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Teil II, 3D-Drucker

In diesem zweiten Teil werden Erweiterungen und Verbesserungen für den 3D-Drucker vorgestellt. 3D-Teile im STL-Format zum Download komplettieren die Beiträge.

Themen im Überblick

Verbesserung der Stabilität des Druckers

Abspulvorrichtung für das Filament

Kühlgebläse am Druckkopf

Der neue Radiallüfter

Einbau eines neuen grafischen DisplaysEinbau eines neuen grafischen Displays

Firmwareupgrade von Marlin auf 1.1.4

Austausch der Gewindestangen durch Trapezgewindestangen für den Z-Antrieb

Eine Kabelkette für die X-Achse

Schaltmodul für das Heizbett

Verbesserung der Stabilität des Druckers

Dazu wurde der Drucker mit zwei Alu-Winkeln, die mit dem vorderen und hinteren Druckerrahmen verschraubt sind auf eine 15 mm starke Multiplex-Platte geschraubt. Dadurch konnte der Rahmen des Druckers, sowie die Z-Achse deutlich stabilisiert werden.

Abspulvorrichtung für das Filament

Die mitgelieferte Abspulvorrichtung für das Filament hat sich nicht bewährt. Sie stand neben dem Drucker und immer wieder gab es Schwierigkeiten mit der Filamentführung zum Druckkopf. Das Filament musste zuerst nach oben und dann wieder nach unten zum Einzug geführt werden. Dabei kam es immer wieder zu Störungen bei der Zufuhr.

Durch die Aufhängung der Spule über dem Druckkopf konnte dies Problem behoben werden. Aufgebaut ist die Abrollvorrichtung aus ein paar restlichen Laminatbrettchen. Die Rolle wird durch ein kurzes Stück PG-Rohr gehalten.

Die Halterung wird lediglich auf den Rahmen des Druckers aufgesteckt. Durch eine verleimte Quertraverse mit Versteifungsecken wird die Konstruktion sehr stabil.

Kühlgebläse am Druckkopf

Durch den zusätzlich angebrachten kleinen Lüfter, 40 x 40 mm, und einer Düse, verbesserte sich das Druckergebnis deutlich. Besonders die feineren Struckturen werden nun wesentlich besser ausgedruckt.

An der am Druckkopf befestigten Halterung für die Düse, ist auch der Lüfter befestigt. Gesteuert wird er über Die Kontrollerplatine des Druckers.

Der neue Radialkühler

Der zuvor vorgestellte Lüfter erwies sich als zu leistungsam. Auch das Anlaufen mit kleiner Drehzahl war nicht überzeugend. Aus diesem Grund wurde ein neues Konzept überlegt, um die Kühlung des Filaments zu verbessern. Zur Befestigung musste auch eine neue Halterung entwickelt werden, die dann ebenfalls am vorhandenen Winkel des Druckkopfes befestigt wurde.

		Die Halterung für den Radiallüfter wird mit dem Winkel am Druckkopf verschraubt.
		Links die neu mit Sketchup konstruierte Ringdüse und dem Druckkopf.
		Der Radiallüfter (50 x 50 x 15 mm) wird mit zwei M4 Schrauben auf der Halteplatte befestigt.
		Die Ringdüse wird nur am Lüfter aufgesteckt und wird zusätzlich durch die beiden seitlichen Stege der Lüfterhalterung gehalten.

Einbau eines neuen grafischen Displays

Ein neues grafisches Display soll das alte Text-Display ersetzen. Relativ preiswert, für etwa 10.- €, werden diese Module im Internet angeboten. Die Bezeichnung hierfür lautet "LCD 12864 Graphic Smart Display Controller for RepRap RAMPS 1.4". Beim Kauf sollte man darauf achten, dass auf der Controllerplatine sich auch ein SD-Card-Slot befindet. Zum Display werden zwei 10-polige Anschlusskabel, sowie ein kleines Adapterboard für den Anschluss der Anzeige an die RAMPS 1.4 Karte. Dieser Adapter wird allerdings für diesen Umbau nicht benötigt.

		Hier wird die ursprüngliche Beschaltung des Text-LCDs (LCD 2004) gezeigt. Oben in der Mitte sind die beiden Kabel zum Anschluss des LCDs eingesteckt. Links das Kabel, welches den Anschluss LCD mit Anschluss EXP1 und rechts das den Anschluss SD Card mit dem Anschluss EXP2 verbindet.
		So sind die beiden Kabel mit der alten Anzeige verbunden.

Eigentlich sollte sich der Umbau auf das neue Grafik-Display recht einfach gestalten, aber es kam ganz anders. Nun aber zuerst die wenigen Änderungen, die an der Firmware noch durchgeführt werden müssen. Kurz gesagt, es muss ein zusätzlicher Treiber für das neue Display in der Arduino-IDE (1.8.1) installiert werden. Diese Library, die U8glib, kann aus dem Internet als Zip-Datei für die Arduino IDE heruntergeladen werden. Sie wird in die Liste der Libraries eingebunden und sollte danach auch dort sichtbar sein.

