3D Konstruktion und Aufbau

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H3GE
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3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von H3GE » 10.12.2018, 21:01

Guten Abend zusammen,

da ich mir in Vorbereitung für mein nächstes Projekt (CNC Fräse) einen 3D Drucker selbst konstruiere und bereits relativ weit mit dem Aufbau bin dachte ich mir ich frage jetzt (ja ich weiß...) mal nach, was denn aus eurer Sicht verbessert werden muss, bzw. komplett anders gemacht werden hätte muss.

Vorab: Ich habe vor drei Monaten mit diesem Themengebiet angefangen und davor keinerlei Berührungspunkte mit Mechanik oder generell Werkstattarbeiten, habe daher gar nicht den Anspruch einen perfekt konstruierten und günstigen 3D Drucker zu bauen und habe das aktuelle Projekt bereits als "Lehrgeld" verbucht.

X und Y Achse, sowie die erste Z Achse sind bereits montiert, ich wollte unbedingt Kugelumlaufspindeln für X und Y nehmen, würde ich allerdings nicht nochmal machen.
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DirkT
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von DirkT » 14.12.2018, 17:42

Hallo H3GE,

sieht mordsmäßig spannend aus(ohne Ironie/Sarkasmus etc). Ich bin gspannt!

Gruß,

Dirk
Karla #14 'heavy',
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H3GE
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von H3GE » 16.12.2018, 21:41

Nabend,

ich muss gestehen, ich hätte mir zumindest irgendeine Art von Feedback erwartet, wie dem auch sei, ich bin das Wochenende etwas weitergekommen.

Mittlerweile bin ich mit dem X Y Z Aufbau provisorisch fertig und konnte bereits eine kleine Zeichnung überraschend präzise plotten (Stift mit Doppelklebeband an den mittleren Wagen dran).
Wie befürchtet lässt die Verfahrgeschwindigkeit zu wünschen übrig, ab ca. 75mm/s kommt es vor, dass er Wagen hängen bleibt und der Stepper nicht mehr weiter dreht obwohl er es versucht, die Ursache dafür kenne ich aktuell nicht.

Auch war ich erstaunt wie viel Spiel die Wagen axial an der X und Y Führungsschiene haben (mehrere mm) und trotzdem eine Zeichnung geplottet werden konnte.

Freundliche Grüße
Stefan
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Rattlehead
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von Rattlehead » 16.12.2018, 22:24

Ich finde, dass du einen sehr interessanten und stabil aussehenden Positionierautomaten gebaut hast! :D

Für einen Drucker finde ich die Konstruktion aber irgendwie arg überdimensioniert. Vorallem die KUS mit den dicken Motoren auf X und Y bringen dir keine sonderlichen Vorteile. Da wäre man mit nema17 und nem dünnen gt2 Riemen vermutlich besser dran.
Lass dich davon aber nicht demotivieren. :)
Es wird vielleicht nicht der beste, schnellste und günstigste Drucker, dafür aber definitiv einer der einzigartigsten.

Grüße,
Jannis

django013
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von django013 » 17.12.2018, 06:15

Auch war ich erstaunt wie viel Spiel die Wagen axial an der X und Y Führungsschiene haben (mehrere mm)
Nun, wenn Du Deine Pläne vor dem Bau zur Diskussion gestellt hättest, hätte Dir jeder sagen können, dass das eintritt. Deine Fehlkonstruktion hat die falschen Portalproportionen für diese Art von Antrieb.
Somit hast Du nur viel Geld in den Sand gesetzt. Aber gut - Du hast es ja bereits unter Erfahrung verbucht.

Schau Dir mal an, wie ein Ultimaker funktioniert. Dort wird der Antrieb eines Kreuzschlittens richtig gemacht. Darüber hinaus hat ein Ultimaker sogar feststehende Motoren, also noch besser für den Antrieb :D

Gruß Reinhard

charlyBrown
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von charlyBrown » 17.12.2018, 08:36

Hallo Stefan,

auch wenn die Geschwindigkeit nicht hoch ist, kann der Drucker gute Ergebnisse produzieren. Es dauert halt etwas länger :-)

Wenn der Motor nicht mehr als 75 mm/s verträgt, könnte das an der Übertragungsrate liegen. Ich konnte aber nicht genug Infos finden, um das besser abschätzen zu können.

Hilfreich wäre:
- Steigung der KUS
- Eingestellte Teilschritte (1/8, 1/16... oder feiner ??). Reduzier doch einfach mal die Teilschritte, dann sollte der Motor schneller drehen.
- Art der Steuerung - bei den kostengünstigen Steuerung RAMPS etc. gibt es ein Limit bei der Übertragungsrate der Impulse.

