mm	Sim
9	Ponte (bridge): 2, 4, 8, 16 mm	Saiu como 2,85, 3,9, 7,9, 15,8	Sim
10	Esfera: impressão arredondada, 4,8 mm de altura	5,1	Sim
11	Esfera mista: 7 mm de altura	7,15	Sim
12	Pirâmide: 7 mm de altura	6,95	Sim
13	Balanço (overhang): 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70°	Sim	Sim
14	Empenamento (warp): entorta?	não	Sim, entortou
15	Fonte para impressão 3D: otimizada para impressão 3D	Sim	Sim
16	Superfície: planicidade	um pouco áspera	Sim
17	Tamanho: 100 x 100 mm x 23,83 (10 mm de largura)	99,45 x 99,8 x 23,2 (10,2 de largura)	Sim
18	Espeto (spike): tempo mínimo de camada, 21 mm de altura a partir da base (incluindo a placa-base)	15 mm	Sim
19	Furo na parede: 4 mm de diâmetro, verificar se imprimiu direito	Sim	Sim
20	Teste de raft: o raft deve ficar logo abaixo do modelo	não testei	Sim
21	Retração no deslocamento: verificar a configuração de retração em deslocamentos longos	quase nenhum escorrimento	Sim
	Conclusão	Para uma impressora FDM, acho que o resultado é muito bom. As diferenças de tamanho provavelmente se devem à contração do PLA.

Projetando e imprimindo um objeto
1. Resolvi criar uma peça que eu precisava para o meu projeto final: um organizador de fios que, quando as peças são ligadas umas às outras, funciona como uma corrente.
  Este modelo é muito difícil ou até impossível de fazer com técnicas subtrativas, por causa da forma e dos detalhes, que são inacessíveis para uma CNC de 2 eixos ou até de 3 eixos.
2. O projeto é paramétrico, então consigo mudar o tamanho facilmente quando precisar.
  Projeto paramétrico no SolidWorks, do início até a geração do G-code
  
  Modelo pronto
3. Os passos do projeto
  Aqui, selecionei um plano, depois criei um quadrado e adicionei parâmetros para poder mudá-lo facilmente no futuro.
  
  Aqui, já saí do sketch e escolhi o tipo de feature, neste caso, extrusão. Depois, escolhi a dimensão da extrusão.
  
  A peça extrudada!
  
  Em seguida, escolhi a face que vai receber a feature e comecei a desenhar direto no plano dela.
  
  Depois da última extrusão, desenhei o que ia ser cortado.
  
  E terminei a feature escolhendo cortar tudo.
  
  Criei alguns planos para as próximas operações.
  
  Planos sendo criados
  
  Com os planos criados, consegui espelhar a feature.
  
  A operação de espelhamento
  
  Filetes para um acabamento melhor e também uma impressão 3D mais suave. Essa feature seria muito difícil de fazer numa CNC.
  
  Os filetes prontos.
  
  Exemplo dos parâmetros.
  
  Peça pronta para criar o STL
  
  ...para criar o STL, clique em Arquivo, Salvar Como...
  
  Escolha o tipo de formato STL.
  
  Salve no local desejado.
  
  Confirme e veja as estatísticas.
  
  Esta é a tabela de parâmetros desta peça.
4. Terminado o modelo no SolidWorks, exportei o arquivo como STL.
  
  Render do meu modelo 3D do organizador de fios.
  
  Fatiar e Imprimir
  1. Adicione o arquivo STL.
  2. Mude a escala, se precisar.
  3. Gire, se precisar.
  4. Clique em Slicer para ir às configurações e começar a fatiar.
  1. Em Configuration, dá para definir características específicas do fatiamento. Em anexo está o pacote de configuração das nossas impressoras.
  2. Com o preset carregado, aqui você escolhe as configurações de impressão.
  3. Aqui, dá para escolher o modelo da máquina.
  4. Aqui ficam as configurações de filamento.
  5. Por fim, clique em "Slice with Slic3r".
  1. Clique em salvar no cartão SD para ter o G-code salvo na mídia que você vai colocar na impressora 3D.
  2. Na visualização, dá para ver camada por camada e entender como as suas configurações vão afetar a impressão antes de imprimir de verdade.
  1. As configurações no fatiador mostram que o preenchimento era retilíneo e de 20%, e a altura de camada era 0,2 mm.
  2. De novo, clicando em mostrar altura de camada e deslizando a última camada, as camadas aparecem passo a passo.
  1. Com o cartão SD dentro, confira o LCD, que mostra a temperatura do bico no canto superior esquerdo.
  2. Depois, aperte o encoder rotativo para mostrar as opções do menu.
  1. Role até "Print from media" e aperte o botão do encoder.
  1. Role até o arquivo desejado, aperte o botão, e a impressão começa.
  Impressora quase terminando de imprimir o organizador em corrente.
  
