There was only one question for the science fair: is it possible to move our xxl 3d printer to the main hall? With a dolly we moved the printer to the hall. After setting up the XXL printer we started to calibrate the print bed. While doing that we were already getting some attention by passing students and teachers. When the science fair started we were able to print with the xxl printer again. With some posters we showed our process and also the working principle of the printer. With our spare printer we showed how we were able to slice an object into parts. With this we could explain, if we would do this with the bigger printer, the printer would be relatively faster while printing an object with infill.

Calibrating the printing bed

During the science fair a lot of people came by and were quiet amazed about the construction. Our mentors Joris and Dolf came by and also Wael an art student we talked with about printing a big art work.

We think the most reactions were really positive. Only one big remark was the speed of the printer. Why we did not remove the housing of the Ultimaker to make it lighter and faster?

Lots of interested people

Emma, explaining the project

Walking around the fair was nice as well. All the groups made some nice stuff and it looked quiet professional.

After discussing what to do with the printer, we put it back in the science lab or further research.

Since the Sciencefair is over and our available time has ended, we need to reflect on our project. First we will reflect on the process and the team, after that we will reflect on the construction and the software with the question: where are we now and what’s next?

Overall conclusion

First of all, it worked! Our main goal was to get the printer to make something wider and taller than was possible before and we achieved that. We learned a lot about printing with the Ultimaker. Before we started this project, we didn’t know anything about printing with the Ultimaker at all! Besides that, we worked well together, except for some moments where we didn’t communicate perfectly. We also learned a lot about solution thinking. We were all used to calculating and sketching our ideas first, before building things. This time it was was the other way around. We could have made some more sketches, to make it work faster, but calculating was not necessary.

As mentioned before, we found it hard to plan the overall project. The first two weeks, we were working on something we wanted to work. After a chat with Dolf, we made ourselves a scheme, which helped us with getting an overview of the process and the project.

We also could have worked with a better printing bed. Our unequal printing bed didn’t help us with getting nice printing results. There are also a few more things in which we could have invested more to make it all work better. Although we choose to work with everything we had and not to buy expensive parts for our construction which lead to compromises.

Last of all: testing takes time! We tested a lot to check what was going wrong. This brought us solutions, but it also toke a lot of time. Every time the printer had to heat and go to a starting position. Besides that, the print had to run for some time before discovering problems.

So, we all think it is a pity we do not have more time to work on this project. There are a lot of things to improve and we have the first working prototype now, so actually, it should start from here!

Changes that would improve the construction and movements of the printer

There are a lot of changes that can be done on the construction that would improve the printing result. One of the problems we had with the sideways movement of the Ultimaker, is that during movements the printer kept shaking. This can be solved easily by increasing the distance between each pair of wheels moving on the rail. Additional to this the width on which the printer is clamped, should be increased throughout the complete height of the construction. This can be done by using a steel sheet, that covers the back of the Ultimaker. A wooden plate won’t work, as it will bend and stretch because of the weight of the printer. When we used a wooden plate to mount the printer onto the rail, the holes that hold the wheels became bigger. This caused the Ultimaker to derail multiple times.

But the biggest problem with the sideways movement was the accuracy. For example, if the printer moved 200 mm to the left and should move 200 mm to the right, it wouldn’t always return to the exact same place. This can be solved by tying the belt tighter.  To do this you could design a system in which you hold one end of the belt and twist it until the belt is very tight. But it would be better not to use a rubber belt for the horizontal movements, especially when covering bigger distances. This because of the fact that, an elastic material, always will bend through because of its own weight, which causes the gear to loose grip. It would be better to have the tooth on rail itself. If these two problems would be solved it would be easier to move the printer on a higher pace, then we were able to. Other things that improve sideways movements:

• using bearing wheels and not metal wheels
• mounting the stepper motor in a way it won’t be able to vibrate.
• the less weight there is to be moved, the better.

An other big improvement that we would have liked to do, is using a stronger stepper motor with a stronger transmission. This would have made the counterweight, which is quit dangerous, dispensable. Removing the counterweight, makes it possible to put the installation against the wall. Something that would have made life easier for us, would have been to be able to adjust the print bed in an easy way. A nice way to do this would be: lifting the bed straight up to eye level to adjust it, without having to lay down on the ground,  whereupon you move the bed back to the ground.

Possible improvements in the software

Concerning the software, the most important improvement would be to reduce the retraction. During the last few days of printing, we saw that the filament got stuck occasionally while printing. This was due to the retraction of the filament which happened during moving the ultimaker over the external x-axis. The current retraction is 20 mm (to reduce the amount of plastic flowing out while the print head is not moving). This however, allows plastic to flow back to a part of the nozzle which is not hot enough to stay liquid, and thus occasionally jamming the nozzle by attaching the filament to the side.

Another improvement would be to use an other slicer than Cura. Cura is only able to do one type of infill. While this is enough while printing small parts, the type of infill (diagonal lines) means that if the part is large, a lot of movement in the x-axis is required. We saw that during printing with an infill, this will cause the Ultimaker to move left and right during printing of each line of the infill at the edge of the printable area, which takes a long time.

A third improvement would be moving the print head slightly when moving the Ultimaker to completely remove the plastic flowing on the printed part. The easiest possible movement would be to make the print head move slightly to the inside of the part. Doing this will require the plugin to either know what is the inside of the part, or to assume which side is in based on the place of the printing bed. A last improvement would be to add a fix to the code which allows printing of long straight lines. As mentioned before, if the Ultimaker needs to move twice during a single line, it will move, but it will skip printing this part.

