Wanhao Duplicator 7: 3D-Druck mit Licht

In der Bastelkammer kommen in der Mehrheit die sehr verbreiteten FDM-Drucker zum Einsatz, bei denen ein Kunststofffilament aufgeschmolzen wird. Doch zuweilen reicht deren Detailierungsgrad von Teilen nicht aus. Entsprechende Druckverfahren, die eine höhere Detailierung und feinere Teile ermöglichen, waren bis vor einiger Zeit nur bei professionellen Druckservice-Anbietern im Einsatz. Doch mittlerweile gibt es für ambitionierte Privatanwender einen vielversprechenden 3D-Drucker mit einem guten Preis-Leistungsverhältnis. Mit dem Wanhao Duplicator 7-Drucker entstehen die Teile aus flüssigem Kunstharz.

 

Der Wanhao Duplicator 7 (D7) arbeitet nach dem Stereolithografie-3D-Druck-Verfahren. Es kann im Gegensatz zu FDM-Verfahren mit einer sehr feinen Auflösung und für das bloße Auge kaum sichtbaren Layer-Stufen die Limitierungen des FDM-Verfahrens umschiffen. Das Ergebnis sind dann Druckobjekte mit ebener Oberfläche, die zudem auch noch sehr klein bzw. filigran sein können. Ideal für die Erstellung von Urmodellen die abgegossen werden sollen oder sichtbaren Teilen, die direkt am Modell zum Einsatz kommen.

Blick auf den D7 mit der oben hängend montierten Druckplatte und der Warmwanne (unten) die auf dem LCD-Screen mit zwei Handmuttern befestigt wird.

Der Wanhao Duplicator 7 mit aufgesetztem Lichtschutz.

Das zentrales Element des Druckers ist sein 5,5 Zoll LCD-Display, welches im Stahlblechgehäuse zusammen mit dem Controllerboard, Schrittmotor für die Z-Achse und Netzteil verbaut ist. Auf das Display wird eine Harzwanne montiert, deren Unterseite mit einer teflonbeschichteten FEP-Klarsichtfolie abgeschlossen ist. Die Druckplatte hängt kopfüber an dem Befestigungsarm, welcher mittels Schrittmotor durch eine Gewindestange hoch- und runterbewegt wird. Damit wird schon klar, dass die Druckobjekte kopfüber entstehen, denn die Druckplatte taucht beim Druck in die mit UV-empfindlichen Harz gefüllte Harzwanne von oben kommend ein und wandert dann bei fortschreitendem Druck Schicht für Schicht wieder hoch. Der unter der Harzwanne befindliche LCD-Screen belichtet das Resin und es härtet an der entsprechenden Stelle den jeweiligen Layer aus.

Um das lichtempfindliche Harz während des Drucks vom Umgebungslicht abzuschirmen, wird ein großer schwarzer Stahlblech-Lichtschutzdeckel während des Drucks auf den Drucker aufgesetzt.

Die Druckdaten und Layer-Bildinformationen werden über einen notwendigen externen Rechner via USB- und HDMI-Port an den Drucker übermittelt. Dieses Setting macht deutlich, dass ein Computer jeweils einen USB- und HDMI-Ausgang benötigt und permanent an den Drucker angeschlossen sein muss, um drucken zu können.

Findigen Tüftlern war aber genau dieses Computer-Drucker-Setting des Wanhao D7, welches eben keinen Stand-alone-Betrieb ermöglicht, ein Dorn im Auge. Denn wer möchte schon seinen Computer über Stunden an den Drucker binden, solange dieser druckt. Und was machen Modellbauer wie ich, die zwar einen Rechner dafür entbehren könnten, aber der Laptop blöderweise nicht über einen HDMI-Port verfügt.

Glücklicherweise gib es eine sehr einfache und verhältnismäßig kostengünstige Lösung, um den Wanhao D7 Stand-alone-fähig zu machen, sie heißt NanoDLP. Dabei handelt es sich um eine kostenlose Host- und Controll-Software, die auf einen Raspberry PI mit WLAN installiert wird und sich über den Webbrowser von jedem Rechner mit WLAN-Anbindung im heimischen Netz nutzen lässt. NanoDLP ist für DLP-Drucker was Octoprint für FDM-Drucker ist. Aus den o.g. Gründen betreibe ich den D7 mit NanoDLP. Wie NanoDLP konfiguriert wird ist hier wirklich gut erläutert.

Der D7 wird über einen RPi 3 (rechts im Bild) mit NanoDLP im Stand-alone-Betrieb genutzt.

Vor und nach jedem Druck ist eine obligatorische Reinigung von Harzwanne und Druckplatte mit Spiritus oder Isopropanol notwendig, um Staub, Schmutz oder Harz-Rückstände zu entfernen.

Um mein Welrod MKII-Modellbauprojekt voranzutreiben, habe ich mir als Druckobjekt ein konstruiertes Welrod-Kleinteil (Fanghebel) ausgewählt, welches ich später evtl. als Zink-Gußteil herstellen möchte. Für diesen Herstellungsprozess wird zunächst ein genaues Ur-Modell gebraucht – genau dafür ist das Druckverfahren des D7 prädestiniert.

