La Original Prusa MMU3 è la nostra soluzione efficiente per le MK3S+ e MK4, che consente a queste stampanti 3D a ugello singolo di stampare utilizzando fino a 5 filamenti. Anche se la MMU3 per MK3S+ è stata lanciata da più di tre mesi e sta ricevendo ottimi riscontri, la variante MK4 continua a essere rinviata. In questo diario di sviluppo, vorremmo parlare dei problemi tecnici che abbiamo incontrato, di come li abbiamo risolti e di ciò che resta da capire prima di poter iniziare a spedire le unità di produzione.

Affidabilità della MMU3 per MK3S+

Il motivo principale per cui è nato il successore dell’MMU2S è stato quello di migliorarne l’affidabilità e la facilità d’uso senza dover ricorrere a lunghe messe a punto e calibrazioni. Stiamo spedendo l’aggiornamento MMU3 per MK3S+ già da più di tre mesi (da luglio scorso) e siamo felicissimi di constatare che l’affidabilità osservata nei nostri beta test interni ed esterni si sta rivelando anche nell’esperienza dei clienti. Ottenere stampe a 5 colori di oltre 70 ore con zero interventi è esattamente ciò a cui puntavamo.

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Naturalmente, vogliamo che la MMU3 per l’MK4 sia altrettanto affidabile ed efficiente, se non addirittura di più. Tuttavia, stiamo incontrando difficoltà nell’eguagliare le prestazioni dell’MK3S+. Perché?

Capire il calo di affidabilità della MMU3 su MK4

Sia la MK3S+ che la MK4 utilizzano la stessa unità MMU3, senza alcuna differenza. Quindi c’è da chiedersi: se la MMU3 funziona bene sulla MK3S+, perché non è altrettanto affidabile sulla MK4? La differenza sta nella testina di stampa. Ciascuna stampante utilizza un sistema di estrusione e hotend completamente diverso. Inoltre, la stampante si basa su una scheda madre e su un’architettura firmware diversa.

Quando abbiamo annunciato per la prima volta la MMU3 nel marzo 2023, avevamo già tutto pronto e funzionava in modo affidabile sia con l’MK3S+ che con l’MK4. Stavamo preparando le unità per i beta tester esterni e ci aspettavamo che le unità di produzione iniziassero a essere spedite alla fine di giugno. L’unico problema era la nostra capacità produttiva. Tuttavia, non appena è arrivata l’estate e le temperature ambientali in tutte le nostre farm di prova sono aumentate di 6-10 gradi Celsius, abbiamo iniziato a riscontrare un calo di affidabilità della MMU3 sulla MK4 (ma non sulla MK3S+). La causa principale era dovuta alla formazione di fili sottili di filamento e al loro accumulo vicino agli ingranaggi di trasmissione.

Anche sulla MK3S+ comparivano queste stringhe, ma in misura molto minore. Inoltre, l’estrusore della MK3S+ ha un design piuttosto aperto e il percorso del filamento è completamente rettilineo, quindi non abbiamo riscontrato alcun problema durante i nostri test. Sulla MK4, invece, questi ciuffi di filamento apparivano molto più frequentemente e causavano molti problemi con i carichi e gli scarichi ripetuti.

Un caso estremo di formazione di una stringa di filamenti sulla punta

Individuare la causa di questi filamenti sottili ci ha portato nella tana del bianconiglio a indagare su cosa fosse cambiato e a cercare modi per rendere di nuovo perfette le punte. Abbiamo cambiato ugelli, temperature di stampa e ambientali e velocità. Il risultato di questa complessa ricerca si traduce in una nuova logica per la sostituzione del filamento.

Strategia di cambio filamento completamente nuova – eliminazione delle stringhe

Innanzitutto, vorrei riassumere come funziona il cambio di filamento sulla MMU3 con la MK3S+.

1. La testina di stampa si muove sopra la torre di pulitura
2. Ramming veloce – estrudere rapidamente un breve tratto di filamento per formare una bella punta
3. Il filamento viene scaricato fino all’unità MMU.
4. Il selettore si sposta nella nuova posizione e carica il filamento nella testina di stampa.
5. La testina di stampa inizia a estrudere nella torre di pulitura/riempimento/oggetto di pulitura e il colore del filamento estruso cambia gradualmente.

