Kossel – meine Erfahrungen

In den letzten sieben Wochen habe ich mich dem Umbau unseres Rostock-3D-Drucker zu einem Kossel gewidmet. Sieben Wochen hat es nicht wegen der langen Bauzeit gedauert, sondern, weil ich einfach nebenher beruflich und privat viel gemacht habe.

Insgesamt war der Bau des Kossel noch einfacher, wie der Bau des Rostock. Ursächlich dafür ist die deutlich reduzierte Anzahl an verschiedenen Bauteilen. Und die Aluprofile vereinfachen es auch, da man so nichts zusägen muss.  Wie beim Rostock auch ist der Zusammenbau durch die Symmetrie deutlich einfacher wie bei einem Drucker mit drei verschiedenen Achsen. Zusätzlich kommt hinzu, dass fast keine manuelle Nacharbeitung der Bauteile notwendig ist. (je nach Druckqualität)
Ein weiterer Vorteil liegt aber in der Autokalibrierung der Druckfläche. Dadurch entfällt ein weiterer Arbeitsaufwand für die 100% exakte Kalibrierung.
Bezüglich der technischen Leistungsfähigkeit sehe ich auch einige Vorteile. Hervorzuheben sind natürlich die Linearführungen, die wesentlich zu besseren Genauigkeit beitragen. In Kombination mit den Aluprofilen ist die Führung der Wagen auch sehr steif, so dass sich auch unter Belastung keine Abweichung ergeben.
Auch die reduzierte bewegte Masse durch die Carbonstreben ist ein Pluspunkt bezüglich der Geschwindigkeit bzw. einer Reduzierung der Motorbelastung. Wobei die Belastung auch durch die Delta-Bauform gut auf alle Achsen verteilt ist. Dadurch werden einzelne Treiber und Motoren nicht so warm, wie bei konventionellen Bauformen, wo wesentlich mehr Massen(z.B. Heizbett/Extruder) bewegt werden müssen.
Die Kugelgelenke von Traxxas sind nach meinem Empfinden ein Schwachpunkt. Ich habe den Eindruck, dass sie etwas Spiel haben.  Das ist etwas schade, da alle anderen Komponenten kaum Spiel haben. Aber im Vergleich zu unserem Rostock ist das Klagen auf hohem Niveau. Für den Preis der Kugelgelenke und deren Leistungsfähigkeit bezüglich Gewicht sind sie auf jeden Fall OK.

Schade ist auf jeden Fall, dass das Heizbett (MK) nicht in den Kossel passt – Es passt schon, aber es ist ein Gefummel. Besser wäre es wenn die Verbinder der Dreiecke oben und unten im Rahmen 260mm lang wären, anstatt der 240mm. Das kann ich auch jedem Empfehlen.

Das Open-Beam-Profil hat mich nicht überzeugt. Da man den Rahmen nur einmal zusammen baut könnte man auch einfach Gewinde schneiden und sich die doch recht hohen Kosten sparen.

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Wiederholgenauigkeit Z-Achse Rostock vs. Kossel

Gerade habe ich an unserem neuen Kossel die Wiederholgenauigkeit gemessen. Dazu habe ich wie bei der letzten Messung  die Autolevel-Funktion genutzt. Der Kossel ist locker 5-Mal besser. Es gibt auch noch Potential nach oben, wenn dann alles noch justiert und sauber eingestellt ist.

Screenshot_Statistik_Taster_01

Rostock

Screenshot_Statistik_Taster_01_Kossel

Kossel

Autokalibrierung/Wiederholgenauigkeit – Rostock

In den letzten Wochen habe ich einige Messungen gemacht und untersucht wie genau denn unser Rostock die Autokalibrierung durchführt, bzw, wie gut die Wiederholgenauigkeit in Z-Richtung ist. Da ich keine Möglichkeit hatte unsere Drucker absolut zu vermessen, entschied ich mich einfach statistisch aus vielen Messwerten einen „absoluten“ Messwerte zu interpolieren. Deshalb bestand jede Messung aus 10 Messvorgängen, zu deren Mittelwert ich dann im folgenden Diagramm unsere Abweichung dargestellt habe. (Zur Verbesserung der Darstellung beziehen sich alle Werte auf Null und nicht auf den gemittelten Messwert.)

