Samstag, 31. August 2013

Größerer und schnellerer Druck?

Heute habe ich versucht eines der drei Standbeine zu drucken. 

Nach ca 1 cm in der Höhe ist der A-Achsen Motor, d.h. der Schrittmotor für den Extruder auffällig heiß geworden. Die Einstellung in Mach 3 waren 230Steps/v=4000/a=2000; diese Einstellungen waren um mit "retraction-Filamentrückzug" zu fahren. Ich habe es nach sehr langem versuchen dennoch nicht hinbekommen, dass der Motor das Filament zurückzieht ohne dabei irgendwelche Probleme bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten zu erzeugen. 
Die Lösung des heißlaufens: 230Steps/400/200, wobei vereinzelt Schrittverluste auftraten. Ich werde versuchen die Motortunings auf 230Steps/200/200 einzustellen.

Ach ja und extrem ärgerlich war es, dass das gute Bauteil nach 2,5 h nicht zu ende gedruckt wurde, da ich an dem PC saß auf dem MACH3 läuft. Vom Mozilla Browser auf Mach3 geklickt und das Programm hat einen Ratterer an der Maschine erzeugt-> Schrittverluste und alles umsonst. 
P.S. Die Steuerkarte + Mach3 läuft mit einem Kernelspeed von nicht 35kHz sondern 100kHz, wobei dieser wieder ein bisschen zu hoch ist.

Nachtrag: Das Problem des kurzen hängenbleibens von Mach3 trat nur bei höheren Kernelgeschwindigkeiten auf. Bei  35kHz tritt das Problem nicht auf.

Meine Bestrebung hohe Verfahrgeschwindigkeiten zu erreichen sind an ihre Grenzen gestoßen. Egal welche Parameter ich optimiere, sei es der Kernel, die Verfahrgeschwindigkeit, die Motorbeschleunigung, der Vorschub...uvm. Ich kann maximal mit 1100 mm/min = 16,7 mm/s verfahren. Der Grund hierfür liegt bei der Steigung der Trapezgewindespindeln TR10x2 mit P=2 ist diese einfach zu gering. Falls ich Vorhaben werde die Geschwindigkeiten weiter zu optimieren, sehe ich mich gezwungen auf Trapezgewindespindeln mit höherer Steigung, z.B. 12x6 oder Kugelgewindetriebe umzurüsten. Wer sich einen 3D Drucker aufbauen möchte sollte hier auf keinen Fall sparen und gleich zu Kugelgewindetrieben (Kugelumlaufspindeln) greifen, da Sie sonst doppelt kaufen. Ich kann mir sehr gut vorstellen, dass die Messing oder Kunststoffgewindemuttern bei hohen Drehzahlen warm bzw. heiß werden, was zu Genauigkeitsverlusten führen würde.

Die maximale Verfahrgeschwindigkeit mit 16,7mm/s ist wirklich nur für typische Fräsarbeiten und Gravierarbeiten im Hobbybereich akzeptabel. Bei einem gut ausgelegten 3D-Drucksystem können Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 300mm/s und mehr erreicht werden. Hierfür wird aber ein "Airtripper" - Bowdenextruder und eine Leistungsfähige Heizpatrone benötigt. 

Nachtrag 24.12.2014:  Die Fräse läuft bei gleichen Komponenten nun mit 1500 mm/min.  Steuerkarteneinstellungen wurden auf 50% Decay, 1,8A Motorstrom und Eingangspannung wurde von 34V auf 36 Volt erhöht. Schrittmodus liegt bei 1/8. Die größte Auswirkung auf die Geschwindigkeit hatte die Eingangspannung.

Montag, 26. August 2013

Nivellierbares Druckbett - ganz simpel nachgebaut!


http://www.sunart.de/sites/default/files/styles/galleria_zoom/public/produktbilder/s_rot_1.jpg Am Wochenende habe ich nun beschlossen die große Granitsteinplatte von meinem 3D Drucker zu entfernen, da diese sehr schwer war und für starke Schwingungen gesorgt hat. Vorstellen kann man es sich durch ein umgedrehtes Pendel. Etwa so wie rechts abgebildet. Das einstellen des Druckbettes mit Papier als Unterlegmaterial und Klammern als befestigung waren sehr unzureichend.

 



















Dieses verzinkte Stahlblech mit 2 mm Stärke wurde an 3 Punkten gebohrt. Die vier unteren Bohrungen waren bereits vorhanden. Denn 3 Punkte reichen vollkommen aus um eine Ebene im Raum zu definieren und somit vollständig einzustellen.