Da beim diesem Druckverfahren durch die Bewegungen der Druckplattform in dem zähflüssigen Resin enorme Kräfte am Bauteil entstehen, ist die richtige Bauteilausrichtung und das Anlegen einer zuverlässigen und richtig positionierten Support-Struktur für den Druckerfolg entscheidend. In diesem Artikel ist das sehr gut erläutert.

Ich nutze für das Ausrichten des Modells und das Anlegen des Supports die kostenlose Software B9C .

Die Bauteilausrichtung und der Support wird in der B9C-Software vorgenommen.

Nach den Vorbereiteten Arbeiten in B9C erstellte ich in NanoDLP eine Plate, füllte die Harzwanne des Druckers mit Wanhao Resin Orange und startet den Druck mit einer Layerhöhe von 35 Mü (35 Micron).

NanoDLP: Positionieren des STL-Files auf der Druckplatte.

Einfüllen des Resins in die Harzwanne.

Nach gut 2,5 Stunden war das kleine Teil fertig und sah im Verlgeich zu einem Teil, welches ich mit einem FDM-Drucker aus ABS hergestellt habe, wirklich erheblich sauberer und präziser aus.

Das gedruckte Bauteil sitzt sicher auf der Druckplatte. Nach dem Druck wird das Teil in Isopropanol gereinigt, bevor es unter UV-Licht ausgehärtet wird.

Frisch gedruckt. Das Bauteil nach der Reinigung. Nun wird die Supportstruktur entfernt und das Teil anschließend ausgehärtet. Zu beachten: Die glatte Bauteil-Oberfläche.

Ohne sichtbare Layerstruktur: 35 Mü sind mit dem Auge nicht zu erkennen…

 

Im Vergleich: FDM-Druck (oben)  und STL-Ausdruck mit dem Wanhao D7 unten. Die Druckqualität des D7 überzeugt wirklich.

Nun werde ich zum aushärten von Resin-Druckteilen eine einfache Härtekammer bauen, in der ich eine 25W UV-Lampe nutzen werde.

Soweit aus der Bastelkammer

Horrido und stay tuned.

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Prusa-Upgrade, Teil 4: Umrüstung auf E3Dv6-Hotend

E3dv6 Hottend ist montiert...

E3dv6 Hottend ist montiert…

Hier finden sich die vorherigen Postings zum Upgrade: Teil 1Teil 2 und Teil 3.

Entgegen meinem letzten Bericht hatte ich zwischenzeitlich größere Probleme mit meinem J-Head MKV Hotend. Zunächst dachte ich, der Fehler hätte etwas mit meinen Extruder zu tun. Doch immer wiederkehrende Filament-Jams legten den Schluss nahe, dass der Liner im bisher (fast ein Jahr) problemlos funktionierenden J-Head seine beste Zeit bereits überschritten hatte. Aus dem Grund habe ich mich dann zum Einbau des bereits E3Dv6-Hotendes entschlossen – obwohl ich diesen zeitaufwändigen Umbauschritt eigentlich etwas verschieben wollte.

Aufwändig gestaltete sich die Umrüstung deshalb, da zunächst das alte Hotend ausgebaut, alle Kabel aus dem Spiralschlauch zu schälen waren. Anschließend musste das E3Dv6-Hotend zusammengebaut werden – das ging ziemlich einfach von der Hand, auch dank der wirklich guten Anleitung vom Hersteller. Bedingt durch das neue Drucker-Gehäuse musste ich alle Verkabelungen zum E3D (Heizleitung, Lüfter, Temperatur-Sensor) um ca. 40 Zentimeter verlängern. Leider passte die Befestigungsseite des Cold-Ends nicht ohne Schwierigkeit in mein Wade-Extruder – also musste der Extruder komplett vom X-Schlitten demontiert werden, um die Befestigungs-Bohrung etwas nachzuarbeiten. Dieser Schritt erleichterte letztlich aber die Befestigung des E3Ds im Extruder selbst. Nach Verkabelung der Hotends mit dem Ramps-Board und Bündelung der Leitungen zu einem Kabelbaum mittels Spiralschlauch folgte die PID Autotune-Prozedur (M303 S285 C8). Die so ermittelten Werte trug ich anschließend in die Config.h in Marlin ein und flashte den Arduino neu.

Letze Baustelle der Umrüstung war die Anfertigung eines Halteblechs für den Z-Endstop, da das E3Dv6 länger ist als mein altes J-Head und die vormalige Endstop-Montageposition nicht mehr stimmte. Die Halterung fertigte ich aus 2mm Alu-Blech an, welches ich noch kantete um es ohne Probleme an der vorhandenen Befestigung montierten zu können. Es folgte die Justierung des Endstops und die Nivelierung des Druckbetts. Den Abstand zwischen Glasplatte und Düse ermittelte ich nach der Papiermethode. Vier Durchgänge brauchte ich letztlich, um das Druckbett entsprechend auszurichten. In Cura änderte ich noch die Settings auf 0,4mm Nozzle Diameter und 0.75mm Retraction. Ein anschließend durchgeführter Probedruck eines Kalibrierungsquarders mit PLA brachte ein gutes Ergebnis.

