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APORTE Calibración dimensional.
#1
Últimamente hay muchas preguntas en el foro con relación a la exactitud dimensional de las piezas impresas y en este post voy a dar algunas cosas a considerar sobre esta cuestión y una forma práctica y sencilla de calibrar la impresora en este aspecto, sin que sean necesarios más medios que los que suele tener el usuario común de estás impresoras: un calibre digital será suficiente, aunque eso sí, debería tener una precisión aceptable.

Aunque pueda parecer obvio, para que el resultado de las impresiones sea lo más parecido al modelo que se imprime, lo que hay que conseguir es que la impresora haga lo que el software le manda, de forma que haya una correspondencia suficiente entre la realidad física (la que realmente hace la impresora) y la virtual (que es la que cree el software que hace).

Dando por buenos ciertos valores de elementos accesorios (que la boquilla y el filamento sean del diámetro indicado, que los motores sean suficientemente precisos en sus movimientos, etc.), lograr esa similitud se reduce a dos cosas: que se imprima con el ancho de línea que tiene configurado el programa de corte, lo que se logra ajustando de forma correcta el flujo y que los ejes se muevan realmente las distancias que ordena el firmware, para lo que hay que configurar el valor correcto de sus micro pasos por milímetro en él.

En este punto es necesario indicar que el parámetro de expansión horizontal, que incorporan los programas de corte y que muchos usuarios suelen utilizar para corregir las desviaciones en las medidas de las piezas impresas, es una forma de enmascarar una calibración incorrecta de los dos aspectos indicados, deformando la geometría de la pieza lo necesario para compensarlo y cuyo valor dependerá por tanto del tamaño de la pieza a imprimir, lo que nos obligará a cambiarlo en cada ocasión si lo corregimos así.

Por otra parte, en este aspecto el eje Z es algo especial pues, independientemente de que esté perfectamente configurado su movimiento, la altura de la pieza impresa será la suma de tres factores: la separación entre boquilla y cama cuando Z está en el punto 0, la altura de capa inicial y la altura de capa normal multiplicada por el número de capas que se impriman menos una.
Es decir: altura final de la pieza = altura punto 0 + altura capa inicial + (n -1) * altura de capa normal, donde n es el número de capas total que se imprimirán, pues los programas de corte solo realizan capas completas, redondeando el número final en la forma habitual (<0,5 hacia abajo, >=0,5 hacia arriba).
Esto implica que, si se tienen correctamente configurados los micro pasos por milímetro en ese eje, solo se podrá obtener la altura real de la pieza cuando esta se ajuste a dicha fórmula.
Por ejemplo, si nuestra pieza tiene 20 mm de altura, tenemos correctamente regulados los micro pasos por mm, el punto 0 del eje Z calibrado con la hoja de papel de 80 gr/m² (0,1mm aprox.), capa inicial de 0,3mm y capa normal de 0,2mm, la pieza impresa tendrá 20,2 mm de altura (0,1+0,3+99*0,2=20,2), pues el programa de corte toma la medida teórica de la pieza, le resta la capa inicial, divide por la altura de capa normal y redondea: (20-0,3)/0,2=98,5 -> 99.
Lo expresaré de otra forma: si tenemos calibrada la altura inicial con la hoja de papel y cortamos el cubo de calibración de 20x20x20mm con los parámetros indicados, si la impresora está perfectamente calibrada, el resultado debe ser un cubo de 20x20x20,2mm.

No creo que haya muchos usuarios que se planteen cambiar estos parámetros en función de la altura real de la pieza, por lo que lo normal es que se realice una calibración en función del resultado (midiendo las piezas), lo que no deja de ser una solución de compromiso: es decir, que se ajusta la configuración para que sea lo suficientemente precisa para el tamaño de piezas que se suelen imprimir, puesto que se hace midiendo el resultado de la impresión.
En este sentido, para conseguir los márgenes de error más pequeños en este eje, hay que realizar las mediciones sobre las piezas más grandes que sea posible imprimir o medir con precisión.

Sobre cómo realizar la calibración de los micro pasos por milímetro, aunque la medición directa de cuanto se mueve el eje es la forma más precisa, existe el problema de que es bastante difícil realizar dichas medidas con la precisión requerida.
Es por ello que, para la inmensa mayoría de los usuarios, es más práctico hacerlo midiendo el resultado de las impresiones: eso sí, el típico cubo de calibración de 20x20x20mm no es adecuado para este fin, pues hay que intentar medir la mayor distancia posible, de forma que se minimice el error en la medida y evitando tomarla en las zonas que suelen deformarse, como las esquinas.

Como es lógico, lo primero que hay que hacer es nivelar bien la cama, calibrar el punto 0 del eje Z (para la boquilla habitual de 0,4mm de diámetro, los 0,1mm de la hoja de papel) y calibrar correctamente la extrusión, para que el ancho de línea impreso sea el correcto y no falsee las medidas: la calibración de la extrusión no la trataré aquí, pues ya la explico en este post.
En el apartado final de ese post, doy una forma sencilla de realizar la calibración dimensional, ya que el post estaba orientado a los usuarios noveles que estrenan impresora: en lo que sigue, indicaré una forma algo más compleja y precisa de realizarlo, incluyendo también la correcta orientación de los ejes (ortogonalidad), para lo que solo se necesita un calibre digital.

