maintaining and troubleshooting your 3d printer

26
Maintaining and Troubleshooting Your 3D Printer Charles Bell

Upload: others

Post on 27-Jan-2022

28 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Maintaining and Troubleshooting Your 3D Printer

Charles Bell

Maintaining and Troubleshooting Your 3D Printer

Copyright © 2014 by Charles Bell

This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. Exempted from this legal reservation are brief excerpts in connection with reviews or scholarly analysis or material supplied specifically for the purpose of being entered and executed on a computer system, for exclusive use by the purchaser of the work. Duplication of this publication or parts thereof is permitted only under the provisions of the Copyright Law of the Publisher’s location, in its current version, and permission for use must always be obtained from Springer. Permissions for use may be obtained through RightsLink at the Copyright Clearance Center. Violations are liable to prosecution under the respective Copyright Law.

ISBN-13 (pbk): 978-1-4302-6809-3

ISBN-13 (electronic): 978-1-4302-6808-6

Trademarked names, logos, and images may appear in this book. Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, logo, or image we use the names, logos, and images only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark.

The use in this publication of trade names, trademarks, service marks, and similar terms, even if they are not identified as such, is not to be taken as an expression of opinion as to whether or not they are subject to proprietary rights.

While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made. The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein.

Publisher: Heinz Weinheimer Lead Editor: Michelle LowmanDevelopment Editor: Douglas PundickTechnical Reviewer: Richard CameronEditorial Board: Steve Anglin, Mark Beckner, Ewan Buckingham, Gary Cornell, Louise Corrigan, Jim DeWolf,

Jonathan Gennick, Jonathan Hassell, Robert Hutchinson, Michelle Lowman, James Markham, Matthew Moodie, Jeff Olson, Jeffrey Pepper, Douglas Pundick, Ben Renow-Clarke, Dominic Shakeshaft, Gwenan Spearing, Matt Wade, Steve Weiss

Coordinating Editor: Kevin Walter Copy Editor: Kimberly Burton-WeismanCompositor: SPi Global Indexer: SPi Global Artist: SPi GlobalCover Designer: Anna Ishchenko

Distributed to the book trade worldwide by Springer Science+Business Media New York, 233 Spring Street, 6th Floor, New York, NY 10013. Phone 1-800-SPRINGER, fax (201) 348-4505, e-mail [email protected], or visit www.springeronline.com. Apress Media, LLC is a California LLC and the sole member (owner) is Springer Science + Business Media Finance Inc (SSBM Finance Inc). SSBM Finance Inc is a Delaware corporation.

For information on translations, please e-mail [email protected], or visit www.apress.com.

Apress and friends of ED books may be purchased in bulk for academic, corporate, or promotional use. eBook versions and licenses are also available for most titles. For more information, reference our Special Bulk Sales–eBook Licensing web page at www.apress.com/bulk-sales.

Any source code or other supplementary materials referenced by the author in this text is available to readers at www.apress.com. For detailed information about how to locate your book’s source code, go to www.apress.com/source-code/.

I dedicate this book to my late father, Richard, who taught me mechanical, electrical, and automotive skills that I continue to use to this day.

He instilled in me a curiosity to discover how things work and a desire to repair things that stop working.

I hope my career as an engineer satisfies his aspirations for me.

— Dr. Charles Bell

v

Contents at a Glance

About the Author �������������������������������������������������������������������������������������������������������������� xvii

About the Technical Reviewer ������������������������������������������������������������������������������������������� xix

Acknowledgments ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� xxi

Introduction ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� xxiii

Part 1: Getting Started with 3D Printing ■ ������������������������������������������������������� 1

Chapter 1: Introduction to 3D Printing ■ ������������������������������������������������������������������������������3

Chapter 2: Getting a 3D Printer ■ ���������������������������������������������������������������������������������������53

Chapter 3: 3D Printer Building: Tips for a Successful Build ■ ��������������������������������������������85

Chapter 4: Configuring the Software ■ �����������������������������������������������������������������������������129

Chapter 5: Calibrating the Printer ■ ���������������������������������������������������������������������������������175

Part 2: Troubleshooting ■ ���������������������������������������������������������������������������� 205

Chapter 6: Printing for the First Time ■ ����������������������������������������������������������������������������207

Chapter 7: Solving Hardware Issues ■ �����������������������������������������������������������������������������245

Chapter 8: Solving Software Issues ■ �������������������������������������������������������������������������������271

Part 3: Maintenance and Enhancements ■ �������������������������������������������������� 295

