Come ho costruito la mia Prusa i3 MK3S clone

Di recente ho completato l’assemblaggio di una Prusa i3. Non ho comprato un kit da Josef Prusa ma, nello spirito RepRap, ho costruito da me una versione con alcune modiche, cercando di mantenere le funzionalità più interessanti della Prusa i3 MK3S e personalizzandola per le mie esigenze.

Perchè la Prusa i3 MK3S

Ritengo che tra stampanti 3D disponibili attualmente sul mercato, la Prusa i3 MK3S è probabilmente quella che più delle altre rappresenta un passo nella giusta direzione. Sicuramente esistono modelli più esteticamente appaganti e con interfacce più user friendly ma con la versione MK3(S) la i3 è miglorata in ambiti quali silenziosità, affidabilità, ripetibilità, capacità di autodiagnosi, migliorando in maniera incisiva la sua usabilità.

Oltretutto Josef Prusa (a differenza di Ultimaker e Makerbot) non ha mai rinnegato le radici opensource della sua macchina, il che si traduce per i suoi utenti, nella possibilità di personalizzare e adattare la i3 alle proprie esigenze, e per tutti gli altri utenti, la possibilità di usufruire dei risultati dello sviluppo condotto da Prusa Research anche su altre macchine.

Iterazioni

Una peculiarità della Prusa i3 è la sua aggiornabilità. Chi ha comprato l’originale kit MK1 ha potuto aggiornare fino alla prusa MK2.5S con degli upgrade pack messi a disposizione da Joseph Prusa.

Sebbene volta per volta le modifiche sono state generalmente piccole, guardando la mia Prusa i3 Boxed, la mia prima stampante 3D che ho messo insieme, nel complesso non si può che apprezzare il continuo lavoro svolto da Prusa Research.

Prusa i3 Boxed

Le mie modiche

Elettronica

Sicuramente le nuove board a 32bit, quanto a potenza sono migliori delle board a 8bit basate su Arduino Mega e in un futuro non troppo lontano mi deciderò a fare l’upgrade. Tuttavia oggi scegliere una board a 32bit significa essere costretti ad utilizzare Marlin 2.0, correntemente in alpha e con diversi problemi non risolti. In sintesi vorrei la possibilità di poter tornare a Marlin 1.19 (stabile) in caso di problemi. Da questo punto di vista, ignorando la costosa Einsy montata sulla MK3, l’accoppiata RAMPS+Arduino Mega rappresenta un’accoppiata più solida.

D’altro canto volevo davvero provare la silenziosità in stealthchop, la possibilità di settare al corrente dei motori a runtime e l’homing senza sensori che permettono i chip della Trinamic. Questi ultimi, tuttavia, praticamente richiedono di lavorare ad almeno 24v, pena severe limitazioni su accelerazione e quindi tempi di stampa. Per questo ho fatto alcune piccole variazioni sul tema.

Ramps 1.6 Plus, Eruduino Power, TinyFan, Wemos D1 Mini

Al posto dell’Arduino Mega classico (che può essere alimentato massimo a 12V), ho montato l’Eruduino (o Taurino) Power, che può essere alimentato fino a 24V.
Al posto della classica RAMPS ho montato una RAMPS 1.6 Plus prodotta da BigTechTree. Di diverso ha che supporta pienamente i 24V ed è predisposto per la connessione SPI dei driver della Trinamic (senza la necessità di jumper aggiuntivi).
Per i driver ho optato per i TMC2130 V3.0 SPI venduti sempre da BigTechTree. Per controllare ventole aggiuntive, al posto del modulo RRD Fan extender, ho montato il TinyFan di Aus3D. Piccola nota: considerando anche la spezione, procurarsi questa piccola board (che non contiene altro che un mosfet e qualche connettore) da Aus3D costa uno sproposito. Ho trovato ben più economico ordinare il PCB da JLCPCB e le componenti da saldare da LCSC.

Quanto al case, ho modificato questo e questo, adattandoli al frame della Prusa MK3 e nel contempo aumentando lo spazio all’interno.

Estrusore

Alcuni utenti della Prusa i3 MK3 lamentano inconsistenze di estrusione. Per andare sul sicuro ho optato per un E3D Titan, che non mi ha mai deluso, accoppiato al solito E3D v6. Fortunatamente ho trovato su Thingiverse degli stl modificati per l’uso del Titan e di un sensore di prossimità da 12mm (più grande rispetto al PINDA probe da 8mm che monta la MK3).

