Como solucionar las vibraciones (Ringing, Ghosting) 3DPrinter

En este post os muestro como el peso en los ejes es el mayor causante de ringing , ghosting o vibraciones en nuestras impresiones en 3D, muchas veces nos volvemos locos de donde pueden venir esas vibraciones y si partimos de una estructura rígida, el problema seguramente lo tengamos por un exceso de peso en nuestros ejes móviles. Donde mas peso podemos eliminar es en el tipo de material utilizado para los ejes y en el tipo de motor en el caso de extrusión directa.

El material mas utilizado como ejes lineales en impresoras 3D normalmente es el acero inoxidable, acero cromado o acero plata,  estos materiales funcionan muy bien como eje lineal tienen una buena tolerancia a la abrasión, podemos encontrarlos en formato calibrado y ademas suelen ser materiales baratos, pero tienen un problema que son muy pesados para ejes móviles.

Si queremos conseguir impresiones de calidad a una buena velocidad necesitamos eliminar todo el peso posible del eje, así que me he puesto manos a la obra y os voy a mostrar la diferencia de un eje pesado a uno puesto a dieta.

• Piezas impresas: A todos nos gusta que las piezas sean robustas y rígidas pero cuidado un relleno de mas en nuestras piezas puede incrementar el peso innecesariamente, aquí os muestro un ejemplo de la diferencia de peso entre unas piezas rellenas al 50% y otras al 15%, muchas veces es mejor quitar relleno y añadir un perímetro extra a nuestras piezas.

Relleno 50% 2 Perímetros                                                             Relleno 15% 3 Perímetros

                   

• Rodamientos: El peso de los rodamientos también debemos tenerlo en cuenta, entre un rodamiento de bolas de acero y un rodamiento igus de polímero puede haber un incremento de casi 3 veces el peso, si multiplicamos esto por los rodamientos del eje completo en mi caso 18.6 Gramos de ahorro x 8 rodamientos tenemos un ahorro de 148.8 Gramos. El único problema de los rodamiento igus sin carcasa metálica es que si van embutidos o presionados como es mi caso el deslizamiento es limitado y pierden suavidad en el desplazamiento. En este caso tenemos que utilizar la versión con carcasa metalica

1. Rodamiento bolas acero 10mm —- 24,8g
2. Rodamiento igus con carcasa 10mm — 13,4g
3. Rodamiento igus sin carcasa 10mm — 6,2g 

Rodamiento de bolas de acero                                     Rodamiento de polímero Igus con carcasa metálica      Rodamiento Igus de polímero sin carcasa metálica

           

• Motor de Extrusión: Una parte muy importante es utilizar motores mas pesado innecesariamente, si tenemos un extrusor directo y desmultiplicado como es el titan, con un motor fino tipo pancake será mas que suficiente, ademas de tener suficiente torque eliminaremos un montón de peso en el eje, si por el contrario en nuestra impresora estamos utilizando una extrusión tipo bowden el motor se coloca fuera del eje así podemos montar cualquier tipo. Estos son los motores mas utilizados y sus respectivos pesos

1. Motor nema 17 2.5ah —- 354,5g
2. Motor nema 17 1.7ah —- 283,6g
3. Motor nema 17 Pancake 1.0ah — 190.6g
4. Motor nema 17 Pancake 0.7ah — 130,9g

Nema 17 2.5ah                                                                Nema 17 1.7 ah

    

 

Nema 17 Pancake 1.0ah                                                     Nema 17 Pancake 0.7 ah  

  

• Ejes lineales: Esta es la parte mas importante y donde mas peso podemos ahorrar, en mi caso vamos a comparar 3 tipos de varillas con sus pros y sus contras de cada material, las mediciones se realizan con una varilla de 370mm de longitud y 10mm de diámetro

1. Varilla acero cromado 10mm L: 370mm —– 228,4g
2. Varilla Aluminio extruido 10mm L: 370mm — 80,6g
3. Tubo carbono 10mm T:2mm L:370mm —– 15,3g

 

• Varilla acero cromado rectificada: Este tipo de varillas son de precisión están calibradas y cromadas, son las varillas mas utilizadas en impresoras comerciales como ultimaker, makerbot, bq etc.. no es necesario hacer nada con ellas, cortar y montar, aguantan perfectamente la abrasión de los rodamientos de bolas y su precio es bastante económico entre 6-8€ / Metro, es muy recomendable utilizar este tipo de varillas para ejes fijos en la estructura ya que vamos a conseguir la mayor precisión en el desplazamiento lineal. Pero nada recomendables para ejes móviles debido a su elevado peso