Chapter 9: 3D Printer Maintenance: Inspection and Adjustment Tasks ■ ������������������������297

Chapter 10: 3D Printer Maintenance: Preventive and Corrective Tasks ■ ������������������������327

Chapter 11: 3D Printer Enhancements ■ ��������������������������������������������������������������������������369

■ Contents at a GlanCe

vi

Part 4: Mastering Your Craft ■ ��������������������������������������������������������������������� 427

Chapter 12: Working with Objects ■ ���������������������������������������������������������������������������������429

Chapter 13: Taking It to the Next Level ■ ��������������������������������������������������������������������������455

Appendix: Common Problems and Solutions ■ �����������������������������������������������������������������481

Index ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������489

vii

Contents

About the Author �������������������������������������������������������������������������������������������������������������� xvii

About the Technical Reviewer ������������������������������������������������������������������������������������������� xix

Acknowledgments ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� xxi

Introduction ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� xxiii

Part 1: ■ Getting Started with 3D Printing �������������������������������������������������������������������������1

Chapter 1: Introduction to 3D Printing ■ ������������������������������������������������������������������������������3

Getting Started ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������3

What Is 3D Printing? ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 4

How Does FFF Work? ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5

3D Printing Software ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������7

Computer-Aided Design ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 8

CAD Software Choices ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 9

Blender ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 10

OpenSCAD ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 12

Thingiverse: An Object Repository �����������������������������������������������������������������������������������������������13

Computer-Aided Manufacturing �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15

CAM Software Choices ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 17

MakerWare ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 18

Slic3r ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 22

Filament Properties ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������23

Firmware ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 25

Firmware Choices ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 26

Printer Control ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 30

■ Contents

viii

Pronterface ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31

Repetier-Host ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 32

3D Printer Hardware �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 36

Axis Movement ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 37

Minimum and Maximum Endstops and Crashes �������������������������������������������������������������������������38

Stepper Motors ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 40

Extrusion Mechanism (Extruder)�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 41

Build Platform ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 43

Electronics ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 44

Frame ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 45

Filament Types ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 47

ABS vs� PLA: Which Is Best? �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 49

Switching Filament ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 49

What You Can Expect from a 3D Printer ��������������������������������������������������������������������������������������50

Ease of Use ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 50

Print Quality ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51

Reliability ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51

Maintainability ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 52

Summary �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������52

Chapter 2: Getting a 3D Printer ■ ���������������������������������������������������������������������������������������53

Classes of 3D Printers �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������53

Professional Grade ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 54

Consumer Grade �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 57

Hobbyist Grade (RepRap) ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 62

Sourcing Your Own Printer Kit �����������������������������������������������������������������������������������������������������70

Make a Plan ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 70

Rules of Acquisition13 ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 72

Danger Ahead ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 73

3D Printer Features ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������74

Build Volume �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 74

Filament ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 75

■ Contents

ix

Hot End Types ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 75

LCD Panel ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 78

SD Card Reader ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 78

Filament Cartridge System ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Network Connection �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Wireless Support ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Adjustable Print Bed �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Filament Cleaner ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Filament Spool Holder ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Heated Print Bed �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Cooling Fans for the Print Bed ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79

Electronics Cooling Fan ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 80

Auto Bed Leveling ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 80

Build or Buy? �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������81

Reasons for Building Your Own 3D Printer ���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 81

Reasons for Buying a Ready-to-Print 3D Printer ������������������������������������������������������������������������������������������������� 81

How Do I Decide? ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 82

Buying a Used 3D Printer ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 82

Summary �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������84

Chapter 3: 3D Printer Building: Tips for a Successful Build ■ ��������������������������������������������85

Tools and Skills Required ������������������������������������������������������������������������������������������������������������85

Tool Quality: Does it Matter? �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 86

Tools �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 87

Skills ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 102

3D Printer Kits Revisited������������������������������������������������������������������������������������������������������������103

Complete ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 104

Parts Only ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 105

Component �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 106

3D Printer Build Tips ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������107

General Notes ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 108

Frame Components ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 113

■ Contents

x

The Moving Parts ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 116

Electronics ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 118

Preflight Checks ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 123

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������127

Chapter 4: Configuring the Software ■ �����������������������������������������������������������������������������129

Setting up and Configuring the Firmware on Your Printer ���������������������������������������������������������129

Choosing Your Firmware ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 129

Getting Started with Marlin ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 130

Arduino Tutorial �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 131

Downloading Marlin ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 133

Prerequisite: Do the Math ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 134