In questo processo, l’ugello è pieno del filamento usato in precedenza fino al passaggio 5. Quando utilizziamo questo processo sulla MK4, la retrazione nel passaggio 3 causa l’estrazione di una piccola quantità di filamento fuso, che genera questo problematico e sottile filo di plastica. Nel passaggio 5, il nuovo filamento deve spingere fuori tutta la plastica fusa. Quindi la fase 5 è anche quella in cui si genera la maggior parte dei rifiuti..

Per eliminare i piccoli ciuffi o le stringhe di filamento sulla MK4, abbiamo creato una strategia completamente nuova per cambiare il filamento, progettata appositamente per la geometria di Nextruder. Si tratta di una strategia vagamente simile a quella di un tiro a freddo.

1. La testina di stampa si muove sopra la torre di pulitura
2. Si verifica un ramming rapido: la stampante si muove alla massima velocità e tutto il filamento fuso viene spinto dall’ugello nella torre di pulitura. Inoltre, l’estrusione rapida raffredda un po’ l’ugello.
3. “Timbratura” – a questo punto, il filamento solo parzialmente riscaldato viene rapidamente premuto contro l’interno dell’ugello per migliorare la forma della punta (creando un calco negativo dell’ugello).
4. Il selettore si sposta nella nuova posizione e carica il filamento nella testina di stampa.
5. Viene effettuata una piccola estrusione nella torre di pulitura per stabilizzare il flusso, ma il colore è quasi immediatamente pulito.

In questo modo, la plastica fusa nell’ugello dopo la fase 3 è minima o inesistente, per cui con il Nextruder della MK4 possiamo ottenere punte di filamenti uniformi, anche in presenza di temperature ambientali molto elevate. Lo stiamo testando continuamente in una speciale camera di prova a clima controllato, in grado di gestire una piccola farm di stampa. Abbiamo trascorso mesi a perfezionare questa nuova routine di cambio del filamento, catalogando l’effetto che ogni piccola differenza ha sulla punta del filamento.

La punta del filamento con la nuova strategia di scarico

Un gradito effetto collaterale di questa nuova strategia è la riduzione degli scarti. La maggior parte di essi si verifica ora nella fase di ramming (fase 2), ma poiché la miscelazione dei colori è minima, gli scarti complessivi si riducono.

La messa a punto di questa nuova strategia è stata un processo lungo e tedioso, in quanto ogni modifica richiede almeno 2-3 giorni di stampa ininterrotta sull’intera farm di stampa MMU per ottenere un campione significativo in termini di aumento o diminuzione dell’affidabilità. Ci è voluto fino alla fine di agosto per arrivare a un punto in cui fossimo soddisfatti delle punte generate da questa procedura a diverse temperature ambientali. E i nostri sviluppatori sono ancora cauti nel definirla la “versione finale” della procedura di cambio filamento sulla MK4. Ad esempio, vorremmo testare un campione molto più ampio di colori e marche di filamenti.

Vi chiederete perché ci siamo ostinati a realizzare le punte senza fili. Per due motivi principali. In primo luogo, questo sistema ci consente di scaricare la maggior parte del materiale dall’hotend e di riutilizzarlo per la prossima volta che sarà necessario questo colore. In secondo luogo, dal momento che l’ugello è fondamentalmente pulito prima del successivo caricamento del materiale, si verifica una minore miscelazione tra i materiali rispetto alla giunzione o al taglio dei filamenti e al lasciare il resto nell’estrusore. Riduce drasticamente sia gli sprechi che i tempi.

Naturalmente, la soluzione ideale è disporre di testine di strumento completamente separate, come quelle di Original Prusa XL. Con questo tipo di configurazione, la necessità di svuotare l’ugello del colore precedente per ogni cambio di filamento è completamente eliminata. L’efficiente torre di pulitura della MMU3 è la soluzione migliore, che consente alle nostre stampanti 3D a ugello singolo di stampare con un massimo di 5 filamenti.

Problemi attuali della MMU3 su MK4

Con la nuova procedura di caricamento, l’affidabilità della MMU3 sull’MK4 è aumentata in modo significativo. Tuttavia, come accade in caso di cambiamenti importanti come questo, la modifica di un elemento influisce su altre parti del sistema e le cose che funzionavano perfettamente devono essere nuovamente messe a punto.