Insgesamt sind mittlerweile nur noch zwei Dinge zu erledigen, dann bin ich mit dem Upgrade zufrieden:

  • Ich verlängere die Display-Flachbandkabel, um den LCD/SD-Karten-Controller auf dem Gehäuse zu befestigen (Kabel ist gerade angekommen)
  • Um die Elektronik, die an der Rückseite des Gehäuses angebracht ist, will ich noch eine Abdeckung anbringen, damit die Kabel etwas besser geschützt sind. Dazu möchte ich eigentlich einen alten Tupper-Behälter mit passenden Abmessungen nutzen – mal sehen, was in der Küche zu finden ist…

Hier einige Impressionen zum Geschilderten:

Demontage: Das J-Head-Hotend wird abgebaut.

Demontage: Das J-Head-Hotend wird abgebaut.

Kabelbaum wird zerrupft.

Kabelbaum wird zerrupft.

Das neue Hottend ist am Extruder befestigt. In diesem Zustand findet auch Auto-Tune statt und die Düse wird im heißen Zustand nochmals angezogen - dann ist selbstverständlich der Coldend-Kühler (blau) montiert und läuft permanent.

Das neue Hottend ist am Extruder befestigt. In diesem Zustand findet auch Auto-Tune statt und die Düse wird im heißen Zustand nochmals angezogen – dann ist selbstverständlich der Coldend-Kühler (blau) montiert und läuft permanent.

Für das 1,75mm Filament ist dem E3Dv6 Hottend ein PTFE-Schaluch beigelegte, der verhindern soll, dass das Filament durch den Direktextruder gequetscht oder verbogen wird. Daher ist der Schlauch möglichst nahe an das Treibrad heranzuführen.

Für das 1,75mm Filament ist dem E3Dv6 Hottend ein PTFE-Schaluch beigelegte, der verhindern soll, dass das Filament durch den Direktextruder gequetscht oder verbogen wird. Daher ist der Schlauch möglichst nahe an das Treibrad heranzuführen.

E3dv6 Hottend ist montiert...

E3dv6 Hottend ist montiert…

Die Halterung für den Z-Endstop ist aus einem Alu-Blech improvisiert.

Die Halterung für den Z-Endstop ist aus einem Alu-Blech improvisiert.

Überarbeitete Halterung für den Z-Endstop.

Überarbeitete Halterung für den Z-Endstop.

Der Abstand zwischen Druckbett und Hottend-Düse wird mittels einem Blatt Papier eingestellt.

Der Abstand zwischen Druckbett und Hottend-Düse wird mittels einem Blatt Papier eingestellt.

Probedruck: Print eines quadratischen Körpers.

Probedruck: Print eines quadratischen Körpers.

Horrido und stay tuned…

Prusa-Upgrade, Teil 3: Fertig (fast)!

Octoprint liefert seine Videobilder per Wlan aufs Tablet - so habe ich auch aus der Distanz die Kontrolle.

Octoprint liefert seine Videobilder per Wlan aufs Tablet – so habe ich auch aus der Distanz die Kontrolle.

Für alle Neu-Einsteiger in diesen Post: Hier geht es zum 1. und 2. Teil des Upgrade-Berichts.

Es ist vollbracht: Das Prusa- Upgrade ist fertig, zumindest fast. Lediglich das E3Dv6-Hotend muss ich noch verbauen, doch da mein derzeitiges Hottend tatsächlich so gut funktioniert, werde ich das E3D zu einem späteren Zeitpunkt einbauen. In dem Zuge werde ich meine gerade bestellte Dauerdruckplatte (mit Pei-Beschichtung) ebenfalls montieren, da ich vorhabe, nicht mehr mit Haarspray auf der Glasplatte zu arbeiten.

 

Was habe ich in den letzten Tagen noch gemacht?

  • Mein defektes Arduino (Sainsmart) Mega 2560 getauscht und alles Endstops und deren korrekte Verdrahtung geprüft. In dem Rahmen habe ich festgestellt, dass ich den Z-Endstop falsch verkabelt hatte (VCC lag auf dem Signalen) was offensichtlich den Arduino in die ewigen Jagdgründe schickte. Nun sind bei keinem Endstop mehr der VCC-PIN angeschlossen – der wird auch nicht wirklich benötigt, denn letztlich ist der Spannungsanschluss nur für die auf den Endstops verbaute LED zuständig. Ob die nun leuchtet oder nicht ist für die Funktion des mechanischen Endstops völlig unerheblich.
  • Octoprint: Rapsberry Pi-Cam installiert, eine entsprechendes Gehäuse gedruckt und eine Halterung für die Cam am Teko-Gehäsue entworfen und ebenfalls gedruckt
  • Ein PLA-Probedruck – dazu habe ich gleich ein Teil meines neues Projekt (Bau eines Funktionschnittmodells einer Flugzeugturbine – dazu werde ich bald mal was schreiben) gedruckt. Leider hatte ich ein Filament-Stau – den ich aber glücklicherweise beheben konnte
  • Messungen der Innentemperatur des Druckers und des Schallpegels, Ergebnis: Der Innenraum ist deutlich wärmer als die Umgebungstemeperatur (Raumtemp. von 17,5°C vs. 23°C im Inneren des Druckergehäuses), dieser Umstand kommt hoffentlich dem zukünftigen Drucken zu Gute.
    Der Schallpegel hat sich um ca. 10 dB verringert – d.h. die gefühlte Lautstärke hat sich ca. halbiert! So macht Arbeiten in der Bastelkammer dann schon wieder mehr Freude.

Hier mal einige Bilder dazu:

Noch ist das LCD-Display hinter dem Gehäuse zu finden, da das Flachbandkabel zu kurz ist. Das wird noch zügig durch neues Kabel behoben.