Als Nächstes muss nun Marlin (1.0.2) PI 3 B Plus, passend zum Drucker, in der IDE geöffnet werden. Die erforderlichen Anpassungen werden in der Datei Configuration.h durchgeführt.

Die Zeile "#define REPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER" wird auskommentiert und in der Zeile für das neue grafische Display "#define REPRAP_DISCOUNT_FULL_GRAPHIC_SMART_CONTROLLER" entfallen die Kommentarstriche am Anfang.

Jetzt muss Marlin neu Kompiliert werden und kann wenn keine Fehlermeldungen aufgetreten sind, auf das Mainborad GT2560 A+ hochgeladen werden.

Nun kann das grafische Display angeschlossen werden. Dabei ist aber unbedingt auf die richtige Belegung/Orientierung der beiden 10-poligen Pfostenstecker zu achten, die auf die Stecker EXP1 und EXP2 aufgesteckt werden.  

Die Kodierung der Steckerwannen EXP1 und EXP2 entsprechen nicht den Erfordernissen. Sie sind um 180° verdreht. Dies muss an den beiden Kabel korrigiert werden.

Hierzu muss jeweils ein Stecker der beiden Kabel  neu, aber um 180° gedreht aufgepresst werden.

Die rote Markierung der Kabel muss nach rechts zeigen, also zum Pin 10 hin und nicht zum Pin 1! Vorläufig sind die beiden alten Stecker noch an den Kabeln vorhanden.

Kabelbelegungen:

Steckerbelegungen:

Mögliche Fehler bei falscher Verkablung:

Original-Kabel angeschlossen: Display bleibt dunkel

Original-Kabel über Kreuz angeschlossen: Display-Hintergrundbeleuchtung und Beeper blinkt bzw. piept im Sekundentakt

Kontrasteinstellung: Die Einstellung auf der Vorderseite unten links (Poti) arbeitet nur "eingeschränkt". Es scheint hier ein Layoutfehler vorzuliegen. Ggf. kann ein Widerstand von ca. 500 Ohm auf der Rückseite eingefügt werden, um den Kontrast zu verbessern.

Der Widerstand von ca. 500 Ohm wird oben rechts zwischen den Lötpunkten 1 und 2 eingelötet.

Ist Alles richtig, sollte sich das Display nach dem Einschalten bzw. dem Rest folgendermaßen melden.

Die Anzeige ist hier jedoch schon in der neuen Version 1.1.4 und nicht in der Version 1.0.2 dargestellt.

Das was jetzt noch fehlt, ist ein ansprechendes Gehäuse. Dabei fiehl die Wahl auf ein bereits fertig konstruiertes Gehäuse bei Thingiverse. Allerdings zeigte sich beim Ausdruck, dass es etwas globig erschien und auch recht viel Leerraum aufwies. Hier lag es nun nahe, ein Stück des Gehäuses mit der Kreissäge abzutrennen, so dass ein pultförmiges Gehäuse entstand.

		Recht große Abmessungen wies das Gehäuse beim Druck von mehr als sechs Stunden auf.
		Nun wirkt es in der Pultform doch deutlich eleganter, das Display lässt sich besser Ablesen und die Bedienung ist ebenfalls geschickter.
		Von der Rückseite, mit eingebautem Display, kann man die neue Form gut erkennen. Die vordere Kante wurde um 20 mm gegenüber der Hinteren verkürzt. Zusätzlich wurden für die beiden Flachkabel noch Schlitze an der Rückwand vorgesehen.
		Jetzt fehlt nur noch ein Deckel, ggf. mit Befestigungslaschen zur Montage neben dem Drucker.

Firmwareupgrade von Marlin auf 1.1.4

Für den 3D-Drucker ist inzwischen eine neue Firmware, Version 1.1.4 erschienen, die sich vom Geetech-Forum herunter laden lässt. Sie ist für den Drucker PI 3 B Plus vorbereitet und enthält auch die "Auto-Bed-Leveling" Funktionen. Wird dies nicht benötigt, so kann man diese Einstellungen in Configuration.h wie folgt deaktivieren.

Dazu werden die drei Zeilen auskommentiert.

Wird, wie hier, das Mainboard GT2560 A+ verwendet muss noch in der Datei pins_GT2560.h der Eintrag set SERV0_PIN von 32 auf 11 geändert werden.

Ggf. müssen noch weitere Parameter, so wie sie in der vorherigen Version sind, LCD, PID Settings, Endschalter, Achsen, Steigung, Bewegungsrichtung der Steppermotore, Sprache  ... eingestellt werden.

Nun wird Marlin neu kompiliert. Sollte dabei folgender Fehler auftauchen "typedef-name 'fpos_t' after 'struct'", kann wie auch im Arduino-Forum beschrieben, dies auf folgende Weise behoben werden. Hierzu wird in der Arduino-IDE unter Werkzeuge --> Board --> Boardverwalter ... More info,  die "Arduino AVR Boards Version" auf 1.6.11 eingestellt bzw. installiert.