Configuring Marlin ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 142

Compiling and Uploading ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 151

Project: Customizing Marlin ������������������������������������������������������������������������������������������������������152

Adding Custom Menu Items������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 153

Displaying a Welcome Message ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 154

Installing Software on Your Computer ���������������������������������������������������������������������������������������156

Choosing Your Printer Controller ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 156

Installing Repetier-Host ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 158

Connecting Your Printer ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 158

Running the Preflight Tests �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 163

Project: Building a 3D Printer Print Server ��������������������������������������������������������������������������������164

Raspberry Pi Tutorial������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 165

Setting up the Raspberry Pi Hardware �������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 166

Setting up the Raspberry Pi Software ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 168

Connecting and Using OctoPi ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 168

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������174

■ Contents

xi

Chapter 5: Calibrating the Printer ■ ���������������������������������������������������������������������������������175

Setting the Endstops �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������175

X-Axis Endstop �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 176

Y-Axis Endstop ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 178

Z-Axis Endstop ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 181

Calibrating the Stepper Drivers �������������������������������������������������������������������������������������������������184

Calibrating the Axes ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������185

Tools Required ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 186

X Axis ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 186

Y Axis ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 190

Z Axis ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 191

Calibrating the Extruder ������������������������������������������������������������������������������������������������������������193

Leveling the Heated Print Bed ���������������������������������������������������������������������������������������������������199

Frame and Chassis ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������203

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������204

Part 2: Troubleshooting ■ ���������������������������������������������������������������������������� 205

Chapter 6: Printing for the First Time ■ ����������������������������������������������������������������������������207

Preparing the Printer for Printing ����������������������������������������������������������������������������������������������207

Preparing Your Print Surface ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 207

Setting the Z-Height ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 223

Slicer Calibration ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 224

Printing Your First Object �����������������������������������������������������������������������������������������������������������233

Printing Process ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 233

Calibration Prints ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 235

Finding Things to Print ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������239

Getting Started �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 239

Searching ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 240

Downloading ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 241

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������243

■ Contents

xii

Chapter 7: Solving Hardware Issues ■ �����������������������������������������������������������������������������245

Troubleshooting Techniques ������������������������������������������������������������������������������������������������������246

Create a Baseline ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 247

Observe and Record ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 248

Consider the Possible Causes ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 249

Choose a Cause and Implement a Strategy to Correct �������������������������������������������������������������������������������������� 250

Hardware Problems �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������251

Filament ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 251

Extruder and Hot End ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 254

Adhesion ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 257

Axes and Chassis ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 263

Electrical ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 265

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������269

Chapter 8: Solving Software Issues ■ �������������������������������������������������������������������������������271

Slicer �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������271

First-Layer Adhesion ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 272

Print Quality ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 276

Scaling ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 281

Orientation ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 282

Filament and Extrusion �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 287

Printer Controller �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������291

Communication Failures ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 292

Axis Crashes ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 292

Firmware �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������293

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������293

■ Contents

xiii

Part 3: Maintenance and Enhancements ■ �������������������������������������������������� 295

Chapter 9: 3D Printer Maintenance: Inspection and Adjustment Tasks ■ ������������������������297

Getting Started with Maintenance ���������������������������������������������������������������������������������������������298

Keep Your Area Clean and Free of Clutter ���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 298

Organize Your Tools for Quick Access ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 299

Unplug Your Printer �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 299

Take Your Time ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 299

Record Your Observations ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 300

Basic Maintenance Tasks ����������������������������������������������������������������������������������������������������������301

Inspection Tasks ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 301

Adjustment Tasks ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 312

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������326

Chapter 10: 3D Printer Maintenance: Preventive and Corrective Tasks ■ ������������������������327

Preventive Tasks ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������327

Cleaning the Printer ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 328

Lubricating Moving Parts ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 336

Replacing Worn Parts ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 340

Got Spares? �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������340

Printing Spares �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 341

Recommended List of Spares ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 342

Corrective Tasks ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������344

Clearing a Clogged Nozzle ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 346

Replacing Broken or Worn Plastic Parts ������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 351

Repairing Broken ABS Parts ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 353

Replacing Extruder Gears ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 355

Replacing Belts �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 357

Bearings, Bushings, and Rods ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 364

Replacing Filters ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 366

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������367

■ Contents

xiv

Chapter 11: 3D Printer Enhancements ■ ��������������������������������������������������������������������������369

Types of Enhancements ������������������������������������������������������������������������������������������������������������369

