Impression 3D

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Wobble Witbox 1

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par Jacques » Mer Oct 10, 2018 6:12 pm

Le titre est trompeur car en fait je vais parler d'un défaut cyclique que nous pouvons rencontrer avec la Witbox 1.
Vous connaissez tous le problème de wobble ou en français d'oscillation de l'axe Z entraînant un décalage régulier des murs d'une pièce verticale reproduisant le filetage de l'axe Z.
Ce phénomène est souvent présent si l'entrainement Z imprime un mouvement latéral au plateau ou à un des axes (Prusa)
On obtient alors ce type de résultat

Image

Si ce wobble est souvent un problème sur une imprimante un peu frêle, dans le cas de la Witbox, ça semble surprenant et d'autant plus que ca peut venir du jour au lendemain sans qu'il y ait eu la moindre intervention sur la mécanique.

J'ai donc procédé à des mesures de déplacement latéral du plateau à l'aide d'un comparateur pour n'observer aucun mouvement anormal lors de sa descente.

C'est agaçant mais il y a pourtant une solution, je prends alors les grands moyens.

En fait, si l'on observe de plus près au microscope, en suivant un renflement prédominant d'une couche en particulier on s’aperçoit qu'elle l'est sur le périmètre entier de la pièce. Autrement dit, il ne s'agit pas de wobble mais d'un autre problème.

Une couche ne peut dépasser les autres que pour deux raisons:
- Trop de matière, mais dans ce cas ce serait un problème d'extrusion et n'aurait aucun rapport avec le pas de vis du Z.
- si ce n'est pas trop de matière extrudée, c'est donc que la couche est plus épaisse et donc plus large (puisque c'est la buse qui bloque la hauteur du dépôt de fil) :ohgodno:

J'ai donc décidé de vérifier la descente du plateau avec mon comparateur.
Je mets le comparateur sur les axes X avec la pointe qui touche le plateau.
Je monte le moteur avec la fonction jog puis descends d'un mm. Je remets le comparateur à 0 et note les mesures que j'obtiens sur 4,6mm de descente. Ce qui donne cette courbe qui représente les écarts par rapport à la position théorique de l'électronique. Si -100µ est l'ordre envoyé au moteur et que le comparateur me donne 102µ ca se représente sur la courbe 2µ d'écart.

W1 ecart Z.JPG
Ecart 34µ tour


Sur cette courbe effectuée en descente on remarque un écart de 34µ pour 1 tour. Cet écart se reproduit sur le tour 2 (Même si un glissement négatif est remarquable, celui-ci restera sans effet sur le visuel de la pièce).
Sur 200µ ça nous fait un écart maxi d’environ 17% de matière entre la couche la plus épaisse et la moins épaisse. 17%, c'est suffisant pour que ce soit significatif, surtout dans le cas ou cette couche étant bloquée sur la face interne, le surplus de matière va se retrouver exclusivement sur la face externe. De fait on double 17% et même plus si l'on considère que la couche adjacente déborde elle aussi :medievil:

Bon, récapitulatif, le Z ne descend pas linéairement à chaque révolution. On peut exclure la vis Z car mécaniquement elle n'a pas bougée, ne s'est pas usée anormalement d'un coup et par principe de fabrication ne peut être fausse. Reste le moteur qui peut monter et descendre mais il y a le coupleur Z qui est fait pour compenser entre autre ce défaut.
En cherchant bien il reste un élément, le roulement à la base de l'axe Z :nononono:
Ce roulement supporte l'axe et le plateau. S'il ne tourne pas parfaitement à plat, le Z vas osciller de haut en bas.
Ce problème peut provenir d'une cuvette de billes usée ou de billes plus trop rondes, peut-être aussi d'une qualité de rectification limite.