Hay que realizar primero la calibración de los ejes X e Y y una vez esos dos estén correctos, realizar la del eje Z.

Calibración de X e Y.

Para estos ejes debemos crear, en el programa de diseño que utilicemos habitualmente, un prisma de base cuadrada, de lado L = 2 * AL + 100 (mm), siendo AL el ancho de línea que tengamos configurado en el programa de corte y de altura 1 mm: es decir, si tenemos un ancho de línea de 0,4 mm, el prisma debe tener unas medidas de 100,8x100,8x1mm.

En el programa de corte, prepararemos la pieza con una sola línea de perímetro, sin paredes superiores ni inferiores y sin relleno.

A la hora de imprimirlo, deberemos asegurar una buena adhesión a la cama, para que la pared de esa única línea nos permita realizar las medidas sin que se despegue.

Una vez realizada la impresión y antes de que se enfríe demasiado la cama, tomaremos por el interior de la figura y utilizando la parte del calibre destinada a ese fin, que es esta:

[Imagen: Img1.jpg]

las medidas X1, X2, Y1 e Y2 (con cuidado de no despegar la impresión y cerca de las esquinas, pero no en ellas):

[Imagen: Img2.jpg]

Si la impresora estuviese bien calibrada, todas ellas deberían tener 100mm exactos, pero lo más probable es que no sea así, por lo que tendremos que corregir los valores configurados en los micro pasos por milímetro, con los que resulten de aplicar las siguientes fórmulas:

Valor a configurar en X = Valor actual en X * 200 / (X1+X2)
Valor a configurar en Y = Valor actual en Y * 200 / (Y1+Y2)


Con los nuevos valores configurados, realizamos de nuevo la impresión del mismo archivo, para comprobar que el resultado es correcto y si lo es, tomaremos las medidas de las diagonales AC y BD (en este caso sí en la misma esquina).

Si AC es igual a BD, los ejes X e Y son ortogonales (forman 90º entre ellos) y habremos terminado; si no es así, tendremos que comprobar si el defecto se debe al montaje de la estructura de la impresora y/o si se puede corregir en ella.

Si la impresora está bien montada y/o no hay forma física de corregir el problema o es muy laboriosa, podremos habilitar la funcionalidad que incluye Marlin para corregir este problema por software, aunque eso nos obliga a grabarlo de nuevo en la placa: se realiza en el archivo Configuration.h, descomentando la línea #define SKEW_CORRECTION, configurando los parámetros XY_DIAG_AC y XY_DIAG_BD con los valores medidos para AC y BD respectivamente, el parámetro XY_SIDE_AD con la medida de X2 (100,00 en el ejemplo) y comentando la línea //#define XY_SKEW_FACTOR 0.0.

Hechos los ajustes, comprobaremos el resultado final en una nueva impresión del archivo.

Calibración de Z.

Para calibrar el eje Z, tanto en los micro pasos por milímetro como en la ortogonalidad, hay que seguir los mismos pasos que para los ejes X e Y, solo que tomando las medidas en los planos XZ e YZ, naturalmente utilizando una impresión distinta y teniendo en cuenta las particularidades que se indicaron para este eje: es decir, hay que diseñar la pieza con la altura que se obtiene con la fórmula indicada anteriormente.

Para ello, si tenemos regulada la altura del punto 0 del eje Z con la hoja de papel de 80 gr/m² y configuramos el programa de corte con altura de capa inicial y normal de 0,2mm, diseñamos un prisma de base en forma de L, con los dos lados de longitud igual a 100,10 mm y de altura 100,00 mm:

[Imagen: Img3.jpg]

Preparamos la pieza con el perfil que utilicemos normalmente, pero con la altura de capa a 0,2 mm (todas) y tomamos las siguientes medidas en la pieza impresa:

[Imagen: Img4.jpg]

El valor de Z1 y Z2 debe ser de 100,10 mm y si no es así, hay que ajustar como siempre los micro pasos :

Valor a configurar en Z = Valor actual en Z * 200,20 / (Z1+Z2)

Una vez conseguida la altura correcta, mediremos los valores de AC y BD en cada uno de los planos (XZ e YZ) de arista a arista y algo alejados de las esquinas, pues siempre hay algo de deformación en ellas.

Como en el caso de los ejes X e Y, si no son iguales en cada plano, lo configuramos en Marlin de esta forma:

#define SKEW_CORRECTION_FOR_Z
  #if ENABLED(SKEW_CORRECTION_FOR_Z)
    #define XZ_DIAG_AC <AC del plano XZ>
    #define XZ_DIAG_BD <BD del plano XZ>
    #define YZ_DIAG_AC <AC del plano YZ>
    #define YZ_DIAG_BD <BD del plano YZ>
    #define XZ_SIDE_AD 100.10
    #define YZ_SIDE_AD 100.10
    //#define XZ_SKEW_FACTOR 0.0
    //#define YZ_SKEW_FACTOR 0.0
  #endif


Como es lógico, solo hay que configurar los valores de los planos en los que no sean iguales las dos medidas, el resto hay que comentarlas si no se utilizan (poner // al comienzo de la línea).


Como siempre, comprobaremos el resultado con una nueva impresión.
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