Hier von der Seitenansicht lässt sich sehr gut erkennen, das es sich um eine umgedrehte Schraube handelt, die mit einer Mutter gekontert wird. Daraufhin wird eine Druckfeder positioniert, auf die dann das Druckbett aufgelegt und druch eine weitere Mutter von oben "eingestellt" wird. Anfangs wollte ich Mutter oberhalb und unterhalb des Druckbettes verwenden, dies hätte aber den Nachteil, dass ich jedesmal zum nivellieren zwei Mutter lösen müsste. Ein weiterer klarer Vorteil ist, dadurch das das Druckbett dagegengedrückt wird, entsteht Selbsthemmung und es kann auf Schraubensicherung verzichtet werden. Falls auch der Druckkopf sich fehlerhafterweise zu tief nach unten bewegen sollte, wird das Druckbett abfedern.

Fazit:Zum einstellen müssen nun einfach nur die oberen drei Muttern verstellt werden. Ganz schnell und simpel!

Montag, 19. August 2013

CNC Portalfräse Bauanleitung Bauplan Fräse Low Cost 3D Drucker Printer



Wer möchte kann sich auf meiner Ebayseite einen Bauplan kaufen und diese CNC Fräse nachbauen:


http://www.ebay.de/itm/CNC-Portalfrase-Bauanleitung-Bauplan-Frase-Low-Cost-3D-Drucker-Printer-updated-/181196147379?pt=Industriemaschinen&var=&hash=item2a3021cab3

Falls der Link nicht mehr aktiv sein sollte, können Sie auch einfach CNC Bauplan 3D Drucker in die Suche bei Ebay eingeben und das Angebot mit diesem Bild auswählen oder direkt hier links im Menü erwerben.

Viel Spaß beim Nachbauen.

Filamentwechsel auf 3mm und 0,5 mm Düse

Heute habe ich weitere Motortunings in Mach3 der Steuerungssoftware für CNC Fräsen vorgenommen. Die Motoren verfahren nun schneller und bleiben nicht mehr hängen. Richtig viel geholfen hat die Einstellung auf von 1/8 auf 1/16 Schrittmodus umzustellen. Unter anderem haben die Vibrationen und Resonanzen deutlich abgenommen. Der erste Testdruck des blauen Filamentes zeigt noch einige Fehler. Die Rückzugsgeschwindigkeit war noch nicht ausreichend und vor allem war die Layerhöhe zu hoch gewählt. Bei einem Düsendurchmesser von 0,5 mm hatte ich 0,45 mm Layerhöhe gewählt, was zur geringen Haftung zwischen den Layern geführt hat. Deutliche besserungen haben sich bei einer Layerhöhe von 0,35 mm eingestellt.


In diesem Bild ist der Gesamtaufbau zu sehen. Hinten rechts auf dem Tisch ist eine Verzinkte Platte zu sehen, ich habe auf diese Platte ein Magnetstativ angebracht und einen Kreuzverbinder mit Alurohr um die Rolle mit dem Filament zu halten.

Die Granitplatte sorgt für ein erhöhtes Maß an Ebenheit, die von meiner Holzkonstruktion leider nicht gewährleistet werden kann.
Je langsamer Schrittmotoren drehen, desto mehr Verlustleistung entsteht und somit auch Wärme. Meine Schrittmotoren werden im Dauerbetrieb bis zu 50°C heiß, diese Temperatur ist vollkommen normal. Um es für die Motoren aber erträglicher zu machen, die Lebensdauer zu verlängern und die Wärmebelastung nicht unnötig hoch zu halten, kühle ich die Motoren. An der X-Achse sind zwei passive Kühler befestigt. an der Y-Achse, hier schlecht erkennbar, ist ein Wasserschlauch umwickelt an den eine Aquarium Wasserpumpe angeschlossen ist. Die Wasserkühlung funktioniert hervorragend und hält die Temperatur auf bis zu 40°C im Extremfall, wobei die passiven Luftkühler durch einen Ventilator auf dem Karton gelegentlich zusätzlich unterstützt werden müssen.
Gut zu erkennen ist die Aufnahme vom Z-Schlitten auf den Extruder, der mittels Aluminiumprofil realisiert wurde.

NACHTRAG:   Nach weiteren Testphasen habe ich auch den Motorphasenstrom von 2,5A auf 1,8A runtergeregelt und siehe da die Motoren werden nur noch Handwarm und nur bei mehr als 3h Arbeitszeit werden die Motoren ordentlich wärmer. Genaue Werte habe ich nicht ermittelt. Auf die Passiv- und Aktivkühlung wird nun komplett verzichtet.

Am Anfang war das Licht...

Die ersten Komponenten für den 3D Drucker wurden hergestellt. 