Noch ist das LCD-Display hinter dem Gehäuse zu finden, da das Flachbandkabel zu kurz ist. Das wird noch zügig durch neues Kabel behoben.

Eigenkonstruktion: Die Halterung, um die PiCam-Halterung am Teko-Gehäuse zu befestigen ist extra dafür entworfen worden.

Eigenkonstruktion: Die Halterung, um die PiCam-Halterung am Teko-Gehäuse zu befestigen ist extra dafür entworfen worden.

RPi (mit Octoprint und Cam) an Ort und Stelle im Druckergehäuse...

RPi (mit Octoprint und Cam) an Ort und Stelle im Druckergehäuse…

Installiert: RPi mit Cam und Wlan sind im Gehäuse befestigt. Die Kamera ist auf das Druckbett ausgerichtet.

Installiert: RPi mit Cam und Wlan sind im Gehäuse befestigt. Die Kamera ist auf das Druckbett ausgerichtet.

Leider war beim ersten Druck das Filament zu stramm eingespannt - das führte zum Jam...

Leider war beim ersten Druck das Filament zu stramm eingespannt – das führte zum Jam…

Der erste Druck im neuen Heim...

Der erste Druck im neuen Heim…

2. Messung des Schallpegels beim Druck - im Vergleich ist der Pegel um 10 dB geringer. D.h. die wahrgenommen Lautstärke hat sich halbiert.

2. Messung des Schallpegels beim Druckvorgang (diesmal ist der Prusa im geschlossenen Gehäuse untergebracht) – im Vergleich ist der Pegel um 10 dB geringer. D.h. die wahrgenommen Lautstärke hat sich halbiert.

Aus einem Meter Abstand macht der Drucker schon Lärm...

1. Messung: Aus einem Meter Abstand macht der Drucker schon wirklich Lärm, so ohne schützendes Gehäuse…

Soweit für heute

 

Horrido und stay tuned.

 

 

Prusa-Upgrade, Teil 2: Die Ausstattung nimmt Form an.

Das Upgrade-Projekt geht langsam weiter – dies ist der 2. Teil. Zum 1. Teil gehts hier.

Mittlerweile habe ich passende Halterungen für das PC-Netzteil und die Ramps/Arduino-Kombination gedruckt und angebracht. Zwischendurch habe ich mich noch mit der Struktur-Festigkeit der Netzteil-Halterung auseinandergesetzt – in diesem Posting gibts mehr zu dem Thema. Die Halterungen sind in PLA (0.2mm Layerhöhe, 30% Infill) gedruckt.

Die Halterung für das PC-Netzteil entsteht...

Die Halterung für das PC-Netzteil entsteht…

Hier Halterungen sind gedruckt: Ramps/Adruino-Halterung (links) und die drei Teile für die PC-Netzteil-Halterung.

Hier Halterungen sind gedruckt: Ramps/Adruino-Halterung (links) und die drei Teile für die PC-Netzteil-Halterung.

Probemontage der gedruckten PC-Netzteil-Halterung.

Probemontage der gedruckten PC-Netzteil-Halterung.

Angebracht: Die Halterungen sind an der Rückseite des Gehäuses angebracht.

Angebracht: Die Halterungen sind an der Rückseite des Gehäuses angebracht.

Um später auch ausreichend Licht innerhalb des Gehäuses zu haben, ist nun im Inneren (an den oberen Kanten) ein LED-Streifen einmal herum verklebt:

Für ausreichend Licht sorgt ein LED-Streifen, der an der Oberkante des Gehäuses befestigt wird.

Für ausreichend Licht sorgt ein LED-Streifen, der an der Oberkante des Gehäuses befestigt wird.

Somit ist für die angedachte USB-Kamera, die mittels Octopi gesteuert wird, für gute Beleuchtung gesorgt.

Apropos Octopi – für den Raspberry Pi B+ habe ich ein zweiteiliges Gehäuse aus PLA (0.2mm Layerhöhe, 30% Infill) gedruckt und den Pi darin untergebracht. Das Gehäuse habe ich bei thingiverse gefunden:

Die gedruckten Gehäuseschalen passen gut zusammen.

Die gedruckten Gehäuseschalen passen gut zusammen.

Der Raspberry Pi B+ passt ohne Nacharbeit in das Gehäuse.

Der Raspberry Pi B+ passt ohne Nacharbeit in das Gehäuse.

Draufsicht.

Draufsicht.

Raspberry Pi B+ in gedrucktem Gehäuse. Statt die beiden Schalenhälften zu verschrauben habe ich Iso-Tape zur Befestigung genutzt, denn die Schalen halten durch die enge Passung gut zusammen.

Raspberry Pi B+ in gedrucktem Gehäuse. Statt die beiden Schalenhälften zu verschrauben habe ich Iso-Tape zur Befestigung genutzt, denn die Schalen halten durch die enge Passung gut zusammen.

An dem Gehäuse ist vorteilhaft, dass die GPIO-Pins frei zugänglich sind. Denn ich habe vor, noch einen Temperatur/Feuchtigkeitssensor DHT-22 anzuschließen, um Messungen innerhalb des Gehäuses vorzunehmen und mit dem Raspberry Pi zu loggen.

