Mechanics? Check!

Ein Sonntag Nachmittag mit basteln liegt hinter uns :)

Der Drucker hat wieder einige Fortschritte gemacht. Zusammen gefasst kann ich behaupten, dass die Mechanik nahezu komplett fertig ist, nur die Elektronik muss noch angeschlossen werden.

Gleich am Anfang haben wir uns um vorderen Endschalter auf der Y Achse gekümmert. Wie schon angekündigt haben wir mit 2-K Epoxy Kleber ein kleines Stückchen Kunststoff auf die Halterung des Linearlagers geklebt, damit der Endschalter erreicht wird. Jetzt klickert es auch schön, wenn man den Schlitten nach vorne schiebt. :) Wie es sich gehört. 

Der 'erweiterte' Endanschlag

Den Schlitten für das Druckbett mussten wir aber leider noch einmal komplett ausbauen, was aber recht schnell geht. Wir musste dafür nur die beiden Führungsschienen heraus ziehen und dann hatten wir es auch schon in der Hand.

Dadurch wurde der Platz frei für einen großen Winkel. Diesen konnten wir dann unten an den Motorhalterungen der Z Achse anlegen und damit ausmessen, wo die oberen Halterungen der Z Führungen angeschraubt werden müssen. Anlegen, markieren, vorbohren, locker anschrauben, noch mal messen, fest schrauben. Heraus kommt ein (fast) perfekter rechter Winkel mit parallelen Führungsstangen. Die Aufhängung der X Achse läuft damit über die Z Achse wie ein Traum.

Ein Zwischenstand

 Was uns an den 'normalen' Mendel Druckern immer gestört hat, war dieser Kabelwust, der sich irgendwie um die Gewindestangen schlängelt, mit denen die Drucker aufgebaut sind. Einer der Gründe dafür, den Mendel90 zu bauen war die durchdachte Kabelführung. Also haben wir auch Wert darauf gelegt, dass das vernünftig aussieht und wartbar ist.

Kabelführung vom Y Motor

 Bei den ganzen Druckteilen waren auch mehrere Kabelschellen, um die Kabel sauber auf dem Drucker legen zu können. Und wenn sowas schon da ist, kann es auch verwendet werden. Generell haben wir darauf geachtet, dass Kabel, die Signale führen von den Kabeln getrennt verlaufen, die Strom führen. Dadurch wollen wir Übersprechungen vermeiden. Um das ganze weiter zu minimieren, sind die Kabel der Motoren verdrillt. Durch diese Verdrillung soll die gegenseitige Beeinflussung weiter reduziert werden.
Im oberen Bild sieht man auch schön, wie das Kabel für den Endschalter (die beiden blauen Adern) parallel zu den Motorkabeln läuft.

Kabelführung hinten (Heatbed, Thermistor, linker Z Motor)

 Im hinteren Bereich des Druckers sieht man die Kabel für das Heatbed, beim Mendel90 ist das Heatbed mit einem 26 adrigen Flachbandkabel angeschlossen, bei dem jeweils 12 Adern die 12V+ und Masse für die Versorgung des Heatbeds genutzt werden und die mittleren beiden die Leitungen des Thermistors verlängern, der die Temperatur des Druckbettes messen soll.
Durch das Flachbandkabel kann sich die Versorgungsleitung immer sauber unter dem Druckbett aufrollen, wenn der Schlitten vor und zurück läuft.

Der rechte Z Motor - noch mit den originalen Wellenkupplungen

 Um die ganzen Kabel dann Richtung Elektronik zu bekommen, mussten wir mehrere Löcher in den schönen Rahmen bohren. Leider gab es dadurch ein paar Abplatzer im MDF, aber wenn wir da noch einmal mit einem kleinen Pinsel ein wenig Farbe drauf machen fällt das nicht mehr auf. Könnte auch auf den nicht ganz scharfen Bohrer zurück zu fuhren sein, mit dem Torsten eher Feuer machen als bohren konnte :) Davon sollte vielleicht noch einer auf der Einkaufsliste landen, gemeinsam mit ein paar Schrauben, die uns noch fehlen. Das BOM (Bill of Material, also die Einkaufsliste) ist wahnsinnig detailliert, es wird jede einzelne Schraube aufgeführt. Leider ist nicht immer genau zu erkennen, welche dieser vielen Schrauben wo genau hin kommt. Vermutlich haben wir eine Menge Schrauben anders verwendet als es geplant war. Das muss kein Nachteil sein, ich möchte damit nur sagen, dass eine zu detaillierte BOM auch zu Problemen führen kann, wenn man sich nicht sklavisch dran halten kann (oder will ;) ).

viele viele Leitungen, die noch angeschlossen werden müssen

Die ganzen Leitungen laufen dann auf der rechten Seite hinter dem Gantry (dem Portal, an dem die Z und X Achse hängen) zusammen. Hier werden die Elektronik und das Netzteil befestigt. Das dicke rote und schwarze Kabel sind für das Heatbed, die blauen für die Endschalter, die vierfarbigen gehen zu den Motoren. Nicht zu sehen ist das Flachbandkabel, dass von der X Achse und dem Extruder kommt. Dieses Kabel läuft über den Rand das Portals hierher. Wenn der Drucker läuft werden wir noch ein paar Kabelschellen drucken, um dort noch aufzuräumen. Das müssen wir auch noch auf der linken Seite, denn das Kabel für den oberen Endschalter der Z Achse ist auch noch frei fliegend.