Bref, si je remonte dans le temps, il a toujours été une des pièces que je change et qui fait disparaître ce défaut.

je vais donc investiguer plus en avant et compléter ce sujet
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par Thomas » Mer Oct 10, 2018 7:31 pm

Pour la cas qui a mené à votre photo d'illustration, le roulement bas de la vis était clairement "cranté". Avec un roulement neuf (merci ici), c'était bien mieux mais pas parfaitement rond. J'ai mis un coup de lime "queue de rat" (léger léger) sur le logement qui je crois - ma mémoire me fait défaut - présentait un truc pas uniforme, peut-être la peinture écaillée mais pas sur tout l'alésage : c'était un peu mieux (à la main). Après remontage, les pièces sortaient encore avec des défauts mais bien plus petits, je me suis dit que le résultat était OK pour ce que je fais au taf. donc sans exclure l'éventualité d'y revenir ce n'était plus une priorité.
Après avoir changé la tête d'impression il y a quelques jours, j'ai imprimé une pièce bien haute, il n'y avait plus aucun défaut. Je soupçonne un truc avec la température extérieure qui jouerait sur le serrage de mon roulement, il fait sensiblement plus frais qu'à l'époque, mais je ne suis que mollement convaincu... et du moment que ça fonctionne...

Edit : en y repensant ma pièce "bien haute sans aucun défaut" avait des couches de 0,3. Ca peut jouer.
Dernière édition par Thomas le Sam Oct 13, 2018 11:24 am, édité 1 fois.
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par Jacques » Jeu Oct 11, 2018 8:30 am

En effet pour des couches de 0,3mm le défaut sera probablement moins perceptible

En fait il y a plein de raisons qui donnent ce problème, roulement HS, logement roulement trop large, roulement du haut du l'axe trop haut, ajustement moteur dans l'axe, ....
C'est cet ensemble qu'il faut régler pour supprimer ce problème. L'idée est de clairement l'identifier afin de ne pas se disperser.
Bref, prochaine action, et comme vous le suggérez, bloquer le roulement dans son logement en mettant une feuille de plastique sur le trou avant d'y coincer le roulement.
Baisser le roulement du haut afin de coincer l'axe verticalement
Bien entendu, vérifier l'état du roulement avant toute chose.
Mais je reste persuadé que le gros roulement du bas ne fonctionne pas dans de bonnes conditions, l'effort étant vertical, l'usure de la cage des billes est anormale comme le démontre le dessin ci-dessous.

Utilisation normale
Coupe roulement.JPG
Coupe roulement.JPG (24.57 Kio) Consulté 816 fois


Utilisation verticalement
Coupe roulement - horizont.JPG
Coupe roulement - horizont.JPG (25.86 Kio) Consulté 816 fois


On remarque bien que les billes vont avoir tendance à user anormalement le bord de la gorge du roulement si la pression verticale est forte.

Ce qui est probable c'est que l'usure de la gorge du roulement ne soit pas uniforme. Dans ce cas on risque de se retrouver avec un roulement désaxé qui va suivre l'angle du moteur malgré le coupleur et provoquer une oscillation verticale de l'axe Z.
Sur la W2, l'axe Z fait partie intégrante de l'axe du moteur, aucun mouvement vertical ne peut se produire.
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par Thomas » Sam Oct 13, 2018 11:43 am

Tout ça est bien loin pour moi, mais même si comme vous le dites un roulement à billes n'est clairement pas le plus désigné pour reprendre des efforts axiaux (le rond rouge de la bague intérieure sur le dessin est mal placé mais on comprend bien), la présence d'un épaulement montre que celui du bas de la vis a tout de même été dans une certaine mesure prévu pour.
Après il peut y avoir un souci de dimensionnement qui crée une usure un peu rapide, ce roulement sert assez peu mais il est possible que certains types d'utilisation le fassent souffrir. Par exemple, les sauts sur rétractation : j'ai arrêté pour d'autres raisons mais dans l'histoire de mon roulement il y en a eu pas mal.

En tout cas merci pour ce fil et merci par avance de publier la suite des investigations, je suis sûr que, au moins sur le long terme, ça n'aide pas que moi.
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par Jacques » Sam Oct 13, 2018 8:35 pm

Oui, ce sujet intéresse même une personne aux USA...
Sinon l'épaulement n'est pas prévu pour supporter une charge mais pour se monter en bout d'axe sur une tôle par exemple.
Je viens de changer ce roulement sur notre Witbox et le wobble vertical est passé de 35 micron à moins de 10.
Pourtant je n'ai constaté pratiquement aucun défaut sur l'ancien roulement.
Le résultat sur l'impression est presque parfait
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par Jacques » Jeu Oct 18, 2018 12:30 pm

Je reprends, le wobble est passé de 34µ à 10µ en changeant le roulement du bas par un neuf.
10µ sur 200 ca fait 5%, le défaut sur les pièces n'est plus vraiment visible mais en lumière rasante il peut se remarquer.