Update 9.3.2015:

Leider hat das Setup mit der USB-Kamera am Pi (Octopi) nicht funktioniert. Daher habe ich mich entschlossen stattdessen mein alten Pi B mit einem Teko-Gehäsue zu nutzen. Als zuverlässige Kamera nutze ich eine frisch eingetroffene Raspberry Pi-Cam. Aus dem Grund musste ich in das Teko-Gehäuse ein Langloch fräsen, um das Flachbandkabel der Kamera vom Pi zur Kamera hindurch führen zu können. Ferner habe ich eine passende Halterung entworfen und gedruckt, um den Pi im Drucker-Gehäsue montieren zu können.

CAD-Modell der konstruierten RPi-Teko-Gehäuse-Halterung.

CAD-Modell der konstruierten RPi-Teko-Gehäuse-Halterung.

Die selbstkonstruierte und gedruckte RPi-Teko-Halterung (schwarz) ist gut zu erkennen. Das Teko-Geäuse wird einfach nur auf die Halterung geschoben.

Die selbstkonstruierte und gedruckte RPi-Teko-Halterung (schwarz) ist gut zu erkennen. Das Teko-Geäuse wird einfach nur auf die Halterung geschoben.

Gedruckte Halterung - passend für das Teko-RPi B-Gehäuse.

Gedruckte Halterung – passend für das Teko-RPi B-Gehäuse.

Für den Octoprint (Octopi) habe ich nun ein Raspberry Pi-Cam, da die China USB-Webcam leider zu unzuverlässig war.

Für den Octoprint (Octopi) habe ich nun ein Raspberry Pi-Cam, da die China USB-Webcam leider zu unzuverlässig war.

Um die Dpi-Cam anschließen zu können, musste ich ein Druchgangslangloch für das Flachbandkabel in der Gehäuse fräsen.

Um die Dpi-Cam anschließen zu können, musste ich ein Druchgangslangloch für das Flachbandkabel in der Gehäuse fräsen.

RPi-Cam ist montiert. Nun fehlt noch ein passendes Gehäuse für die Cam.

RPi-Cam ist montiert. Nun fehlt noch ein passendes Gehäuse für die Cam.

Beim Einbau des Druckers in das Gehäuse habe ich am Wochenende auch einige Fortschritte gemacht. Nach der Demontage der Elektronik kam der Drucker an seinen neuen Platz und wurde mittels drei gedruckter Halterungen auf die Bodenplatte montiert.

Die Kabel wurde entwirrt und die Elektronik und das Netzteil an der Rückwand befestigt und verkabelt. Einige Leitungen musste ich etwas verlängern.

Vor der Demontage: Die Steuerung am Prusa i3.

Vor der Demontage: Die Steuerung am Prusa i3.

Entwirrt - die Verkabelung der Schrittmotoren, Endstops, Heizbett und Hottend sind entwirrt. Glücklicherweise sind fast alle Kabel lang genug, um die Prusa Steuerung später an der Aussenseite des Gehäuses anbringen zu können. Nur wenige Kabelstränge müssen verlängert werden.

Entwirrt – die Verkabelung der Schrittmotoren, Endstops, Heizbett und Hottend sind entwirrt. Glücklicherweise sind fast alle Kabel lang genug, um die Prusa Steuerung später an der Aussenseite des Gehäuses anbringen zu können. Nur wenige Kabelstränge müssen verlängert werden.

Montage der Elektronik an die Rückwand.

Montage der Elektronik an die Rückwand.

Elektronik und Netzteil sind an der Rückwand montiert.

Elektronik und Netzteil sind an der Rückwand montiert.

Beleuchtung ist aus - gut zu verstehen, dass ein Lichtquelle im Inneren nötig ist...

Beleuchtung ist aus – gut zu verstehen, dass ein Lichtquelle im Inneren nötig ist…

Prusa i3 ist im Gehäuse am Boden fest verschraubt. Hier ist die Beleuchtung probehalber eingeschaltet.

Prusa i3 ist im Gehäuse am Boden fest verschraubt. Hier ist die Beleuchtung probehalber eingeschaltet.

Leider habe ich einen Fehler bei der Verkabelung der dreipoligen Endstopp-Verkabelung gemacht. Beim Z-Endstop-Schalter habe ich versehentlich VCC auf den Signal-Kanal gepolt. Dadurch ist offensichtlich mein Arduino Mega 2560 abgeraucht – nach Anfahrt des Endstops viel die gesamte Steuerung aus… nun muss ich wohl in ein neues Board investieren – ein vermeidbarer Fehler, der mir gezeigt hat, dass man lieber nicht bis in die späte Nacht hinein basteln sollten, denn irgendwann ist die Konzentration einfach weg.

 

Soweit für heute.

Horrido und stay tuned.

 

Prusa-Upgrade, Teil 1: Warm, vernetzt und Full Metal

Das Gehäuse ist fertig! Der Prusa i3 (rechts) soll bald in sein neues Heim einziehen...

Das Gehäuse ist fertig! Der Prusa i3 (rechts) soll bald in sein neues Heim einziehen…

Der Plan

Mit meinem Prusa i3 3D-Drucker bin ich eigentlich sehr zufrieden, denn er werkelt in der Bastelkammer mehr oder weniger zuverlässig vor sich hin. Leider produzieren aber gerade die Schrittmotoren mit ihrer „Musik“ eine ziemlich nervige Geräuschkulisse, die es mitunter schwer machen, konzentriert in der Werkstatt parallel Basteleien nachzugehen.