Farkles ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 370

Quality Enhancements ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 372

Feature Upgrades ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 376

Upgrading Your Printer: Getting Started �����������������������������������������������������������������������������������380

Do Your Research: Finding Upgrades ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 380

Set Your Goals and Expectations ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 381

Check Your Calibration ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 381

One Upgrade at a Time �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 382

Generic Upgrades: Your First Upgrade ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 382

Printer-Specific Upgrades ���������������������������������������������������������������������������������������������������������385

Printrbot Simple ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 385

Prusa Mendel i2 ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 391

Prusa i3�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 400

MakerBot Replicator 1 Dual ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 411

MakerBot Replicator 2 (and 2X) ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 419

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������426

Part 4: Mastering Your Craft ■ ��������������������������������������������������������������������� 427

Chapter 12: Working with Objects ■ ���������������������������������������������������������������������������������429

Creating Objects ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������429

OpenSCAD Tutorial ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 430

Example: Creating a Thread Spool ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 436

Modifying Objects ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������439

Modifying OpenSCAD Files �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 440

Object Mashup ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 440

■ Contents

xv

Post-Print Finishing �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������443

Preparation Is Key���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 443

Painting�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 446

ABS Acetone Vapor Bath ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 448

Assembling Multipart Things ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 452

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������453

Chapter 13: Taking It to the Next Level ■ ��������������������������������������������������������������������������455

Contributing 3D Models �������������������������������������������������������������������������������������������������������������455

How We Share ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 456

Sharing Etiquette ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 457

Example: Uploading a Thing to Thingiverse ������������������������������������������������������������������������������������������������������ 460

Ideas for Using Your 3D Printer �������������������������������������������������������������������������������������������������467

Spawning a New Printer ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 467

Practical Household Solutions ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 469

Summary �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������479

Appendix: Common Problems and Solutions ■ �����������������������������������������������������������������481

Adhesion Problems �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������482

Extrusion Problems �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������483

Print Quality Problems ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������485

Mechanical or Electrical Problems ��������������������������������������������������������������������������������������������486

Index ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������489

xvii

About the Author

Dr. Charles Bell conducts research in emerging technologies. He is a member of the Oracle MySQL Development team as team lead for the MySQL Utilities team. He lives in a small town in rural Virginia with his loving wife. He received his Doctor of Philosophy in Engineering from Virginia Commonwealth University in 2005. His research interests include database systems, software engineering, sensor networks, and 3D printing. He spends his limited free time as a practicing Maker focusing on microcontroller and 3D printing projects.

Dr. Bell’s research and engineering projects makes him uniquely qualified to author this book. He is an engineer by trade, hobby, and life choice and has extensive knowledge and experience in building, maintaining, and using 3D printers.

xix

About the Technical Reviewer

Rich Cameron (known online as “Whosawhatsis”) is the Vice President of Research and Development at Deezmaker 3D Printers, and the designer of the Bukito portable 3D printer (seen on the back cover of this book). Rich is an experienced open-source developer who has been a key member of the RepRap printer development community for many years. Rich personally built several of the early classic 3D printers, and wrested amazing performance out of even those ancestral machines. When he’s not busy making every aspect of his own 3d printers better, from slicing software to firmware and hardware, he likes to share that knowledge and experience so that he can help make everyone else’s printers better too.

xxi

Acknowledgments

I would like to thank all of the many talented and energetic professionals at Apress. I appreciate the understanding and patience of my editor, Michelle Lowman, and coordinating editor, Kevin Walter. They were instrumental in the success of this project. I would also like to thank the army of publishing professionals at Apress for making me look so good in print. Thank you all very much!

I’d like to especially thank the technical reviewer, Richard Cameron, for his often-profound insights, constructive criticism, and mentoring when I needed it most. I’d also like to thank my friends for encouraging me to write this book. Most importantly, I want to thank my wife, Annette, for her unending patience and understanding during the long hours spent alone writing.

xxiii

Introduction

It is time to face the facts and one of those facts is 3D printers are here. While they have been around for some time, they are rapidly becoming plentiful and popular enough that anyone with a modest budget can afford and enjoy them. They are no longer relegated to the dark subbasements, garages, and poorly lit workshops of the nerdy—almost maniacal—tinkerers.

Intended AudienceI wrote this book to share my passion for 3D printers with everyone who wants to join the 3D printing world but isn’t prepared or has the time to devote to digging through thousands of web posts and poorly written wikis, and slogging through fact and fiction in order to learn the skills needed to use and maintain a 3D printer. It is my hope that this book fills the gap from the thin and in some cases nonexistent user’s manual to the accumulation of knowledge and experience of the expert.