J'ai donc décidé d'isoler les éléments du fonctionnement et d'analyser la précision de chaque maillon en commençant par le moteur.
Le moteur pas à pas est très précis dans son fonctionnement, un tour est toujours égal à 360° soit 200 pas multiplié par 16 (µpas) ce qui donne 3200 µpas. Donc envoyer la commande "steep" 3200 fois donnera invariablement 1 tour très précisément (360,000°). Si cette commande est envoyée 3.200.000 fois le moteur tournera de 1000 tours pour s'arrêter exactement à l'endroit ou il a commencé.
Jusque là c'est simple et la précision est au rendez-vous.
Là ou ça se complique c'est lorsque le moteur tourne sur une fraction de tour.
Dans ce cas, ce sera la constitution du moteur qui donnera sa précision. L'image ci-dessous montre le détail de fabrication.
moteur1.jpg
On voit bien les stries du stator et du rotor
moteur1.jpg (20.03 Kio) Consulté 757 fois


En excitant les bobine alternativement, le moteur va prendre des angles successifs pour que les encoches du stator (fixe) correspondent au champ magnétique créé (axe mobile du moteur).

moteur11.gif
En fonctionnement
moteur11.gif (161.97 Kio) Consulté 757 fois


Autrement dit, c'est l'usinage du moteur qui donnera sa précision angulaire sur 1 tour entier.

J'ai donc dessiné un cercle gradué collé sur une planche et mis dans son centre un moteur. L'aiguille indique alors l'angle du moteur avec une grande précision.
Index moteur.JPG
200µ est égal à 2 grandes graduation soit 36° ou 54,9mm sur la couronne extérieure
Index moteur.JPG (54.76 Kio) Consulté 757 fois

Ce dessin correspond à un axe Z de 2 mm par tour

Premières mesures avec un moteur pris dans le stock : l'écart maximum de l'aiguille sur un tour est de 0,37mm par rapport aux indexes dessinés.
Ce qui nous donne 0,37/54,9 = un écart maxi de 0,67%, soit 1,34µ d'erreur...

Je prends un second moteur pour vérifier, j'obtiens alors 0,8mm d'écart maximum, soit 0,8/54,9 = 1,46%, soit 2,9µ, plus du double donc.

On remarque que même si l'erreur est mesurable, on est bien loin des 34µ de la mesure initiale.
Avec maintenant un wobble de 10µ nous n'aurons jamais moins de 1,34 ou 2,9µ suivant notre moteur.
Notez aussi que le Z de la Witbox a une précision théorique de 0,62µ, inutile d'espérer y arriver si le moteur a une imprécision de 2,9µ. Autrement dit en valeur relative, un déplacement unitaire se fera avec une précision de 0,62µ, mais angulairement l’imprécision sera bien plus grande. Bon, si on imprime à 10µ par couche on risque d'avoir un résultat très médiocre avec 30% d'erreur :ohdamn:

Notez au passage, qu'un moteur ne vaut pas un autre même dans d'un type identique. On peut alors imaginer ce que l'on nous propose sur les imprimantes à très bas coût !

Reste maintenant à rattraper 7 ou 8µ pour parfaire notre wobble, d'autant que changer cycliquement le roulement du bas ne peut être une solution dans le temps.
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par Jacques » Jeu Oct 18, 2018 1:57 pm

Le coupleur ou cardan sert à transmettre un mouvement circulaire fluide dans un axe qui peut être décalé.
On a différents types de coupleurs, du tuyau coincé dans les deux axes au cardan homocinétique complexe.
Chacun a son usage mais aucun n'est définitivement parfait.