Das neue "Marlin" in der Version 1.1.4.

Jetzt sollte man die korrekte Funktion des Druckers testen.

Austausch der Gewindestangen durch Trapezgewindestangen für den Z-Antrieb

Eine weitere Verbesserung des Druckergebnisses soll der Austausch der M8-Gewindestangen durch 8 mm Trapezgewindestangen mit 300 mm Länge ergeben. Wie bereits im 1. Teil beschrieben, eiert (engl.: wobble) dieser Z-Antrieb erheblich, was zu unschönen Kanten bzw. Flächen, in der Senkrechten, führen kann.

Die alten Gewindestangen haben eine Steigung von 1,25 mm, die neuen Trapezgewindestangen jedoch eine Steigung von 2,00 mm. Dies muss in der Datei Configuration.h berücksichtigt werden. Der Parameter DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT enthält an der 3. Position den Wert für die Anzahl der Schritte, die der Schrittmotor machen muss um sich 1 mm  zu bewegen. Dies lässt sich folgendermaßen berechnen:

Anzahl der Schritte = 1mm / Steigung * 200 Schritte * 16 Mikroschritte / Gewindegänge

Je Umdrehung braucht der Motor 200 Schritte, die zusätlich in 16 Mikroschritten unterteilt sind. Für die ursprüngliche Einstellung ergaben sich daraus 2560 Schritte und für die neue Trapezgewindestange erhält man

1mm / 2,00mm * 200 Schritte * 16 Mikroschritte / 4 Gewindegänge = 1600 Schritte

Hieraus ergibt sich folgender geänderter Eintrag in der Datei Configuration.h:

Nach dem Kompilieren und Hochladen sollte die Z-Achse kleinere Wege je Umdrehung zurücklegen. Jetzt kann mit dem Umbau begonnen werden.

Der neue Z-Achsenantrieb mit Trapezspindel. Die Trapez-Mutter sollte nicht fest angezogen werden. Die Federscheiben liegen nur leicht an, so dass sie sich noch geringfügig in ihrer Aufnahme bewegen kann. Das verhindert, dass der Schrittmotor blockieren könnte.

Erste Druckversuche haben gezeigt, dass das Eiern der Achsen verschwunden ist und die dadurch verursachten wellenförmigen Kantenverläufe in der Senkrechten nachezu verschwunden sind.

Eine Kabelkette für die X-Achse

Die bisherige Kabelführung für die X-Achse soll verbessert werden. Dabei soll sie zwischen dem Gehäuserahmen und den Spindel über der Traverse eingefügt werden. Hierzu wurden Kettenglieder aus dem Internet von Thingiverse heruntergeladen und ausgedruckt. Die Verbindungsteile zum Druckkopf und zur X-Traverse wurden neu konstruiert und an die heruntergeladenen Kettenglieder angepasst.

		Hier werden die Kettenglieder im Vierer-Set ausgedruckt.
		Die untere Platte wird mit der oberen Linearführung verschraubt. Auf den beiden Laschen wird das Verbindungsteil zur Kabelkette aufgesteckt und verklebt.
		Das untere Teile besitzt zwei 8 mm Bohrungen, die obere davon dient zur Durchführung der Anschlussdrähte zum X-Endschalter, die untere wird auf das Ende der oberen Führungsstange gesteckt und mit dem Stellring gesichert. Das obere Teil wird nur auf das untere Teil aufgesteckt und mit der Lasche verschraubt.
		Die fertige Kabelkette mit ihren Verbindungsteilen für Druckkopf (unten) und X-Traverse (oben rechts).
		Das Verbindungsteil ist mit der oberen Linearführung verschraubt. Es besteht aus zwei einzeln gedruckten Teilen, die einfach zusammengesteckt und verklebt werden.
		Hier noch der Blick von der Vorderseite auf den Druckkopf und die Verbindung zur Kabelkette.
		Die gesamte Kabelkette der X-Achse. Links ist sie mit der Traverse verschraubt und wird zusätzlich auf der linken Seite durch die obere Führungsstange gehalten. Auch sie bestent aus zwei Teilen die ebnfalls nur zusammengesteckt werden. Diese Teile werden jedoch nicht miteinander Verklebt, sondern über eine Lasche mit einer M3 Schraube Gesichert.

Schaltmodul für das Heizbett

Um Schäden durch zu hohe Ströme von der Prozessorplatine fern zu halten, wird ein Leistungsschalter in die Versorgungsleitung für das Druckbett eingesetzt.

Das Modul wird im hinteren Teil des Druckers rechts vom Y-Motor eingebaut. Der 12 V Anschluss befindet sich rechts und führt dirkt über ein 1,5 qmm Kabel zur Spannungsversorgung. Die Steuerleitung, links,  führt zum Ausgang für das Heizbett an die Prozessorplatine. Der noch freie Anschluss am Modul wird jetzt noch mit dem Heizbett verbunden.

Im folgenden sind noch die dazugehörigen STL-Dateien gezipt zum Download aufgeführt.