La MMU3 può effettuare fino a 2.000 cambi di filamento in stampe di grandi dimensioni e tutti devono avvenire perfettamente. Sono sufficienti un paio di cambi di filamento falliti per essere davvero irritanti, anche se nella maggior parte dei casi l’errore è recuperabile (il display LCD mostra cosa è andato storto e come risolverlo).

Stress test della MMU3 sulla MK4 – Stampa a 5 colori – 1500 cambi di filamento

Ad esempio, abbiamo scoperto che il sensore di filamento si attiva in un momento leggermente diverso con le nuove punte di filamento. Questo ha causato buchi nella torre di pulitura e talvolta anche nella stampa. Una cosa simile si è verificata quando abbiamo attivato Input Shaping, Precise Stepping e Pressure Advance (ecco dove si è rivelato l’errore numerico) e abbiamo iniziato a stampare la torre di pulitura ad alta velocità. Ora abbiamo regolato l’algoritmo e risolto entrambi i problemi.

Queste sono le tre cose ancora da sistemare, e sono le cause più comuni dei problemi di stampa. Circa il 15% degli errori è causato da un rilevamento errato del filamento che entra nella testina di stampa. Come per la MK3S+, abbiamo sviluppato una versione alternativa delle parti stampate intorno al sensore del filamento per risolvere questo problema sulla MK4. Invece di rilevare il semplice ingresso del filamento nell’area sopra gli ingranaggi di trasmissione, la nuova leva viene azionata dal filamento che spinge il tenditore ad aprirsi leggermente. Quindi il sensore di Hall si attiva solo quando il filamento entra effettivamente negli ingranaggi di trasmissione. Stiamo ancora iterando questa parte fino a eliminare il problema, o almeno a renderlo estremamente raro.

Con la nuova parte stampata, la leva viene azionata dal filamento che entra nell’ingranaggio di trasmissione e spinge in apertura il tenditore.

Un altro problema un po’ meno comune è il sensore di filamento sull’unità MMU3 che non si attiva correttamente. Poiché questo sensore funziona perfettamente con la MK3S+, il problema è probabilmente causato da piccoli pezzi di residui che a volte vengono ancora generati dal caricamento del filamento e che possono causare il blocco della sfera FINDA durante lo scaricamento.

Il problema più comune al momento (circa il 50% di tutti i problemi) è causato dal fatto che il filamento non passa agevolmente attraverso l’estrusore e nella guida del filamento metallico (il “tubo” collegato all’ugello). Questo può manifestarsi in diversi modi, ad esempio il filamento si blocca sul bordo del tubo. Stiamo lavorando a soluzioni sia meccaniche che firmware, ad esempio una ricarica automatica del filamento che viene avviata quando la stampante rileva questa situazione.

Se si è cambiata l’impostazione della bobina dopo lo slicing del file, la nuova schermata di pre-stampa consente di rimappare i colori, impostare la giunzione delle bobine o ricaricare materiali diversi.

Quando lo spediremo?

I ripetuti ritardi sono frustranti per voi, per i nostri clienti e per il nostro team. Per questo motivo, abbiamo deciso di non iniziare a spedire la MMU3 per l’MK4 finché non saremo sicuri che l’affidabilità raggiunga gli obiettivi prefissati. È estremamente difficile stimare quando ciò avverrà.

È possibile che i nostri tester confermino che le ultime modifiche abbiano risolto i problemi elencati e che saremo pronti a iniziare le spedizioni entro un paio di settimane. Ma c’è anche la possibilità che la soluzione non sia sufficiente e che ci serva ancora più tempo per sistemare tutto. Onestamente non lo sappiamo e, a questo punto, preferiamo dirlo chiaramente piuttosto che darvi una stima a caso.

Ci scusiamo per non aver spedito in tempo la MMU3 per MK4! Sono sicuro che siete curiosi di sapere cosa succederà con gli ordini esistenti: controllate il riquadro sottostante per informazioni dettagliate.

Vi terremo aggiornati sia per quanto riguarda le buone notizie e le spedizioni pronte, sia per quanto riguarda la risoluzione dei problemi e l’ulteriore sviluppo.