Vor diesem Hintergrund habe ich mich nach einem mehr oder weniger geräuschhemmenden Gehäuse umgesehen, und bin bei einer schicken Holzkonstruktion hängengeblieben. Dieses Druckerhäuschen erfüllt dabei mehrere Aufgaben: Es dämpft (hoffentlich) die Druck-Geräusche etwas, hält die Umgebungstemperatur in der Nähe des Druckers weitestgehend konstant (wichtig für den Druck, wenn die Umgebungstemperatur deutlich geringer ist, wie es in der Bastelkammer schon mal vorkommen kann – es ist ja kein Wohnzimmer) und schützt den Drucker zudem vor Staub und sonstigen Verschmutzungen, die so in einer Werkstatt herumwirbeln können.

Aus einem Meter Abstand macht der Drucker schon Lärm...

Aus einem Meter Abstand macht der Drucker schon Lärm…

Zunächst dachte ich eigentlich nur an den Bau eines entsprechenden Gehäuses, doch es keimte dann bei mir der Entschluss, meinen Prusa einem Upgrade zu unterziehen, bei dem es nicht nur bei einem Gehäuse bleiben soll.

Da der Drucker in der Bastelkammer steht, ich dort aber nicht bei jedem (längeren) Druck anwesend sein will, wollte ich eine Art Fernsteuerung und Überwachungsmöglichkeit. Bei meinen Recherchen zu dem Thema stieß ich auf die Software Octoprint, die auf einem Raspberry Pi läuft. Mit diesem Setup kann der Drucker via Wlan überwacht und gesteuert werden, eine angeschlossene USB-Kamera liefert sogar Live-Bilder oder ermöglicht Zeitraffer-Aufnahmen des Druckprozesses zu machen. Diese Erweiterung wollte ich daher ebenfalls vornehmen, da ich noch ein Raspberry Pi B ungenutzt liegen habe.

Um den Drucker später im Gehäuse unterzubringen und betreiben zu können, ist auch die Verlängerung der Verkabelung nötig, da ich das ATX-Netzteil und die Arduino-Ramps-Steuerung außerhalb des Gehäuses anbringen möchte – insb. unter dem Gesichtspunkt der Kühlung sollen diese Komponenten nicht innerhalb des Gehäuses untergebracht werden. Daher muss mehr oder weniger die gesamte Verkabelung angefasst werden – eine gute Gelegenheit das Hotend auch gleich zu tauschen – bisher nutze ich noch mein China-PLA-Hotend – mit diesem bin ich prinzipiell sehr zufrieden. Dennoch möchte ich zukünftig neben PLA auch ABS, Nylon usw. verarbeiten können. Daher wird dieses nun gegen mein E3D Ganzmetall-Hotend ausgetauscht, welches schon seit einiger Zeit im Regal auf seinen Einsatz wartet. Mit dem E3D ist dann auch der Druck von Nylon und ABS sowie neuer PLA-Mischungen mit Kohlefaser möglich.

E3D-Hotend: Noch verpackt warten die Einzelteile auf die Montage...

E3D-Hotend: Noch verpackt warten die Einzelteile auf die Montage…

 

Das Gehäuse entsteht

Zurück zum oben erwähnten Gehäuse. Da ich mein Prusa mit einer Versteifung versehen habe konnte ich die recherchierten Konstruktionsdaten nicht einfach übernehmen. Zudem hängt die Konstruktion auch vom verfügbaren Material ab. Aus dem Grund habe ich mich nach Ermittlung der nötigen Innenmaße an die Konstruktion meines Gehäuses gemacht, dabei habe ich mich aber stark an das o.g. Design angelehnt, wobei ich noch eine zusätzliche Wartungsklappe in der Rückwand hinzugefügt habe, um ggf. an den Drucker auch von der Rückseite gelangen zu können. Abweichend von dem ursprünglichen Design nutze ich meine bisherige Filament-Halterung weiter. Das Gehäuse selbst basiert auf zwei Holzarten: MDF (in den Stärken 13mm und 19mm) sowie Birken-Multiplex (18mm). Für die Montage des Netzteiles und der Arduino-Ramps-Kombination nutze ich diese Halterungen. Im Inneren des Case werde ich noch LED-Lichtstreifen zur Beleuchtung einkleben und die USB-Kamera anbringen.

So sieht die das entworfene Gehäuse aus:

CAD-Modell: Die Vorderansicht. Vorne wir das Gehäuse mit einer durchsichtigen PS-Platte, die einfach nur eingelegt wird, verschlossen.

CAD-Modell: Die Vorderansicht. Vorne wir das Gehäuse mit einer durchsichtigen PS-Platte, die einfach nur eingelegt wird, verschlossen.

CAD-Modell: Seitenansicht des Gehäuses. Gut zu erkennen ist die Anordnung der einzelnen Holzteile.

CAD-Modell: Seitenansicht des Gehäuses. Gut zu erkennen ist die Anordnung der einzelnen Holzteile.

CAD-Modell: Ansicht auf die Rückwand - gut zu erkennen ist die Aussparung, die für die Wartungsklappe ist.

CAD-Modell: Ansicht auf die Rückwand – gut zu erkennen ist die Aussparung, die für die Wartungsklappe ist.

CAD-Modell: Die Wartungsklappe (grün) ist eingefügt.