Screenshot_Statistik_Taster_01Messergebnisse

Screenshot_Statistik_Taster_02

Verteilung der Messpunkte auf dem Druckbett (Raster 25mm)

Der Taster den ich für diese Messungen verwendet habe hat ohne Teile zwischen der Verschraubung direkt auf das Druckbett getastet. Fehler in der mechanischen Anbindung bis zur Plattform schließe ich deshalb aus. Als ich die ersten Messreihen durchgeführt hatte war ich nicht überrascht, aber auch nicht erfreut, was die Genauigkeit angeht. Plus/Minus ein Zehntel erschien mir plausibel.

Theoretisch ist die Auflöung zwar wesentlich besser, aber auch hier unterscheiden sich Theorie und Praxis. Wir verwenden ein 16 Zähne Ritzel, 16  Microsteps und Stepper mit 200 Schritten pro Umdrehung. So ergibt sich ne Auflösung von ca. 0,013mm/Step bezogen auf die Z-Achse. Bei Deltakinematiken ist die theoretische Auflösung zwar zusätzlich abhängig von x und y, aber der Einfachheit halber vernachlässige ich diesen Einfluss. (Bei meinen bisherigen Messungen konnte ich auch noch keine Abhängigkeit der Z-Messungen von x und y feststellen – was nicht heißt, dass es sie nicht gibt…)

Den Faktor 8 zwischen der theoretischen Auflösung und der gemessenen Genauigkeit begründe ich mit mechanischen Problemen durch die Toleranz in den Gelenken, den Zahnriemen, die nicht so steifen Plastikstreben, Schaltpunkttoleranz der Endstops(des Tasters) und …. Softwareprobleme und Schrittverluste würde ich ausschließen bzw als gering einschätzen.

Ich hatte noch überlegt eine Messung mit angeschraubter Messuhr zu machen, bei der ich dann eine Pause in die Firmware einfügt hätte. Damit wäre es möglich gewesen den Messwert der Messuhr beim Schalten des Taster abzulesen. Mit dieser Vorgehensweisevhätte ich noch die Schaltpunkttoleranz des Tasters raus rechnen können. Den Stress habe ich mir dann aber erspart….

In Summe bin ich nach den Messungen zu dem Ergebnis gelangt, dass unser Rostock mechanisch optimiert werden könnte. Als nächstes Ziel steht deshalb der Umbau zum Kossel an. Von den Carbonstreben, Traxxas-Gelenken, Linearführungen und dem Alurahmen erhoffe ich mir eine bessere Genauigkeit. Diese Hoffnung bestätigen auch die Erfahrungen von Johann, der PLA direkt auf Glas drucken kann, weil der Drucker durch die Autokalibrierung und mechanischen Vorteile perfekt arbeitet.

Vorerst plane ich alle Elektronik und Mechanik so weit wie möglich weiter zu verwenden und nur die Aluprofile und Linearführungen neu zu kaufen. Aktuell starte drucke ich die ersten Teile ….  dazu später mehr.

Autokalibrieren /Autoleveling

In letzter Zeit habe ich mich mit dem Autokalibrieren (oder wie manche sagen Autoleveling) beschäftigt. Dazu wird ein separater Endstop neben dem Hotend befestigt. Dieser Endstop ist durch einen Mechanismus beweglich und kann nach unten schoben werden, sodass er knapp über das Hotend raus steht. Angeschlossen wird der Endstop an einen bestehenden Eingang an dem Ramps, der sonst für die Endstops vorgesehen wäre, die den maximalen Verfahrweg begrenzen sollten. Wir an unserem Rostock nutzen diese aber nicht und so habe ich den Pin verwendet.

Mit dem Befehl G29 wird das Ausklappen ausgelöst und der Drucker tastet dann an 37 Punkten (3er-,5er-,7er-,7er-,7er-,5er-,3er-Reihe) die Druckfläche ab. Das Muster ist im 25mm Raster und für runde Druckbetten ausgelegt, es geht natürlich auch mit quadratischen. Das Ausklappen erfolgt ähnlich einem Kugelschreiber bei dem man die Kappe verdreht sodass die Mine zurückspringt. Nur, dass das Ein- und Ausklappen vertauscht ist. Am Besten erklärt sich die Mechanik über die Fotos bei Flickr, die Videos bei Youtube und die BOM auf Reprap.org.