En effet, celui à ressort va se comprimer suivant l'ange à compenser à chaque tour créant inévitablement une infime variation de pression latérale et verticale de l'axe qu'il va guider.
Coupleur à ressort.JPG
Coupleur à ressort.JPG (19.25 Kio) Consulté 756 fois


L'idéal serait le double cardan qui compense lui-même l'effet de ses rotules à condition d'avoir un angle parfaitement égal des deux rotules.
Homocinétique.JPG
Homocinétique.JPG (36.27 Kio) Consulté 756 fois


Le compromis serait le coupleur flexible en tension qui autorise un petit angle mais très peu de désalignement. De plus il offre un jeu de fonctionnement qui ne permet pas la précision que nous demandons (partie de transfert de charge en silicone)
fexible tension.JPG
fexible tension.JPG (28.42 Kio) Consulté 756 fois


Pour tous ces modèle il faut prendre en compte le jeu mécanique qu'ils offrent, la double rotule a trop de mécanique pour passer instantanément d'un sens de rotation à l'autre. Le flexible en tension idem avec de surcroît d'une imprécision liée à la charge.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les cardans, le site http://serge.bertorello.free.fr/mecano/entraint.html vous donnera plus d'indications sur les effets indésirables des coupleurs d'axes.

Reste finalement le ressort plat qui offre un couple élevé avec aucun jeu lors du changement de sens.

Selon ce qui est écrit plus haut, inévitablement le décalage et l'angle des deux axes (moteur et vis) sera la cause première du wobble sur votre imprimante. On a donc intérêt à positionner avec grand soin le moteur par rapport à l'axe Z.
Si vous prenez le cas de la Witbox 2, l'axe moteur est aussi l'axe Z, plus de coupleur :urock:

Dans le cas de la Witbox l'axe Z est maintenu par deux roulements, puis vient le coupleur et ensuite le moteur.
Le coupleur de base est un bloc alu fendu en spirale qui autorise un léger désalignement angulaire entre le moteur et l'axe Z.
Le problème est que le roulement se positionne dans la même pièce que la fixation du moteur, impossible alors d'aligner moteur et axe Z.
Une solution serait alors de maintenir le moteur non sur son support mais sur le bas du châssis de la Witbox.
Imaginez, vous montez l'axe Z sur les deux roulements, ensuite le coupleur sur l'axe Z et le moteur qui pendrait alors dans le vide vous indiquant alors la position la plus favorable du moteur. Il suffirait alors de fixer le moteur au châssis avec un support dessiné sur mesure et bloqué par 2 vis.

Cette idée me pose un problème car j'ai les câbles du réchauffeur qui passent en dessous du moteur....
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par Jacques » Ven Oct 19, 2018 11:56 am

Pour confirmer que l'erreur d'épaisseur des couches vient bien du coupleur j'ai donc tenté de mettre une charge sur le moteur afin de tester sa précision en fonction du couple.
On trouve bien un défaut de précision lié à la charge. Dans les faits on peut perdre 3mm à chaque mouvement, soit 10µ avec une relativement faible charge. Avec l'ensemble du plateau et la mécanique on devrait alors facilement arriver au 34µ relevés.
Dans l'absolu ca n'a pas d'importance à la condition toutefois que la charge reste constante. En effet, l'erreur constatée ne se produit qu'une fois, le mouvement d'après se passe normalement.
Pour simplifier si je mets une charge sur l'axe et demande un mouvement de 200µ, je vais mesurer en réalité 166µ de déplacement (200-34). Par contre avec la même charge, le mouvement suivant sera véritablement de 200µ. Si par contre la charge disparaît on aura alors un mouvement de 234µ
En gros cette erreur n'a d'importance que si la charge n'est pas constante et c'est bien se qui se passe avec un coupleur qui n'est pas bien dans l'axe du moteur. De fait la charge va varier en fonction de l'angle du coupleur pour obtenir au final le mouvement oscillatoire que l'on retrouve sur la courbe réalisée plus haut.