CAD-Modell: Die Wartungsklappe (grün) ist eingefügt.

Die Konstruktionszeichnungen werde ich hier demnächst einstellen.

Update zum Bau des Gehäuses (I):

In den letzten Tagen habe ich mir passendes Holz im Baumarkt beschafft und dort auch gleich grob rechtwinkelig zuschneiden lassen. Anschließend ging ich daran, die einzelnen Platten anzuzeichnen und an der Kreissäge in die richtigen Geometrien zu sägen. Den Ausschnitt der Rückwand und die Ausklinkungen der inneren Seitenplatten machte ich mit der Stichsäge. Die großen Löcher in den Platten sind mittels Forstner-Bohrer gemacht. Die Aussparung für die Wartungsklappe in der Rückwand ist mit der Oberfräse gemacht.

Die Montage habe ich nun auch fast erledigt: Die Platten sind stumpf mit Schrauben verbunden (vorher habe ich alle Schraubenlöcher vorgebohrt: 0,7x Aussenduchmesser ergbit den Durchmesser für das Kernloch bei Spax-Schrauben und mit einem Kegelsenker entsprechend abgesenkt) und die Kontaktflächen zusätzlich mit Leim versehen. Die Birken-Multiplexplatten werden nach dem Lackieren (inkl. Vorstreichen) mit den inneren MDF-Platten von innen per Spax-Schrauben befestigt.

Hier mal einige Bilder zum Bau:

Übertragen der Schnittkanten von der Zeichnung auf die einzelnen Teile.

Übertragen der Schnittkanten von der Zeichnung auf die einzelnen Teile.

Die Maße werden angerissen.

Die Maße werden angerissen.

Die Ausfräsung für die Wartungklappe in der Rückwand muss nachgearbeitet werden.

Die Ausfräsung für die Wartungklappe in der Rückwand muss nachgearbeitet werden.

Zusähen der einzelnen Teile: Auch an der Kreissäge wird gearbeitet - hier entsteht eine 70°-Schräge an der Stirnseite einer Leiste.

Zusähen der einzelnen Teile: Auch an der Kreissäge wird gearbeitet – hier entsteht eine 70°-Schräge an der Stirnseite einer Leiste.

Die Wartungklappe.

Die Wartungklappe.

Die einzelnen Teile sind angefertigt.

Die einzelnen Teile sind angefertigt.

Profilansicht der oberen und unteren Leiste - die Geometrie ist an der Kreissäge entstanden.

Profilansicht der oberen und unteren Leiste – die Geometrie ist an der Kreissäge entstanden.

Anpassen: Bodenplatte und untere Leiste passen gut zusammen.

Anpassen: Bodenplatte und untere Leiste passen gut zusammen.

Die Teile sind verleimt und verschraubt.

Die Teile sind verleimt und verschraubt.

Die obere Leiste ist verschraubt. Zu erkennen ist ein Lücke an der inneren Seitenwand - ich habe die Ausklinkung zu großzügig ausgesägt...

Die obere Leiste ist verschraubt. Zu erkennen ist ein Lücke an der inneren Seitenwand – ich habe die Ausklinkung zu großzügig ausgesägt…

Holzspachtel dient zum ausgleichen von Unebenheiten, Kanten und zum verdecken der Senkkopfschraubenköpfe.

Holzspachtel dient zum ausgleichen von Unebenheiten, Kanten und zum verdecken der Senkkopfschraubenköpfe.

Der Holzspachtel ist angeschliffen, aber noch nicht ganz eben. Der Schraubenkopf ist nicht mehr zu sehen.

Der Holzspachtel ist angeschliffen, aber noch nicht ganz eben. Der Schraubenkopf ist nicht mehr zu sehen.

Die Lücke, die durch meinen Fehler beim Ausklinken entstand ist mit Holzspachtel gefüllt.

Die Lücke, die durch meinen Fehler beim Ausklinken entstand ist mit Holzspachtel gefüllt.

Mit Feinspachtel muss der Übergang noch geglättet werden - nur Holzspachtel reichte nicht.

Mit Feinspachtel muss der Übergang noch geglättet werden – nur Holzspachtel reichte nicht.

Zwischenstand: Der Korpus ist fertig, die Schraubenköpfe und Lücken verspachtelt.

Zwischenstand: Der Korpus ist fertig, die Schraubenköpfe und Lücken verspachtelt.

Update (II): Lackieren, Frontscheibe…

Lackiermaterial: Die MDP-Platten habe ich vorgestrichen und dann mit Acryl-Lack in drei Schichten mit der Rolle lackiert.

Lackiermaterial: Die MDP-Platten habe ich vorgestrichen und dann mit Acryl-Lack in drei Schichten mit der Rolle lackiert.

Frisch lackiert - drei Schichten müssen es schon sein...

Frisch lackiert – drei Schichten müssen es schon sein…

Die Füße sind eigentlich Türstopper - aber sie erfüllen ihren Zweck.

Die Füße sind eigentlich Türstopper – aber sie erfüllen ihren Zweck.

Die "Füße" sind mit normalen Spax-Schrauben in den Boden geschraubt.

Die „Füße“ sind mit normalen Spax-Schrauben in den Boden geschraubt.

Klarlack für die Birken-Multiplexseitenplatten. Da Öl verdunsten kann, habe ich mich für den Klarlack entschieden.