Hier wird gerade die Aufnahme für das Extruder Hot End gefertigt mit 0,3mm Layerhöhe und 20% Infill. Gedruckt wird mit 1,75 mm PLA auf unbeheitztem 1 mm Edelstahlblech, dazwischen befindet sich doppelseitiges Klebeband.
 Hier ist nun die Extruderaufnahme fertiggestellt und gut zu erkennen sind auch die 3 Teil rechts daneben. Ganz rechts ist die Spule für die 3 Schrittmotoren gelungen. Dazwischen sind zwei Missglückte Spulen, der Schrittmotor ist hier kurzzeitig hängen geblieben und hat Schrittverlust bzw. Datenverlust erlitten, was zur Folge hatte  das die folgenden Layer verschoben gedruckt werden.

Das ist das Mittelstück, bei dem ich leider dummerweise nach 3 h Druckzeit gemeint habe ich müsse an den Motoreinstellungen experimentieren, somit wurden einige obere Layer komplett verschoben. 

Sehr wichtig! In Slic3r ist bei den Printereinstellungen bei beenden des Druckes für das Anheben des Druckkopfes ein Z Wert von 50 eingetragen. Das Bauteil hat aber eine Höhe von ca. 58 mm, somit würde nach der Herstellung der Druckkopf wieder in das Bauteil gedrückt werden.
Die drei erfolgreich gedruckten Komponenten von gestern. Links ist die Schlittenaufnahme für die Linearlager gedruckt.

Freitag, 16. August 2013

Einfaches Hotend für den Extruder gestalten - Teflon Version

Die Idee mit dem Keraflott ist nicht schlecht bei Betrachtung der Isolationsfähigkeit, aber das Gewicht würde mehr betragen. Der Aufwand würde auch sehr groß sein, die Form zu erstellen, wobei falls ein 3D Drucker zur Hand ist könnte die Form mit dem Kern einfach ausgedruckt werden. Teflon als Rundmaterial ist nicht extrem teuer und muss auch nicht unbedingt Kühlrippen aufweisen. Selbstverständlich ist es besser, wenn die Kühlfläche vergrößert wird.

Hier stelle ich noch eine Version aus Teflon vor. Die Madenschrauben werden passend gebohrt und einfach in das Teflon eingeschraubt. Der Heizblock kommt dann später auf die Madenschraube drauf, die als Düse dient. Das Hotend wird später mit einer kraftschlüssigen Verbindung auf die Deltadruckplattform geklemmt.
Teflon als quadratisches Halbzeug und abgedreht mit Madenschrauben
Der Heizblock wird direkt an das Teflon geschraubt und die Madenschraube bildet die Düse. Oben wird ein D4x2 mm Teflonschlauch eingesetzt.

Einfaches Hotend für den Extruder gestalten - Keraflott Version

Da ich den 3DRS nachbauen möchte und vor habe den Druckkopf so leicht wie möglich zu gestalten möchte ich mein Hotend selber entwickeln. Die Idee ist ganz Simpel. Das ist ein Querschnitt des Hotends. Für bessere Isoliereigenschaften gegossenes Keramik-"Keraflott". Es müsste ein Kern eingebaut werden, um den Hohlraum zu erzeugen. Die Schraube wird bereits vorgebohrt in die Gussform eingelegt und eingegossen. Oben befindet sich ein PTFE Infit, dies ist einfach ein PTFE Röhrchen für geringe Reibungsverluste. Die Schraube wird zuvor auf einer Drehbank eingespannt und eine Spitze abgedreht. Der Heizblock wie gewöhnlich aufgeschraubt und gekontert.




Nach meinen Berechnungen ergeben 320 mm/s = 19,2 m/s
Daraus folgt bei einem Düsendurchmesser von 0,5 mm und bei 3 mm Filament ein Volumenstrom von 62,8 mm³/s. Daraus resultiert eine Vorratshöhe von 8,88 mm. In der Abbildung oben wird von einer Filamentdicke von 1,75 mm ausgegangen, dafür wird analog eine Vorratshöhe von 22 mm benötigt. Selbstverständlich muss die Heizleistung auch stimmen um diese 22 mm auch in einer Sekunde zu schmelzen.


Donnerstag, 15. August 2013

Heizwiderstand defekt - richtig tauschen

Ich hatte meinen Heizwiderstand auf die Probe gestellt und ordentlich überlastet. Beim wechsel sind folgende Schritte zu beachten:

Reinigen Sie die Bohrung für den Heizwiderstand gründlich mittels Bohrer.

 Verpressen Sie den Heizwiderstand keinesfalls mit enormer Kraft in die Bohrung, da die Hülle des Heizwiderstandes sonst beschädigt wird und mit dem Messing des Heizblockes einen Kurzschluss erzeugt.

Messen Sie nach dem Einbau wieder den Widerstandswert bei Raumtemperatur, dieser ist auf dem Heizwiderstand aufgedruckt. Für 6,8 Ohm ( 6 Ohm 8). Bei einem Kurzschluss ist der Widerstandswert extrem niedrig, z.B. 0,02 Ohm.