Questi stl non includono il sensore del filamento (filament runout sensor), per questo ho provveduto a disegnarne uno apposito per il mio setup, disponibile a questo indirizzo.

Heatbed

Il piatto di stampa flessibile agganciato magneticamente è sicuramente una funzionalità molto comoda della Prusa i3 MK3. Tuttavia ho deciso di non optare per un clone dell’originale.

In un altra stampante ho avuto modo di provare un piatto di stampa riscaldato a corrente alternata che consente livelli di potenza molto più elevati, senza dover investire in un alimentatore spropositatamente potente.

Questa soluzione consente di raggiungere temperature elevate in poco tempo e di mantenerle anche con la ventola al massimo.

Per queste ragioni ho optato per un piatto di alluminio dalle dimensioni di 220x220mm, a cui ho applicato un tappeto riscaldante da 500W 220AC (controllato con un SSR) sulla superficie inferiore e un sottile magnete adesivo sulla parte superiore. A quest’ultimo si aggancia magneticamente un foglio di ferro rivestito da una vernice al PEI.

Come nella Prusa i3 MK3 il foglio di ferro può essere rimosso dal piatto di stampa, in modo da facilitare il distaccamento delle parti stampate e la pulizia. Il PEI garantisce un’ottima aderenza con praticamente qualsiasi tipo di filamento, senza necessità di dover sporcare il piatto di stampa con colle stick o lacca spray.

Frame

Per il frame ho utilizzato quello della MK3, che fortunatamente si trova online a prezzi relativamente contenuti e in una varietà di materiali. Tuttavia ho montato il supporto del piatto di stampa della MK1/MK2.

Alimentazione

Non necessitando di un alimentatore particolarmente prestante e dovendo invece trovare lo spazio per alcune componenti addizionali, ho disegnato una specie di almentatore personalizzato. Si tratta di un case di plastica in cui includere un modulo PSU 24V/150W, un SSR (per il controllo del piatto di stampa) e la board Prusa Power Panic. Grazie a quest’ultima anche la mia i3, come quella originale, può riprendere a stampare in seguito ad una interruzione di corrente.

WiFi

Esp3D è un firmware non molto conosciuto, installabile su moduli basati su esp8266 (come la Wemos D1 mini). Connettendo l’esp8266 alla prima riga del connettore AUX1 della RAMPS, è possibile controllare la stampante via WiFi, con funzionalità simili a quelle offerte da OctoPrint.

Esistono board vendute con il firmware precaricato, anche se personalmente ho optato per una Wemos D1 Mini da saldare.

Wiring RAMPS

Devo ammettere che allo stato attuale ESP3D è piuttosto acerbo. L’utilizzo che ne faccio è di accedere alla console seriale senza connettere il PC, muovere l’hotend, monitorare/impostare le temperature e monitorare/avviare stampe da SD. Sarebbe anche possibile caricare file sulla SD tramite WiFi, ma allo stato attuale l’upload è decisamente troppo lento.

Tuttavia il con la versione 3.0, prossima al rilascio, il gap con OctoPrint sarà praticamente annullato. Saranno supportate board come l’ESP32-CAM che consentiranno upload veloci e l’utilizzo della webcam onboard.

Firmware

Ho scelto Marlin e non il fork della Prusa Research in quanto la mia stampate non è un clone perfetto. Sia la versione 1.1.9 che la 2.0.0 si sono dimostrate usabili com prevedibile, visto che sono su architettura AVR.

Ho voluto provare alcune funzionalità di Marlin che in precedenza avevo scartato perchè le ritenevo ancora immature:

  • Unified Bed Leveling: permette di effettuare il livellamento del piano una volta e poi di salvarlo in memoria, elimando la necessità di dover effettuare il G29 prima di ogni stampa.
  • Linear Advance: in particolare permette ottenere una qualità di stampa decente anche con i filamenti flessibili.
  • Advanced Pause: un menù che allonana l’hotend dalla stampa durante le pause e semplifica il cambio filamento.

Parti e firmware

Ho condiviso qui tutti gli stl e il firmware preconfigurato.

NB: allo stato attuale non ho ancora configurato correttamente il power panic.

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