This book therefore is for novice and intermediate 3D enthusiasts who want to master their 3D printers. Even enthusiasts who have been using their printers for several years will find information in this book that will help further enhance their skills.

More importantly, I wrote this book to help those who have become frustrated trying to learn how to use their printers. I have talked with and read the remorseful laments of those who have thrown the towel in after failing to get their printers to print more than a useless pile of tangled filament. If I never again see for sale a partially assembled or new printer with less than 10 hours on it, I will have achieved this goal immeasurably. Perhaps that is too much to wish for, but if I get one person to turn his or her lament to enjoyment, I’ll be happy.

How This Book Is StructuredThe book is divided into four parts. The first part covers general topics, including a short introduction to 3D printing, build tips, configuration, and calibration. The second part covers troubleshooting hardware, software, and print problems. The third part covers printer maintenance and improvements. The fourth part includes topics on designing parts, working with parts after they are printed, and contributing to the growing 3D printing community.

Part I: Getting StartedPart I of the book is designed to get you started in 3D printing and includes a short introduction to 3D printing technology, software, and hardware. Topics include choosing the right filament, getting and building a 3D printer, calibrating and setting up your printer, as well as configuring your software and helpful tips on printing your first objects and fine-tuning your printer.

Introduction to 3D Printing• . Chapter 1 presents an introduction to 3D printing, including the anatomy of a 3D printer and the software used in printing and filaments types.

Getting a 3D Printer• . Chapter 2 covers the classes of 3D printers, a description of the features found on 3D printers, as well as a discussion on whether to buy or build your own 3D printer.

■ IntroduCtIon

xxiv

3D Printer Building• : Tips for a Successful Build. Chapter 3 includes a comprehensive discussion on the types of tools needed to build and maintain 3D printers. It also includes a section on building your own 3D printer, in the form of helpful tips for a successful build.

Configuring the Software• . Chapter 4 presents how to install the software on your computer and printer. It also presents a detailed look at how to configure the Marlin firmware for your printer.

Calibrating the Printer• . Chapter 5 presents the most vital tasks for preparing your printer, including calibrating the hardware to function properly. From axes, endstops, and electronics, this chapter will help you get your printer calibrated correctly.

Printing for the First Time• . Chapter 6 will help you prepare your print surface for printing by closely examining the types of print surface treatments, including which to use for each filament type. It also covers setting the Z-axis initial height, configuring the slicer to generate print files, and ideas for some things to test your printer.

Part II: TroubleshootingPart II provides a look into the sometimes baffling world of troubleshooting 3D printers and print quality. It includes chapters on diagnosing hardware and software problems. You will learn how to diagnose print quality issues like first-layer adhesion (lifting) and other anomalous print artifacts. Also included are many tips on getting the most out of your hardware.

Solving Hardware Issues• . Chapter 7 provides an introduction on how to conduct troubleshooting, including tips on how to observe and diagnose problems. Specific problems related to hardware issues are examined in-depth, including those related to the filament, extruder, and axes mechanisms.

Solving Software Issues• . Chapter 8 presents those problems that have a software-related cause and include such things as problems generating the .stl file, as well as problems related to incorrect calibration settings in the firmware introduced either by accident, hardware changes, or upgrades.

Part III: Maintenance and EnhancementsPart III will get you familiar with the concepts of maintaining a 3D printer. This includes alignment, adjustment, cleaning, and repairing the components of your printer. You will also learn how to extend the life of your 3D printer by upgrading and enhancing features.

3D Printer Maintenance: Inspection and Adjustment Tasks• . Chapter 9 includes an introduction to performing maintenance, as well as a list of things you can do to spot problems before they occur. It also presents a number of routine things you should do before each print to ensure your printer is working correctly.

3D Printer Maintenance: Preventive and Corrective Tasks• . Chapter 10 presents a detailed look at those maintenance tasks you need to perform periodically to correct wear and alignment issues, such as cleaning and lubricating the moving parts. It also presents topics on how to fix things that go wrong, including several examples of common failures in 3D printers.

3D Printer Enhancements• . Chapter 11 presents a look at how you can improve your printer through the enhancement of existing features, as well as upgrading the printer by adding new features. It also presents a look at several key upgrades for some of the most popular printers.