Was mich wundert ist, dass Du von Spiel der Wagen berichtest. Meinst du tatsächlich die Linearführungen? Ich habe meinem Drucker auch Linearführungen, ähnlich den Deinen, gegönnt. Meine sind allerdings leicht vorgespannt. Und die Druck-Ergebnisse sind damit ziemlich gut. Sie stehen einem Ultimaker 2+ in nichts nach. Aber auch hier fehlen Infos zur Art der Linearführungen.

Der von Reinhard angesprochene Riemenantrieb des Ultimakers hat den Vorteil, geringe zu beschleunigende Masse zu haben und eine hohe Vorschubgeschwindigkeit durch das Verhältnis von Schrittmotordrehung/Riemenbewegung zu erzielen.

Bei der KUS hast Du vermutlich 4 mm Vorschub bei 200 Vollschritten (= eine Umdrehung). Bei einem 20 mm Zahnrand wären das schon: Umfang des Zahnrades = 2 x 10 mm x pi = 62 mm bei 200 Vollschritten.

Es gibt auch noch andere Riemenantriebskonzepte als das des Ultimakers. Der Core-XY-Ansatz wurde auch lange sehr gehypt.

Noch kurz zum fehlenden Feedback. Ich denke, das liegt daran, dass ein Schwerpunkt hier im Forum Metallbearbeitung mit Fräsen sein dürfte. Das Druckerthema wird nur von einer Handvoll Interessierter "bedient". Ging mir vor ca. 2 Jahren hier auch so. Im deutschsprachingen Reprap-Forum bekommst Du vermutlich mehr Feedback zum Thema "3D Drucker".

Viele Grüße

Karl-Heinz

django013
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von django013 » 17.12.2018, 09:51

Was mich wundert ist, dass Du von Spiel der Wagen berichtest. Meinst du tatsächlich die Linearführungen?
Ja, das ist nicht ganz eindeutig formuliert.
Ich denke nicht, dass hier das tatsächliche Spiel der Wagen mehrere Millimeter beträgt.

Was dagegen sehr wohl sein kann, ist der Umstand, dass man jeden Schlitten um die Z-Achse drehen kann. Dann geht ein Linearwagen nach vorn, der andere zurück und so kann ein "Spiel von mehreren Millimetern" entstehen.
Das liegt aber wie schon erwähnt an den Proportionen des Schlittens. Der Abstand zwischen den Linearschienen ist groß und der Abstand der Wagen auf einer Schiene ist klein, d.h. es gibt nichts, wo sich die Wagen bei einer Torsion abstützen könnten.
Ist übrigens auch ein Punkt, an dem viele Kreuzplatten von Hobbyfräsen kranken.
Der Core-XY-Ansatz wurde auch lange sehr gehypt.
Das Problem beim CoreXY ist der, dass viele das Konzept umsetzen, ohne die Probleme richtig verstanden zu haben.
Das Antriebskonzept ist sicherlich für schnelle Positionierungen unschlagbar, aber Fehler in der Riemenauslegung oder schon der Umstand, Umlenkrollen mit oder ohne Zähne zu verwenden, kann den Unterschied zwischen Himmel und Hölle ausmachen.
Oft liegen die Probleme am zu schwachen Riemen und dann wird das Konzept verteufelt.
Der Ultimaker-Antrieb ist leichter umzusetzen - auch für Leute, die sich keine Gedanken um die Festigkeit von Zahnriemen machen ...

Gruß Reinhard

Stud54
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von Stud54 » 17.12.2018, 10:25

Das beste Ergebnis hatte ich/hatten wir immer noch mit einer normalen XY Kinematik, aufgebaut aus Steilgewindespindeln und echten 12er THK's.

Das Ultimakerprinzip ist echt saugut, wenn richtig umgesetzt. Da ist weniger oft mehr.

Mit meinem großen XYCore hatte ich auch super Ergebnisse, da habe ich aber auch alle Register gezogen, was die Räder und Umlenkungen anging. Das war nur mit Drehe und Fräse möglich.