  Vídeo das impressoras imprimindo o organizador e do organizador montado em corrente.
Escaneamento 3D
1. Para essa parte da tarefa, usei o Autodesk ReMake. Ele se baseia em fotogrametria.
2. Por sorte, eu estava na praia e vi um modelo que seria interessante: alguém tinha equilibrado uma pedra grande.
  Pedra equilibrada na "praia da Figueira", perto de Lagos, Portugal.
3. O passo seguinte foi tirar mais de 90 fotos de todos os ângulos, de preferência sem fundo em movimento, como pessoas ou nuvens.
  Amostra das mais de 90 imagens tiradas para fazer o modelo.
4. Depois, subi os arquivos no ReMake. É importante escolher só as imagens boas e evitar objetos se mexendo no fundo. Quando terminar o upload, clique em create model. A geração do modelo pode demorar um pouco.
  Print do ReMake subindo as imagens
5. Depois do upload, escolha uma opção no processo de geração. Escolhi standard, porque é grátis.
  Print das opções no ReMake
6. Na parte de baixo da tela, o ReMake mostra os modelos sendo gerados e na fila. A parte de cima mostra os modelos já prontos.
  Print do Autodesk ReMake
7. Com o modelo pronto, dá para clicar nele e entrar no modo de edição do ReMake.
  Modelo gerado, mostrando problemas com faces abertas. Ainda não está pronto para imprimir.
8. Juntei a sequência de edição no mosaico abaixo. Em resumo, selecionei as partes indesejadas, apaguei e preenchi os buracos que ficaram. Por fim, gerei um arquivo STL que deve estar pronto para imprimir.
  Colagem de prints da sequência de edição no Autodesk ReMake
  
  O resultado:
  
  Render do meu modelo 3D feito por fotogrametria no ReMake
9. Preparação do modelo da pedra
  1. Cliquei em load para carregar o arquivo STL no Repetier. Arquivo STL aqui.
  2. Depois, ache o arquivo na pasta e clique em OK.
  3. Se precisar, dá para girar, mudar a escala etc. até o modelo caber na área da impressora. No meu caso, não foi necessário, porque o modelo coube.
10. Na aba "Slicer"
  1. Comecei escolhendo o software fatiador. Escolhi o "Slic3r" (com um 3 no lugar da letra "E", sim, é um nome confuso).
  2. Depois, escolhi a configuração pré-definida "coarse with support".
  3. Depois, a melhor opção segundo os testes anteriores: Mini 2.5 retraction.
  4. Em Extruder, só tem um pré-configurado nesta impressora, então não há o que escolher.
  5. As configurações avançadas ficam na opção "configuration", mas no meu caso não foi preciso, porque a pré-configuração já testada deve funcionar bem.
  6. Por fim, clique em "Slice with Slic3r" para começar o fatiamento.
11. Agora o modelo está pronto para imprimir. Isso pode ser feito clicando no botão "Print". A seta de cima aponta para as estatísticas da impressão; levaria 1 hora e 41 minutos para imprimir o modelo escaneado, o que preferi não fazer. Na seta de baixo, dá para ver o material de suporte que foi preparado para a impressão.
12. G-code gerado:
  O G-code gerado pode ser baixado no link acima, mas extraí o começo dele aqui para mostrar algumas estatísticas:
```
; generated by Slic3r 1.3.1-dev on 2020-05-31 at 20:04:21
; external perimeters extrusion width = 0.44mm (3.38mm^3/s)
; perimeters extrusion width = 0.48mm (7.54mm^3/s)
; infill extrusion width = 0.48mm (10.05mm^3/s)
; solid infill extrusion width = 0.48mm (2.51mm^3/s)
; top infill extrusion width = 0.48mm (1.88mm^3/s)
; support material extrusion width = 0.44mm (6.76mm^3/s)
```

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