Modernização de impressora 3D e avaliação de indicadores de qualidade de impressão

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um processo de retro- fit aplicado à impressora 3D Cliever CL2 Pro Plus, equipamento de cinemática H-Bot disponível no Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Florianópolis. A intervenção substituiu a arquitetura proprietária original por uma plataforma aberta baseada no firmware Klipper, placa controladora BIGTREETECH Octopus Pro v1.1, Raspberry Pi 3 Model B, drivers TMC2209, alimentação em 24 V e sensor de nive- lamento automático CR Touch. A metodologia foi estruturada em três etapas: carac- terização quantitativa do estado original da máquina (baseline); implementação física e lógica do retrofit; validação experimental pós-intervenção por meio de ensaios tér- micos, cubos de calibração, modelo #3DBenchy e protocolo Autodesk-Kickstarter. Os resultados evidenciaram ganhos expressivos: o tempo médio de aquecimento da mesa foi reduzido de 16 min 55 s para 8 min 30 s (redução de 50%), e o bico extrusor de 3 min 41 s para 1 min 56 s (redução de 47%). Nos ensaios de impressão, o tempo real do #3DBenchy reduziu em 42% e o do modelo Autodesk-Kickstarter em 52%. Do ponto de vista dimensional, o erro médio no eixo Y dos cubos de calibração foi redu- zido de +1,60% para +0,45%, representando redução de 72% no desvio sistemático associado ao acoplamento cinemático H-Bot. A integração do CR Touch estabilizou a primeira camada com malha de compensação de amplitude 0,127 mm, e a modifica- ção no sistema de resfriamento favoreceu o desempenho em pontes horizontais. Ape- sar dos ganhos obtidos, permaneceram limitações associadas ao controle de fluxo, ringing, overhangs e Z-banding, indicando a necessidade de calibrações dinâmicas e intervenções mecânicas futuras. Conclui-se que o retrofit foi tecnicamente viável, re- cuperou a funcionalidade do equipamento e o transformou em uma plataforma aberta, documentada e replicável para ensino, pesquisa e desenvolvimento em Engenharia Mecatrônica..

This work presents the development and validation of a retrofit process applied to the Cliever CL2 Pro Plus 3D printer, an H-Bot kinematic equipment available at the Federal Institute of Santa Catarina (IFSC), Florianópolis Campus. The intervention replaced the original proprietary architecture with an open platform based on the Klipper firmware, BIGTREETECH Octopus Pro v1.1 controller board, Raspberry Pi 3 Model B, TMC2209 stepper drivers, 24 V power supply, and CR Touch automatic bed leveling sensor. The methodology was structured in three stages: quantitative characterization of the ma- chine’s original state (baseline), physical and logical implementation of the retrofit, and experimental post-intervention validation through thermal tests, calibration cubes, the #3DBenchy model, and the Autodesk-Kickstarter protocol. Results demonstrated sig- nificant gains: average bed heating time was reduced from 16 min 55 s to 8 min 30 s (50% reduction), and the extruder nozzle from 3 min 41 s to 1 min 56 s (47% reduc- tion). In printing tests, the #3DBenchy real execution time decreased by 42% and the Autodesk-Kickstarter model by 52%. From a dimensional standpoint, the mean error in the Y-axis of calibration cubes was reduced from +1.60% to +0.45%, represent- ing a 72% reduction in the systematic deviation associated with H-Bot kinematic cou- pling. CR Touch integration stabilized first-layer adhesion with a compensation mesh of 0.127 mm amplitude, and the modified cooling system improved bridging performance. Despite these gains, limitations persisted in flow control, ringing, overhangs, and Z- banding, indicating the need for future dynamic calibrations and mechanical interven- tions. It is concluded that the retrofit was technically feasible, restored the equipment’s functionality, and transformed it into an open, documented, and replicable platform for teaching, research, and development in Mechatronics Engineering.