Der X Schlitten mit dem Druckkopf - die Kabel werden noch besser verlegt

Der Extruder ist auch fertig zusammen gesetzt. Die Aufhängung des J Head Hotends (also des Teils, dass den Kunststoff schmilzt) ist ein wenig verbesserungswürdig. Derzeit wird er von drei Schrauben gehalten, die in 60 Grad Winkel zueinander mit Unterlegscheiben in die Nut oben am Hotend greifen und diese an das Coldend (mit den Zahnrädern, die das Filament fördern) drücken. Ja, es hält, es mag praktisch sein, aber hübsch ist es nicht. Da besteht Verbesserungsbedarf. Vielleicht ist das ein Grund, sich mit einem Stück Aluminium noch mal an die Fräse zu setzen und eine schönere Halterung herzustellen.

Nochmal der X Schlitten und Druckkopf

 Alles was auf dem X Schlitten liegt, also das Hotend, der Thermistor für die Druckkopftemperatur, die Versorgunsleitungen für den Motor und den Lüfter, laufen ebenfalls über ein Flachbandkabel. Das Kabel wird verstärkt mir einem dünnen, flexiblen Streifen Kunststoff, den wir aus einem Schnellhefter geschnitten haben. Das ist zwar nicht so gut wir eine Energiekette, aber ausreichend und bei weitem billiger.
Verbunden ist der Schlitten mit dem Flachbandkabel und damit der Elektronik über einen 15 poligen D-Sub Stecker. Das hat den Vorteil, dass sich das schnell trennen lässt, wenn mal etwas geändert oder repariert werden muss. Oder wenn der Drucker als Basis für einen Lasercutter / Gravierer genutzt werden soll. Es stehen genügend Leitungen für die Stromversorgung des Lasers zur Verfügung, die auch schon an einem der MOSFETs am RAMPS hängen, damit er geschaltet werden kann.

  

Die Elektronik (RAMPS und Arduino Mega2560)

 Die Elektronik zur Steuerung wurde an die rechte Seite hinter das Portal gehängt, also dort, wo auch die ganzen Kabel raus kommen (macht Sinn, oder? =) )
Die Elektronik besteht aus einem Arduino Mega2560, einem verbreiteten Microcontroller-Board, das in vielen Projekten - nicht nur 3D Druckern - genutzt wird. Herz des ganzen ist ein Atmel ATMega2560 Prozessor.
Darauf gesteckt als sogenanntes Shield (eine Art Tochterboard) ist das RAMPS 1.4 (RepRap Arduino Mega Polulu Shield). Dieses Board stellt die Kontakte zur Verfügung, an denen die Endschalter, Motoren usw. angeschlossen werden. Die oberen beiden Sockelleisten sind zum Anschluss des Displays und des SD Kartenlesers, die den Drucker vom Computer nahezu unabhängig machen.
Gleichzeitig hat das RAMPS selbst noch kleine Tochterplatinen gesteckt, die für die Schrittmotorsteuerung zuständig sind - Stepstick oder Pololu genannt.
Die unteren grünen Anschlüsse sind für die Heizung des Hotends, des Lüfters und des Heatbeds (bereits angeschlossen), die etwas längeren auf der rechten Seite stellen die Verbindung zum Netzteil her.

Die Schrittmotoren, die wir uns gekauft haben, brauchen 200 Schritte für eine Umdrehung, also 1,8° pro Schritt. Das ist schon eine Menge aber noch nicht genug, um die geforderte Genauigkeit zum drucken zu erreichen. Schrittmotoren bietet jedoch die Möglichkeit, in Mikroschritten gesteuert zu werden. Das ist nicht immer wirklich einfach, wenn es kleiner als Halbschritte sein soll, aber genau dafür werden die Stepsticks benutzt. Bei diesen kann man per Jumper einstellen, wie viele Mikroschritte der Motor machen soll und der Chip darauf macht den Rest. Eingstellt haben wir sie auf 1/16tel Schritte, so dass wir 3200 Schritte für eine Umdrehung des Motors ausführen können. Um das zu verdeutlichen: bei der Z Achse, die ja durch eine M8 Gewindestange mit 1,25 mm Steigung pro Umdrehung angetrieben wird, brauchen wir 2560 Schritte, um den Druckkopf einen Millimeter rauf oder runter zu bewegen. Bei den beiden anderen Achsen, die über eine Riemenscheibe (ein sog. Pulley) mit 20 Zähnen angetrieben wird, brauchen wir pro Millimeter 80 Schritte - eine rechnerische Genauigkeit von 0,0125 mm pro Schritt auf diesen Achsen. Das ganze lässt sich sehr schön mit dem RepRap Calculator 3 von Josef Prusa errechnen.

Das Ergebnis bis jetzt

 Nachdem die Kabel soweit lagen, haben wir uns um das Druckbett gekümmert. Auf dem Holzträger an dem die Linearlager befestigt sind, haben wir an den Ecke M4x40 Schrauben mit Innensechskant befestigt, die Schraubköpfe oben, am Schlitten gehalten durch Muttern. Das Druckbett besteht aus einer Ikea Spiegelfliese in 30 x 30 cm, in deren Ecken wir von unten Neodym-Magnete mit 2K Epoxy geklebt haben. Diese Magnete halten das Druckbett auf den Schrauben, ca 3 cm über dem Schlitten. Damit haben wir genug Platz, dazwischen das Heatbed und eine Wärmeisolierung zu platzieren. Gehalten wird das Heatbed durch zwei Aluminium-Profile, die mit Klammern am Druckbett befestigt werden - im Bild noch nicht vorhanden.

Beim nächsten mal werden die ganzen Kabel auf die Stecker gelötet oder gecrimpt und damit dann an das RAMPS angeschlossen. Eigentlich sollten die Motoren dann das erste mal drehen und vielleicht den ersten Testdruck liefern.