Klarlack für die Birken-Multiplexseitenplatten. Da Öl verdunsten kann, habe ich mich für den Klarlack entschieden.

Rückansicht - die Wartungklappe fehlt noch.

Rückansicht – die Wartungklappe fehlt noch.

Die Polystyrol-Platte ist mit einer kleinen Kreissäge zugesägt.

Die Polystyrol-Platte ist mit einer kleinen Kreissäge zugesägt.

Die Handgriffe sind aus dem Baumarkt. Die mitgelieferten Schrauben sind zu groß und daher gegen kürzere Schrauben getauscht.

Die Handgriffe sind aus dem Baumarkt. Die mitgelieferten Schrauben sind zu groß und daher gegen kürzere Schrauben getauscht.

Für die Montage der Griffe an der PS-Platte habe ich Kegelsenkungen auf der Rückseite angebracht.

Für die Montage der Griffe an der PS-Platte habe ich Kegelsenkungen auf der Rückseite angebracht.

Schön anzusehen - die durchsichtige Frontseite mit Griff.

Schön anzusehen – die durchsichtige Frontseite mit Griff.

Eingetroffen: LED-Streifen, weiß, für die Innenbeleuchtung:

LED-Streifen für die Innenbeleuchtung - noch in antistatischer Verpackung.

LED-Streifen für die Innenbeleuchtung – noch in antistatischer Verpackung.

Für die feste Montage des Prusa i3 im Gehäuse werde ich diese Befestigungen nutzen, die ich bei thingiverse gefunden habe – den Drucker werde ich schon einmal anwerfen…

Leider ist die o.g. Befestigung für M8-Gewindestangen konstruiert – ich habe aber M10-Gewindestanden verbaut. Aus dem Grund habe ich geschwind eine passende Befestigung konstruiert:

CAD-Modell der Prusa i3-Befestigung (für M10-Gewindestange).

CAD-Modell der Prusa i3-Befestigung (für M10-Gewindestange).

Die Druckdaten dazu stelle ich demnächst bei thingiverse ein – nun drucke ich mal vier Halterungen in knapp 3h (PLA, 30% Infill, 0.2mm Layer).

Update: Die Halterungen sind gedruckt:

Zur Befestigung des Prusa im Gehäuse habe ich drei entsprechende Halterungen gedruckt.

Zur Befestigung des Prusa im Gehäuse habe ich drei entsprechende Halterungen gedruckt.

Befestigung am vorderen Teil des Druckers.

Befestigung am vorderen Teil des Druckers.

Hinten wird der Drucker mit zwei Halterung fixiert.

Hinten wird der Drucker mit zwei Halterung fixiert.

 

Update (III): Gehäuse-Zeichnungen (Veröffentlicht unter der CC-Lizenz by-nc-sa):

Hier kommen die Zeichnungsblätter der einzelnen Holzteile für das Gehäuse – viel Spaß beim Nachbau…

Wartungsdeckel_v02 Unterleiste_v02 Seitenwand_innen_v02 rückwand_v02 Kopie Oberplatte_v01 Oberleiste_v02 Bodenplatte_v01 Birken-Seitenplatte_v01

Oder als DXF-Files sind die Zeichnungen hier zu finden.

 

Die Fernsteuerung mit Octoprint

Um Octoprint einzusetzen ist neben dem 3D-Drucker noch entsprechende Hardware erforderlich, dies sind:

  • Rapsberry Pi B/ B+ oder 2
  • USB-Kamera
  • Wlan-Stick (alternativ LAN)
  • SD-Karte (16GB)
  • USB-Netzteil (mind. 1A)
  • USB-Kabel (um den RPi später mit dem 3D-Drucker zu verbinden)
  • (SD-Karten-Reader, HDMI-Kabel, USB-Tastatur – nur zum ersten Setup nötig)
Octoprint mit dem nötigen Zubehör: SD-Karte, Raspberry Pi B, USB-Wlan-Adapter, USB-Kamera, USB-Hub, Steckernetzteil (von vorne links im Uhrzeigersinn).

Octoprint mit dem nötigen Zubehör: SD-Karte, Raspberry Pi B, USB-Wlan-Adapter, USB-Kamera, USB-Hub, Steckernetzteil (von vorne links im Uhrzeigersinn).

 

Softwareseitig ist die Sache sehr einfach. Auf der Website von Octoprint  findet sich ein fertiges, extra für den RPi angefertigtes Disk-Image namens Octopi. Diese ist herunter zu laden und mit einer geeigneten Image-Writer-Software auf der SD-Karte zu installieren. Ich nutze dazu die Software Win32 Disk Imager. Nach erfolgreicher Installation ist die Erst-Konfiguration des Linux-Systems vorzunehmen. Ist das erledigt und die LAN oder WLAN-Verbindung steht, kann über den Browser Octoptint direkt aufgerufen werden.

Wie man das alles macht, wird in diesem Video gut erläutert, bzw. kann hier nachgelesen werden:

 

Test des Octoprint-Setups - auch der Stream funktioniert jetzt mit der 5€ China-USB-Kamera...

Test des Octoprint-Setups – auch der Stream funktioniert jetzt mit der 5€ China-USB-Kamera…

Ich werden dieses Posting jeweils dem Projektfortschritt anpassen – also schaut einfach von Zeit zu Zeit hier vorbei.

Soweit für heute

Horrido und stay tuned!