Zum Abtasten fährt die Plattform mit dem Hotend und dem ausgeklappten Taster über den ersten Punkt in X, Y, und Z+100mm. Von dort aus dann solange in Z-Richtung bis der Schalter auslöst. Der Z-Wert wird dann gespeichert und so mit den weiteren 36 Punkten ebenso verfahren. (Dann aber nur 2mm hoch statt der 100mm wie zu Beginn) In der Firmware wird das dann verrechnet und die sonst entstandene Abweichungen minimiert. Danach kann der ganz normale Druckvorgang gestartet werden. Man kann den Befehl G29 einfach in den Custom-G-Code einfügen und der Drucker macht die ganze Sache dann selbstständig. Da alles nur ein paar Sekunden dauert kann ist es kein Problem, wenn man es vor jedem Druck durchführt. Bei einem direkt an den Rechner angeschlossenen Drucker können die Werte auch angezeigt werden, da diese bei der seriellen Kommunikation übertragen werden. Die Daten kann man dann auch nutzen um sich die Verformung des Druckbetts grafisch darstellen zu lassen. In Excel geht es rudimentär, besser ist bestimmt Matlab o.ä. Dazu findet sich bestimmt im www ne Lösung.

Alles zusammen ist die Autokalibrierung echt clever gemacht. Vor Johann der das ganze entwickelt hat, habe ich echt Respekt!

Hier noch ein Bild von dem Taster mit dem ich derzeit arbeite/experimentiere.
image

Einfache Autoleveling / Autokalibrierung der Druckfläche für ein paar Euro!

Ende Mai hat Johann auf seinem Blog  ein simples Verfahren zur automatischen Kalibrierung des Druckbetts vorgestellt. Mit diesem Verfahren ist es möglich einen Druck zu starten ohne vorher die Z-Höhe zu überprüfen/kalibrieren! Außerdem nicht nur die Z-Höhe, auch eine Wölbung der Druckfläche (konkav/konvex) durch falsche Geometrieparameter wird dadurch ausgeglichen.  Zwar keine beliebig großen Fehler…aber das Kalibrieren entfällt damit fast – d.h. es muss theoretisch nur noch beim Aufbau gemacht werden.

Das Krasse an der Lösung ist, dass sie fast nichts kostet! Keine teuren CNC-Messtaster oder ähnliches. Alles was dazu benötigt wird ist ein Mikroschalter, ein gedrucktes Teil, zwei Federn und einem Imbus.  Und etwas Software- die der Johann auch schon bereitgestellt hat.  Mit diesen Teilen und etwas Frickelei kann man sich eine Autokalibrierung für einen Delta-Drucker (z.B. Kossel/Roststock) bauen.  (keine Ahnung ob das auch für ein Nicht-Delta-Drucker geht…)

Ich selbst habe mich die letzten drei Tage (Urlaub (-: ) damit beschäftigt und es bei unserem Roststock implementiert.

Servotaster

Servotaster

Zum Aus- und Einklappen benutze ich aber entgegen der Lösung vom Johann einen Miniservo vom Conrad.  Was bei den ersten Tests gut funktionierte. Einzigstes Problem ist, dass der Servo zittert und ich eventuell dadurch etwas falsche Messwerte bekomme….

Ich habe damals anhand des Videos nicht verstanden wie der Johann die Mechanik gemacht hat, deshalb habe ich mich für die Servo-Lösung entschieden. Inzwischen gibt es bei Flickr aber einige detailiertere Bilder der Ein- und Ausklappmechanik. So dürfte das auch einfach machbar sein. Ich baue eventuell noch eine zweite Variante….

Weitere Infos  (inkl Links zu den Google Groups/Firmware/usw )

Unsere(Meine) Erfahrungen mit dem Rostock

Extruder: Airstripper für 3mm Filament und Rostock kann ich nicht empfehlen.(Bei 1,75 mm geht es auch mit dem Airtripper. ) Erst der Wade-Extruder mit Getriebe konnte das nötige Drehmoment bereitstellen. Durch das Getriebe geht aber etwas Geschwindigkeit verloren. Thomas verwendet einen größeren Stepper und scheint damit ganz gut zu arbeiten (Nema 23 statt Nema 17) Dadurch hat er das nötige Drehmoment und die Geschwindigkeit

Aktuell lassen wir unseren Rostock ohne(mit wenig) Retract laufen, da durch den Bowden das Filament nicht so direkt im Extruder ankommt. Durch die Länge des Bowden ergibt sich ein gewisses Spiel und der Extruder muss erst mal ein paar Millimeter schieben, damit unten was aufgeschmolzen wird. Beim retract muss der Extruder diesem „zusätzlichen“ Weg zurückziehen und wieder vorschieben. Das dauert mir zu lange, sodass ich das Retract deaktiviert habe. (Weil ich schneller drucken will)

Mögliche Extruder für den Rostock:
1) Wadeextruder und 3mm Filament
2) Airtripper und 1,75mm Filament
3) Airtripper und 3 mm Filament mit Nema 23  Stepper (Lösung von Thomas: Thomas)
Ich würde heute, wenn ich nochmal einen Drucker bauen würde, Variante 2 nehmen.