La solution définitive est bien de centrer le moteur en face de l'axe Z

Sachant que le moteur est fixé sur le même bâti que le roulement, ca ne va pas être simple....
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par Jacques » Mar Oct 23, 2018 5:14 pm

Dans les faits, l'axe Z est monté ainsi

Alignement vis Z.JPG
Alignement vis Z.JPG (37.71 Kio) Consulté 563 fois
.

Si l'on considère que les deux roulements du moteur ne font qu'un seul axe, nous avons le roulement du milieu qui fait un second point de pivot et celui du haut le troisième.
Il est clair que le coupleur a son utilité car aligner 2 axes parfaitement n'est pas chose simple.
Si on considère que la vis Z ne peut bouger par rapport au châssis arrière (elle maintien le plateau), il ne reste que le moteur que l'on devrait pouvoir aligner. Pourtant le moteur se fixe sur la même pièce que le roulement. Pièce pliée en métal, on peut imaginer que les centres sont alignés (moteur et roulement), par contre le pliage de la tôle peut être mauvais.

Le dessin suivant montre un pliage à 89,5° au lieu de 90°. Le coupleur compense le désaxement mais inévitablement ca va introduire un mouvement oscillatoire qui se répercutera tous les tours sur la position moteur en fonction de l’absorption de l'énergie nécessaire pour plier le ressort.
La charge moteur va donc changer en fonction de l'angle moteur qui va nécessairement avoir une répercutions alternative sur l'épaisseur des couches à chaque tour.

Alignement vis Z 89°.JPG
Alignement vis Z 89°.JPG (31.3 Kio) Consulté 563 fois


On voit donc que 0,5° peut entraîner sur la hauteur un gros défaut que compense le ressort du coupleur.
On imagine alors que pour vérifier l'alignement moteur il suffit de retirer le roulement du haut pour vérifier si l'axe reste bien perpendiculaire au moteur. Dans le cas de l'image du haut, la vis Z resterait bien droite alors que dans le second cas elle va s'incliner à l'opposé de l'ange du moteur.
La solution de vérification devient simple, on démonte le plateau à l'aide des 4 vis pour laisser l'axe z libre. On retire le roulement du haut et on cale le moteur Z afin que la vis Z se trouve au milieu du trou du roulement.

Une solution alternative serait de dévisser le moteur de son support et de le fixer sur la base du châssis de la Witbox.
Un petit support réalisé en PLA qui englobe la base du moteur et deux vis pour fixer le moteur sur le châssis tout en laissant un peu de jeu pour un réglage parfait.

Support moteur Z.JPG
Support moteur Z.JPG (39.1 Kio) Consulté 563 fois


En tout état de cause il faut avant toute chose s'assurer du défaut qui peut être différent sur deux Witbox.

Je vais mettre la vérification de l'alignement en image et vérifier le résultat après calage sur une impression.
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par Jacques » Lun Oct 29, 2018 2:12 pm

J'ai donc démonté le support moteur Z afin de contrôler l'angle de fixation du moteur au bâtit de l'imprimante.
Il est clair que si l'angle est mauvais, l'axe va osciller en tournant et c'est ce que je ne veux pas.



Sur la vidéo on remarque un petit défaut d'angle mais il est si faible que je pense que rien qu'en serrant les vis de fixation celui-ci va changer.

Witbox Z axis rotation.JPG


Idem sur la rotation du moteur, en bout d'axe on note un désaxement d'environ 1mm par tour mais celui-ci dépend aussi du serrage des vis.

Donc, pas question de faire un réglage en statique, il doit être fait en dynamique, c'est à dire l'ensemble monté sur l'imprimante.

Je remonte l'ensemble tout retirant le roulement du haut afin de regarder comment l'axe tourne pour le régler au mieux.

Witbox Z complet.JPG
Witbox Z complet.JPG (76.23 Kio) Consulté 297 fois


Witbox z mouvement.JPG
Witbox z mouvement.JPG (49.1 Kio) Consulté 297 fois


En faisant tourner le moteur à la main, je règle les différentes pièces afin d'avoir l'axe bien au centre du roulement et limiter au maximum les oscillations de celui-ci.
Au final, j'ai l'axe au centre et une oscillation de moins d'un mm sur un tour.

Je remonte le roulement pour effectuer le test du cube
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