Possible improvement for the printing speed

As explained in other posts the printing time of a single layer with this modified Ultimaker wasn’t quite as fast as we would have liked. The motor on the external X-axis wasn’t able to move as fast as we would like due to various reasons, so we started thinking in terms of making the printing more efficient. When observing the printing process of a layer you could see the printer didn’t always follow the most efficient route while moving itself over the X-axis before going up a layer. With the earlier found and explained method of dividing a model into different parts and thus avoiding unnecessary (slow) movement the whole printing process could be made faster.

While we had this working almost flawlessly on a single unmodified Ultimaker, it doesn’t quite work well yet with the plugin that is needed to modify the code for a larger printing range and it would require a few days of implementing those things together and then testing it.

De tweede week liep een aantal dingen wat minder voorspoedig dat in de eerste week. Deze week stond het op de planning om het frame helemaal af te maken en de eerst print te maken met de uitgebreide x-as. We zijn dus vooral bezig geweest met het bevestigen van de Ultimaker op het frame. Het is ontzettend lastig om dit helemaal goed uit te lijnen. Hier zijn we dus maandag en dinsdag mee bezig geweest.

Dolf Veenvliet vervangt Joris van die er de komende twee weken niet is en aangezien Dolf in Den Haag woont is het voor hem gemakkelijk om langs te komen.

Donderdag kwam Dolf langs om te kijken hoe het ging en heeft ons verder geholpen. Hij stelde voor om alvast naar het printen zelf te gaan kijken omdat we met een groot object te maken gaan hebben en dat dat een aantal aanpassingen nodig heeft om ervoor te zorgen dat het printproces geen dagen in beslag neemt. Hiervoor hebben we in Blender het TU Delft logo zo gemaakt dat we deze snel konden printen. Het TU Delft logo hebben we met verschillende laagdiktes geprint om te kijken wat de verschillen waren en wanneer de tijdwinst niet meer opwoog tegen de verminderde nauwkeurigheid. Er is heel duidelijk verschil te zien tussen een fijne en een minder fijne laagdikte. Als de laagdikte te grof wordt, plakt de nieuwe laag niet meer op de bestaande laag en gaat een goede verbinding verloren. Dit gebeurt vooral wanneer de dikte van de laag die wordt neergelegd groter is dan de 0,8mm diameter van de spuitkop. Erbij komt dat het platvorm dan te snel zakt en wordt de laag niet meer op de bestaande laag geplakt.

Laagdikte 0.1

Laagdikte 0.6

Ook heeft hij laten zien hoe je de g-code kunt aanpassen zodat je gemakkelijk dingen kunt printen die hol zijn. In de gcode staan de gegevens over de lagen die geprint worden en je kunt bijvoorbeeld de bovenste paar lagen weggooien om een schaaltje te printen. Ook kun je met deze functie spelen zodat een fill alleen op bepaalde stukken wordt meegeprint.

Dolf heeft ons er tevens op gewezen, vast te houden aan de verschillende functies binnen de groep om zo efficiënt mogelijk te kunnen blijven werken, want onze taken waren toch een beetje door elkaar gaan lopen.

Ook kregen we nieuw printmateriaal tot onze beschikking; Pla Woodfill. Dat is een combinatie van plastic en houtvezels en heeft een mooie uitstraling wanneer het geprint is. In principe bleek het hetzelfde als normaal Pla printmateriaal te werken en konden we zelfs een testje maken wat er gebeurd als je tijdens het printen van materiaal wisselt.

Deze prints waren echter met een lage materiaal laagdikte en relatief lage snelheid. Wanneer we deze opschroefte naar waarden waar het met normaal plastic nog goed ging, zagen we al snel dat er een aantal problemen ontstonden met de hechting aan het printplatform en de onderlinge hechting tussen de lagen.

Donderdag middag en vrijdag zijn we weer verder gegaan met het afmaken en finetunen van de constructie. 

Er is één plaat gemaakt waar de horizontale stellage aan vast zit om deze via een riemband te liften. Zo is er maar één motortje nodig om te stellage te liften in plaats van twee. We merkten echter toen de printer was teruggehangen dat de motor de stellage niet kon houden. Deze zakte naar beneden wanneer deze niet ondersteund werd. Ook leverde de motor niet genoeg kracht om de printer en de de rest van de stellage soepel omhoog te trekken.Daarnaast hielp het niet mee dat het katrol niet op de goede plek was vastgemaakt. Hierdoor slipte het tandriem heel vaak, en maakte de stellage sprongen naar beneden. Ook is de plaat op het punt van het katrol gaan buigen.
We hebben de problemen met het katrol in één keer opgelost. Dit hebben we gedaan door het katrol dichter op de as van het tandwiel te plaatsen en ringen te gebruiken bij het vastmaken op de stalen plaat.

Verder zijn er voor twee microchips, die de z-as aanstuurden, doorgebrand. De eerste keer door overbelasting (door de veiligheidsschroef te draaien) en de tweede keer waarschijnlijk door kortsluiting.
Van één van de verticale rails klemde het wieltje, wat we hebben hersteld. Om evenwicht te behouden en om de horizontale rails recht te laten hangen, zijn er zijwieltjes langs de verticale as geplaatst.

Vandaag bevestigen we de tweede rails die afgelopen vrijdag nog opgehaald is aan het frame. Daarnaast proberen we de sliders die de horizontale as gaan begeleiden en het blok waar de Ultimaker aan bevestigd wordt, op het frame te monteren. Dit blijkt lastiger dan gedacht. Toleranties zijn behoorlijk nauw en het kost een hoop tijd om dit goed uit te denken en netjes uit te voeren. Wanneer het allemaal bevestigd is, is het nog de vraag of het wel stijf genoeg is en of het goed over de rails loopt.

Uiteindelijk is het ons gelukt om te printer op te kunnen hangen.