Kalibrierung(Geometrie): Die Anleitung von http://minow.blogspot.de/ kann ich nur empfehlen  Mit ihr lassen sich sich Differenzen in der Geometrie richtig in der Firmware einstellen. Das Problem ist hierbei, dass der Rostock bei nicht korrekt eingegebenen Längen (der Stäbe) und sonstigen Abmessungen keine Ebenen abfährt sondern gewölbte Flächen. D.h. es kann sein, dass das Hotend in der Mitte sauber auf das Heizbett kommt am Rand des Bauteils aber gar nicht bzw zu tief steht. Deshalb muss das besonders beachtet werden. Die oben genannte Anleitung habe ich mal versucht zu visualisieren.

Baugröße: Der Rostock baut durch seine Höhe ganz schön auf. Ich hatte bisher noch nicht die Muße ein Teil zu drucken, das 300mm hoch ist… Würde ich den Rostock nochmal bauen, dann würde ich ihn 150mm niedriger bauen.

nichts gescheites

mhh, Heute mal wieder verschiedene Testdrucke gemacht – leider nicht sehr erfolgreich… egal wie hoch/niedrig die Temperatur/Geschwindigkeit ist, der Drucker bringt nichts gescheites zustande…

Im Internet habe auch noch nichts brauchbares gefunden – außer einige Videos in denen ein Rostock schnell und gut druckt… 😦

Im Moment bin ich also etwas verzweifelt…

Meine Überlegungen zur Verbesserung gehen dahin, dass ich evtl. ein Bowden mit größerem Innendurchmesser verwende, weil das ABS Filament nach dem Extruder doch etwas aufgeraut (dicker) ist und schwerer durch den Bowden geht. Vielleicht liegt genau darin das Problem?

Fals jemand ’ne Idee zur Verbesserung meines Slic3r-Profil hat – nur her damit. Hier sind meine Einstellungen:

; layer_height = 0.4
; perimeters = 2
; top_solid_layers = 3
; bottom_solid_layers = 3
; fill_density = 0.6
; perimeter_speed = 30
; infill_speed = 45
; travel_speed = 130
; scale = 1
; nozzle_diameter = 0.5
; filament_diameter = 3
; extrusion_multiplier = 1.1
; perimeters extrusion width = 0.53mm
; infill extrusion width = 0.53mm
; first layer extrusion width = 0.80mm

Kalibrieren Rostock

Heute habe ich wieder Zeit für den Drucker gefunden und versucht unseren Rostock zu kalibrieren. Ich habe dazu die vom Thomas empfohlene Anleitung verwendet. Zum besseren Verständnis habe ich mir die Anleitung teilweise übersetzt, weil mir am Anfang nicht ganz klar war wie das gemacht wird.

Der Anleitung nach dürfte der Drucker jetzt kalibriert sein.(Ebenheit und Z-Position) Der erste Testdruck war aber leider nicht so toll, weil nicht genügend Material ins Hotend gefördert wurde. Morgen werde ich mich dann darum kümmern. 

Bild

Abmessungen (Rostock Geometrie) in der Firmware

Ich habe mich mal wieder mit der Geometrie befasst, erst einmal habe ich nochmal die Abmessungen gecheckt. Dazu habe ich die Abmessungen in der Firmware mit der Realität verglichen. Beim Aufbau sind wir davon ausgegangen, dass die Abmessungen von Thingiverse und der Firmware übereinstimmen, dies scheint nicht ganz so zu sein – zumindest nicht bei uns. Deshalb bin ich etwas verwirrt, denn die Abmessungen in den Teilen und in der Firmware kommen ja direkt vom Johann.

Btw: Johann C. Rocholl arbeitet bei Google und hat in Stuttgart studiert…

Zur Absicherung, dass ich die Parameter richtig verstanden habe, habe ich eine Zeichnung erstellt und unsere Abmessungen (Abweichungen) ausgemessen.

wpid-2013-01-15_20-38-16_891

A

Unsere Abweichung: 23 mm statt 18 mm – ?