Temperaturcontroller für den Extruder

Damit der Extruder eine bestimmte Temperatur einhält wird eine Regelung benötigt. Selbstversändlich kann eine gekauft werden für 15 €, bei Ebay einfach nach PID Regler googeln. Mein Controller wird mit dem Arduino Uno,einem Breadboard, Mosfet, Relais und einem RGB LCD Display aufgebaut:


Einst hatte Ich vor den Controller mit einem Mosfet über Pulsweitenmodulation anzusteuern, dies ist mir aber nicht gelungen, weshalb ich einfach auf das Relais umgestiegen bin. Für die Stromversorgung habe ich ein Labornetzteil gekauft. Es werden 12 V und ca. 1,5 A gebraucht, um mit akzeptabler Aufheizgeschwindigkeit eine Schmelztemperatur von 200°C zu erreichen. Es genügt jedes andere Netzteil mit diesen Weten.

Da mir der ganze Aufbau viel zu unübersichtlich war habe ich mir eine Platine mit dem Isolationsfräsen gefräst. Verwendet wurde eine Hartpapierplatine, da bei Epoxidplatinen der Fräser sehr schnell stumpf wird. Da der Frässtaub elektrostatisch aufgeladen wird, kann dieser nicht einfach so abgesaugt werden. Versuchen Sie diesen mit einem Pinsel zu entfernen und dann abzusaugen oder die Platine zu erden.

 
Für das Ausrichten der Tischplatte mit einer Genauigkeit von +-0,1mm habe ich eine halbe Stunde benötigt. Das Fräsen hat dann nur noch 4:50 Min gedauert.


Seien Sie Vorsichtig beim Löten, die Kupferschicht haftet nicht allzu gut auf dem Hartpapier und kann bei einer bereits angelöteten Komponente durch Druck wieder abgelöst werden.


Alles schön in ein Gehäuse verpackt sieht dann so aus.
Rechts ist weiterhin der Arduinoanschluss erreichbar und links gehen die Eingangs- und Ausgangsleitungen ab. Der weiße vierpolige Stecker wird an den Extruder angeschlossen, dieser greift den Thermistor ab und ist am Heizwiderstand angeschlossen. Die zwei unisolierten Drähte sind für die Stromquelle.

Unter dem Deckel verbirgt sich ein Keypad, zu welchem ich noch Tasten ausdrucken und einbauen werde.

Hier der Code zum download

Umrüsten auf Kunststoffextruder

Im Prinzip sind von der Funktionsweise alle 3D Drucker so aufgebaut wie eine CNC Fräsmaschine. Eigentlicher Unterschied ist, dass eine 4 Achse zum Antreiben eines Extrudermotors hinzugefügt wird. Ein 3D Modell wird dann mittels Programm, z.Bsp. Slic3r "www.Slic3r.org" in Schichten zerteilt und dann auch wieder Schichtweise gedruckt.

Ich habe mir einen Kunststoffextruder für 135€ besorgt und diesen dann an die CNC Fräse angebaut:

Kunststoffextruder - Komplett

Nach einigen Parametereinstellungen hats dann auch mit etwas komplizierteren Geometrien geklappt:
 Die Vase hätte eigentlich innen hohl sein müssen, stattdessen ist diese mit Honeycomb "Honigwaben" Infill
Hier geht soeben eine Helixvase schief
 




Vorstellung CNC Fräse

Ich versuche den RichRap 3DRS nachzubauen. Hierfür benutze ich meine CNC Fräse, die ich zum 3D Drucker umgebaut habe. Die Teileliste ist wie bekannt auf der 3DRS Homepage aufgelistet. Die Fräse besteht aus:  
Spindelvortrieb: Trapezgewindespindel Tr10x2
- Linearführung: Y-Achse auf Linearwagen und X und Z Achse auf Linearkugellager
- Leistungsfähige NEMA23 Motoren mit 180 Ncm bei 2,5A
- KEIN doppelter Spindelantrieb, um bei leicht asynchron laufenden Motoren nicht zu verkanten
- 4. Achse ansteuerbar + 5. Achsmodul zusätzlich erweiterbar
- Nahezu alle Komponenten sind auf eigene Bedürfnisse anpassungsfähig
und somit ist die größe der Anlage modifizierbar
Die Besonderheit sind die selbstentworfenen Linearführungen, bestehend aus U-Profil Aluminium 10x10 mm und Rundmaterial D16 mm:


Mit dem Höhenreisser die Höhe des U-Profils sowie der Rundstange anreißen.
Hier wird gebohrt
Um ein exaktes Bohren zu garantieren werden Prismen verwendet
In die Rundstange wird nun 5x auf eine Länge von ca 800 mm ein Gewinde geschnitten



Vorderansicht des Eigenbauprofiles