H3GE
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von H3GE » 17.12.2018, 20:41

django013 hat geschrieben:
17.12.2018, 06:15
Nun, wenn Du Deine Pläne vor dem Bau zur Diskussion gestellt hättest, hätte Dir jeder sagen können, dass das eintritt. Deine Fehlkonstruktion hat die falschen Portalproportionen für diese Art von Antrieb.
Somit hast Du nur viel Geld in den Sand gesetzt. Aber gut - Du hast es ja bereits unter Erfahrung verbucht.
Dann wäre ich aus dem Planungsstadium nicht rausgekommen, jetzt habe ich genug Zeit und Geld in dieses Projekt reingesteckt, so dass ich es auch fertig mache.
Auch wenn das ein unnötig teurer Spaß ist, die Erfahrung und das dabei gewonnene Wissen ist es mir wert. (ich wusste vor drei Monaten nicht was ein Haarlineal ist und wofür es verwendet wird um ein Beispiel zu nennen)
django013 hat geschrieben:
17.12.2018, 09:51
Ich denke nicht, dass hier das tatsächliche Spiel der Wagen mehrere Millimeter beträgt.

Was dagegen sehr wohl sein kann, ist der Umstand, dass man jeden Schlitten um die Z-Achse drehen kann. Dann geht ein Linearwagen nach vorn, der andere zurück und so kann ein "Spiel von mehreren Millimetern" entstehen.
Korrekt.
charlyBrown hat geschrieben:
17.12.2018, 08:36
Wenn der Motor nicht mehr als 75 mm/s verträgt, könnte das an der Übertragungsrate liegen. Ich konnte aber nicht genug Infos finden, um das besser abschätzen zu können.
Hilfreich wäre:
- Steigung der KUS
- Eingestellte Teilschritte (1/8, 1/16... oder feiner ??). Reduzier doch einfach mal die Teilschritte, dann sollte der Motor schneller drehen.
- Art der Steuerung - bei den kostengünstigen Steuerung RAMPS etc. gibt es ein Limit bei der Übertragungsrate der Impulse.
Spindeln: 1605 - also 5mm Steigung
Motor:Wantei NEMA23 - 57BYGH627
Microstepping: 1/32 - bei 1/1 schafft der Motor den Start nicht, ich denke die derzeit eingestellten 2,4A sind zu wenig, ev. erklärt dass auch die Probleme bei >75mm/s
Controllerboard: Duet 2 Wifi - also TMC2660 Motortreiber


Nach Weihnachten habe ich wieder etwas Zeit und werde mich dem Umbau des Druckers widmen, vermutlich wird der X Y Aufbau dem des Ultimakers sehr ähnlich sein.
Ich wollte bei der Planung schon wissen warum die 3D Drucker alle mit Riemen und nicht mit Spindeln auf X und Y Achse gebaut werden, bei den meisten CNC Fräsen verwendet man diese ja für alle Achsen - jetzt weiß ich es :)
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PatrickF
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Re: 3D Konstruktion und Aufbau

Beitrag von PatrickF » 19.12.2018, 09:09

Hallo,

du hast ja jetzt den Unterschied gemerkt:
Riemen: viel Speed, wenig Kraft
Kugelumlaufspindeln: wenig Speed, viel Kraft

Um beides zu optimieren muss man wohl etwas in Richtung Lineardirektantrieb haben XD.


Aber nochmal zu deinem Problem das der Drucker bei >75 mm/s anhält oder stockt:

Wie bereits vorher genannt ist die Anzahl der Impulse pro Sekunde vom Controllerboard beschränkt. Ein 8-bit basiertes Board schafft nur ~30-40 kHz (meines Wissens auch nur mit "quad-stepping"-Trick) und Smoothieware auf 32-bit 100 khz. Beim Duet Wifi weiß ich es nicht genau, ich tippe mal auch auf ~100 kHz. Allerdings bin ich nicht sicher ob diese Angaben für eine einzelne Achse gelten oder auch wenn sich 4 gleichzeitig bewegen, vllt hat jemand anders da mehr Wissen.

Bei deiner Konfiguration bekommt folgende Step-Frequenz:

(75 mm/s / 5 mm) = 15 U/s (Umdrehungen pro Sek)
32 µsteps * 200 stesp/Umdr. = 6400 1/U (Steps/Umdrehung)

-> 15 * 6400 = 96.000 Hz

Möglicherweise bist du dann mit 96 kHz schon im kritischen Bereich von der Rechenleistung. Eigentlich müssten durch die Kugelumlaufspindel auch 16 µsteps reichen, die theoretische Positionierauflösung im Vergleich zu den Standard GT2 Riemen ist ja eh höher. Dann könntest du auch ~quasi die doppelte Geschwindigkeit bei gleicher Step-Frequenz erreichen.

Viele Grüße,
Patrick

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