■ IntroduCtIon

xxv

Part IV: Mastering Your CraftPart IV concludes the journey through the 3D printing world by presenting how you can become a productive member of the 3D printing community. It also includes topics on how to finish your 3D prints with a surface treatment, as well as how to get started designing your own objects. Finally, examples of solutions to real-world problems are presented to give you fuel for sparking your own creativity.

Working with Objects• . Chapter 12 will get you started on working with objects, beginning with a tutorial on how to use OpenSCAD to design your own objects. Included is a section on how to modify existing objects by combining it with your own OpenSCAD code to further enhance the object. You will also discover how to refine your printed objects with paint and other surface treatments.

Taking it to the Next Level• . This final chapter presents suggestions and etiquette on how to join the 3D printing community. It also presents some advanced projects for your 3D printing, including how to spawn your own 3D printer and some examples you can use with your 3D printer to solve real-world problems in your home.

AppendixThe appendix contains diagnostic charts to help you zero-in on the cause of a print quality issue, a failure, or other problems with hardware and software.

How to Use This BookThere are several ways you can use this book, depending on your experience level and, of course, the time you have to devote to study. After all, you want to enjoy your new acquisition, yes? The following sections describe some likely levels of experience. You may find that you fit into several categories—that’s OK. The sections are not intended as the only ways to read and apply the material presented. Indeed, you can read this book cover-to-cover or a single chapter at a time in any order. Only you know your needs. However, if you want some guidance, I provide such next.

New to 3D PrintingThis section is for those who are new to 3D printing and have either just bought a printer or plan to in the near future. It also covers those who want to learn to build their own 3D printer. You will learn all about 3D printers, including the hardware used to build them and the software to run them.

If this fits your needs, I recommend you read through the first two parts of this book before trying to spend a lot of time with your printer. This applies even to those who have purchased a commercial printer. The time you spend reading about and later executing calibration and proper setup may make the difference between buyer’s remorse and enthusiasm.

Once you have your printer going and have had success printing several things, you can move on to the third part of this book, which will help you understand the maintenance needs of your printer. There is also a chapter on adding features your printer is missing. When you are ready to learn what more you can do with your printer, including post-print finishing your things, you can dive into the fourth part of the book.

■ IntroduCtIon

xxvi

You Own a 3D Printer, but Need Help Getting it Working WellThis section covers topics for those of you who have had some experience with a 3D printer but want to learn about how it works, and more importantly, how to tweak your printer to improve its print quality.

If this is you, I recommend skimming through the first part of the book to ensure that you have learned all of the key concepts of 3D printing. Even if you already have your printer set up and have software installed, it is a good idea to read about those topics in a more general aspect. If nothing else, you will see some of the choices you could make concerning filament, hardware, and software solutions.

From there, I recommend reading through the second and third parts of this book, one chapter at a time, to apply the techniques you’ve learned. This includes proper calibration, setup, maintenance, and troubleshooting your prints. The troubleshooting chapters alone are the one area where intermediate enthusiasts have a lot of frustration. As I mention in one chapter, there are a lot of opinions and solutions out there for common maladies; some are no more than voodoo or wishful thinking, some work for a few, and most are too specific to a particular model or situation to be a general cure. If you are having print issues, you will learn many solutions that can make almost all of your problems vanish.

Once you have your printer dialed in and your printing woes cured, take a look at the fourth part of the book to learn how you can take your hobby to the next level by finishing your prints with surface treatments, learning to become a member of the 3D printing community by sharing your ideas and designs.

You Own a 3D Printer, but Want MoreThis section is for those who have been using a 3D printer but feel there is something more out there.1 In other words, those of you that want to further immerse yourselves into your 3D printing hobby and become more than a user—you want to become a true 3D printing enthusiast.

If you find that you are in this group—and since you are likely to have some experience in most areas, I recommend starting with the table of contents and reading each chapter in which you would like to learn more or perhaps recap your existing knowledge. This applies mainly to the first part of the book.

However, I recommend that you read the second and third parts carefully because good troubleshooting and maintenance are key skills that you must master to achieve the level of enthusiast. Furthermore, the fourth part should become your call to reach out with your newly refined skills to help others.

Downloading the CodeThe code for the examples shown in this book is available on the Apress web site (www.apress.com). A link can be found on the book’s information page under the Source Code/Downloads tab. This tab is located underneath the Related Titles section of the page.

Contacting the AuthorShould you have any questions or comments—or even spot a mistake you think I should know about—you can contact me—the author—at [email protected].

1I was there once a few years ago so I know exactly what you’re thinking!