      

• Varilla de Aluminio: Estas varillas son muy poco utilizadas ya que soportan muy poco la abrasión y si la montamos con unos rodamientos de bolas en unas cuantas horas de impresión las bolas desgastarán el aluminio y aparecerán unos surcos en las propia varillas, sin embargo se pueden montar con unos rodamientos de polímero, pero es recomendable previamente pulir las varillas con una lija al agua de grano muy fino de 1500 para arriba. No suelen estar calibradas ya que son barras extruidas así que nos tocará lijar hasta dejarlas en tolerancias, lo bueno que tiene es que pesan menos de la mitad que una varilla de acero. El precio suele rondar los 4-5€ / Metro

• Varilla / Tubo de carbono: Este material es de mis materiales favoritos por su ligereza y sobretodo por su rigidez, lo malo es que es algo mas caro que el resto de materiales y no aguanta bien la abrasión así que tendremos que utilizar rodamientos de polímero obligatoriamente, ademas es muy difícil encontrarlas calibradas por que normalmente llevan una capa de barniz por lo que es necesario lijarlas hasta dejarlas en tolerancia,  lo bueno apenas pesa 1/10 parte que una varilla de acero. El precio varia entre 25-30€ / Metro
• PD: Personalmente las he montado con unos igus con carcasa, llevo unas 100 horas de impresión y no presentan ningún desgaste, he utilizado grasa de maquina de coser para lubricarlas y tengo montada una barnizada y otra sin barnizar, el resultado es exactamente el mismo.
• También tengo pedidas dos barras de titanio para hacer la prueba de abrasión y sobretodo para ver la relación peso/rigidez en cuanto me lleguen actualizaré la información

Piezas impresas: Os dejo los resultados de las pruebas, se han realizado con la misma impresora, mismo gcode y mismo material, solo variando la velocidad de impresión y el peso en los ejes móviles, como podemos apreciar en las fotos con mucho peso imprimiendo a 60mm/s las vibraciones son tremendas, conseguí «solucionarlo» pero en la segunda foto se aprecia, imprimiendo a la mitad de velocidad 30mm/s todavía se aprecian vibraciones y por ultimo tras adelgazar los ejes estoy imprimiendo a 60mm/s con nada de vibraciones

La configuración de marlin es: Aceleración 1500mm/s  Jerk 9

1. Pieza impresa a 60mm/s Ejes pesados
2. Pieza impresa a 30mm/s Ejes pesados
3. Pieza impresa a 60mm/s Ejes ligeros 

• FAQ:

 

• ¿Que puedo hacer si mi impresora tiene vibraciones pero no quiero cambiar nada?
• Lo primero que debes variar son los jerk en el firmware, por defecto marlin tiene 20 si tus ejes son muy pesados baja a un valor entre 8 y 10 y mantén unas aceleraciones altas entre 1500-1800 y sobretodo ajústate a la velocidad que te permita imprimir sin vibraciones empieza por 30mm/s y ves subiendo hasta que veas que empiezan a aparecer sombras, una buena rigidez de la estructura también es fundamental para las vibraciones

 

• ¿Voy a aligerar mis ejes por donde empiezo?
• Sin duda el orden correcto seria, aligerar las varillas lo primero es lo que mas pesa y donde mas se gana, luego cambiar el motor del extrusor por uno mas pequeño y lo ultimo puedes montar unos rodamientos de polímero también mas ligeros, una vez montado todo ya puedes trabajar con un Jerk de 12-15 y unas aceleraciones de 1800-2000 igual que anteriormente empieza a imprimir en 60mm/s y ves subiendo hasta encontrar el tope sin sombras

 

• ¿Por que es necesario mantener siempre unas aceleraciones altas?
• Si crees que bajando las aceleraciones se solventarán tus problemas de vibraciones o ringing estas muy equivocado, cuando se producen la mayor parte de las vibraciones es el cambio de sentido del eje y no en la aceleración del mismo, así que si bajas las aceleraciones el único efecto que conseguirás serán unas esquinas sobre-extruidas y unas tolerancias de las piezas pésimas

 

• Verificar la tensión de las correas y las holguras en los ejes
• Si tu impresora imprimía correctamente y te han aparecido vibraciones, lo primero que debes verificar es que las correas estén tensas y que los rodamientos no tengan demasiada holgura, esto en los cambios de dirección también puede provocar muchas vibraciones