// Horizontal offset of the universal joints on the carriages.

Horizontaler Abstand der Drehgelenke zu den Linearachsen.

#define DELTA_CARRIAGE_OFFSET 18.0 // mm

B

Unsere Abweichung: 249 mm statt 250 mm d.h. (@Simon: Unser erster Drucker hat weniger als 0,5% Fehler).

// Center-to-center distance of the holes in the diagonal push rods.

Abstand der Bohrungen in den Schubstangen.

#define DELTA_DIAGONAL_ROD 250.0 // mm

C

Unsere Abweichung: Wert ist bei mir gleich.

// Horizontal offset of the universal joints on the end effector.

Horizontaler Abstand von der  Hotendachse zum Mittelpunkt zwischen den Endpunkten der Schubstangen.

#define DELTA_EFFECTOR_OFFSET 33.0 // mm


DSC_0090

D

Unsere Abweichung: Wert ist bei mir gleich.

// Horizontal offset from middle of printer to smooth rod center.

Horizontaler Abstand vom Zentrum des Druckers zum Mittelpunkt zwischen den zwei Linearachsen(Radius)

#define DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET 175.0 // mm

Kommentare erwünscht!

Slic3r Einstellungen für Rostock/Deltabot

Rostock Drucker

Um für einem Rostock (Deltabot) Drucker korrekte GCODE Modelle zu erzeugen muss unbedingt die slic3r.ini vom Rostock Projekt von Johann C. Rocholl genommen werden!

Kalibrierung

Sind am Kalibrieren, leider funktioniert das nicht so gut. Der Drucker stürzt nach ein paar Schritten ab. Eine Verbesserung brachte die slic3r.ini Konfiguration aus der angepassten (Deltabot) Marlin Firmware. Sind weiter am testen. Aber heute Abend geht’s erst einmal ins Kino…

20121229-181729.jpg

Schritt Motor reparieren

Seit dem Einbau einer neuen Gewindestange auf der Z-Achse läuft die Z-Achse nicht mehr zuverlässig. WD40 hat keine Lösung erbracht. Schon einmal habe ich den Schrittmotor aufgeschraubt, bin aber am Gehäuse nicht weiter gekommen.Schrittmotor auseinandergebaut
Erst mit Hilfe des Videos habe ich herausgefunden dass man mit etwas klopfen und sanfter Gewalt die Gehäuseteile auseinander bekommt.

Als alles offen war, habe ich das Problem auch schon gesehen: die Magnetscheiben auf der Achse waren zu stark nach unten gerutscht und streiften am Gehäuse.
Vermutlich ist dies damals passiert als ich die Kupplung für die Gewindestange mit roher Gewalt auf den Stepper geklopft hatte. Nachdem ich die Metallscheiben (im Foto türkis) wieder zurück geklopft hatte, funktioniert der Motor (bis jetzt) wieder Einwand frei.

Mosfet Kühler

Probleme mit der Steuerung des Heizbettes können mit überhitzen Mosfets zu tun haben.

Lösung: ein Kühler für den Mosfet der für das Heizbett zuständig ist.

Ich glaube das ist das auf der linken Seite mit Q3 markierte Bauteil mit den drei Anschlüssen auf diesem Schaltplan des RAMPS 1.4:

Die verwendeten Mosfets sind in der TO-220 Bauform. Folgende Kühler habe ich gefunden (Suchparameter mosfet heatsink/kühlkörper 220):

Update: siehe auch F1 Sicherung springt schnell an.

Kalibrierung, wieder einmal…

Bin wieder am Z-Achse einbauen und Stepper Kalibrierung. Weiter startet das Heizbett nicht automatisch. Bin daran das zu untersuchen. Es scheint das das Bett nur automatisch beim Modelle drucken regelt wenn es zuvor schon manuell gestartet wurde.

Die ersten Google Besucher

Die ersten Besucher kommen via Suchmaschinen auf diesen Blog. 🙂 Folgende Suchwörter scheinen besonders interessant zu sein, die Nummer gibt an wie oft Besucher über diese Wortkombination auf diesen Blog kam:

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Update am 19.11.2012

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Kalibrierung der Z-Achse

20111230-163747.jpg

Da die Gewindestange die auf der Z-Achse den Extruderschlitten bewegt, einen Schlag hatte, haben wir versucht die Buchse die die Stange und den Motor verbindet neu zu verschrauben mit Schrauben die ein näheres zusammenschrauben ermöglichen. Satz Ende.

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