Der “Backpack” mini Delta 3D Drucker – Aktueller Stand zum Prototyp

Einleitung

Zuletzt habe ich das Gesamtkonzept vom Backpack präsentiert. Nachdem ich darauf aufmerksam gemacht wurde, die Riemenführung zu verbessern, um ein Z-Wobble zu verhindern, musste ich den Backpack zum größten Teil umdesignen. In diesem Beitrag werde ich auf die Probleme genauer eingehen und meine Ergebnisse präsentieren. Außerdem dürft ihr euch über ein paar nette Videos freuen.

Ursprünglich war der Plan, viele kleine Updates in mehreren Beiträgen zu veröffentlichen, allerdings dauert die Bearbeitung länger als die Arbeiten am Backpack, deshalb komme ich oftmals nicht hinterher und möchte nun in diesem Beitrag alles loswerden, was es zu erzählen gibt.

Was zwischen Extruder V2 und jetzt passiert ist

• Zwischen Extruder V2 und jetzt ist eine Menge passiert. Mittlerweile wurde der Extruder wieder überarbeitet, sodass Extruder V2.1 bereits konzipiert wurde, aber auch hier gibt es noch Kleinigkeiten zu verbessern.
• Die Lieferung mit den Schrittmotoren 28BYJ-48 ist eingetroffen. (Dazu weiter unten mehr)
• Das GT2 16 Teeth Pulley ist angekommen
• Der erste Prototyp vom Hotend wurde erstellt
  • Der Effector musste deutlich überarbeitet werden, um Druckraum zu gewinnen. Auch der Drucktisch muss noch ein paar Milimeter versetzt werden, um zusätzlichen Druckraum zu gewinnen.
• Nahezu alle Teile erhielten ein großes Update

Das Problem mit der Riemenführung

Das Problem war, dass alles auf den 28BYJ-48 Schrittmotoren basierte, sodass auch der Platz zwischen den Alu-Rundstäben genau der Breite der Motoren entsprach. Nach dem ich die erste Achse fertig zusammengesetzt hatte, fiel mir ein riesiges Problem auf. Dadurch, dass ich auf Linearlager beim Carriage verzichte, muss man dafür sorgen, dass die Alurundstäbe absolut parallel zueinander laufen. Nur hatte ich die Befestigungspunkte am Carriage für den Riemen nicht mittig platziert, sodass die Kräfte ungleichmäßig wirkten und der Carriage verkantete. Die neue Riemenführung beinhaltet einen Carriage mit Befestigungspunkten für den Riemen in der Mitte und der Riemen läuft absolut parallel zu den Achsen.

28BYJ-48 Schrittmotoren im Detail

Die 28BYJ-48 sind günstige Schrittmotoren für ein bis zwei Euros. Die Motoren wurden ursprünglich für die Klappenverstellung der Lüftungen in Autos konzipiert. Diese kleinen Motoren eignen sich jedoch noch für mehr als nur das Steuern der Luftzufuhr. Durch eine Untersetzung haben sie – für ihre Größe – ein relativ hohes Drehmoment. Leider könnte dieses Getriebe dem Backpack später zum Verhängnis werden, aber dazu weiter unten mehr.

Da das Ramps 1.4 und die gesamte Elektronik immer noch auf sich warten lässt und ich die Motoren ohne den ULN2003 Motortreiber gekauft hatte, habe ich mich dazu entschlossen, für Testzwecke einfach nochmal fünf 28BYJ-48 Schrittmotoren aber dieses Mal mit ULN2003 Motortreiber zu kaufen. Das komplette Set gibt es auf Amazon per Prime Versand. Ich denke mal, ich werde noch genügend Projekte finden, wo ich diese Schrittmotoren verwenden kann.

Die 28BYJ-48 Schrittmotoren sind intern anders aufgebaut, wie wir es von den Nema17 Schrittmotoren kennen. Denn die kleinen Schrittmotoren sind unipolar, während die Nema17 bipolare Schrittmotoren sind. Ein Unipolare Schrittmotor hat quasi zwei große Spulen, die jeweils noch einmal halbiert werden, während ein bipolare einfach nur zwei Spulen besitzt. Die Ansteuerung von unipolaren Schrittmotoren ist leichter, während bipolare komplizierter sind. Das Ganze Thema wird auf den folgenden Seiten noch einmal verdeutlicht:

• https://arduino-info.wikispaces.com/SmallSteppers
• https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-bipolar-unipolar-stepper-motor

Für den Backpack werden die Motoren noch auf bipolar umgebaut, dies hat den Vorteil, dass sich das Drehmoment noch einmal erhöhen wird und wir die A4988-Motortreiber nutzen können.

In den vergangenen Tagen konnten die Schrittmotoren noch ein wenig getestet werden, dabei sind folgende Ergebnisse zu Tage gekommen:

• Bei 5V Spannung besitzen die Motoren fast kaum Kraft. Schrittverlust ist hier eigentlich vorprogrammiert.
• Die Motoren sind stark untersetzt, 4096 Halbschritte bzw. 2048 Ganzzschritte benötigt es, bis eine Umdrehung erreicht wird.
• Im Test erreichten die Schrittmotoren eine maximale Geschwindigkeit von 17 U/min bei 5V und bei 7,5V sogar 22U/min.
• Das Drehmoment stieg ab 7,5V immens an.
• Die Schrittmotoren werden sehr heis, wenn man sie über den angegeben 5V betreibt, aber das wurden die Mini-Schrittmotoren aus meinem ersten 3D Drucker Projekt auch.

Wie ist der aktuelle Stand?

Die ersten Schritte

Der aktuelle Stand wird im Video ganz gut dargestellt. Momentan laufen die Schrittmotoren immernoch mit den ULN2003 Schrittmotor-Treibern an einem Cactus Rev 2.

Es wird heis

Kurz darauf wurde das Hotend entwickelt und umgesetzt. Zwar fehlen immer noch die ursprünglich bestellten Einzelteile für das Hotend, aber aus den Resten vom Sparkcube, Prusa i3 und dem 3D Drucker aus alten PC’s konnte ich ein funktionierendes Hotend basteln.

Die Bedingungen am Hotend waren ja hauptsächlich: klein und lüfterlos. Gerade letzteres bescherte mir deutlich Kopfzerbrechen, konnte aber durch einen PEEK-Rundstab und guter Isolierung gelöst werden. Im ersten Test wurde das Hotend auf 200° erhitzt und bestand auf Anhieb den Test. Die abstrahlende Wärme befindet sich im Rahmen, sodass die 3D gedruckten Teile außen rum keinen Schaden nehmen können. Der Test wurde 45 Minuten lang durchgeführt. Da ich kein Infrarot-Thermometer oder eine Wärmekamera besitze, kann ich die kritischen Punkte leider nicht messen.

Effector V20 – Das UFO

Der Effector erhielt ein größeres Update, da mir urplötzlich der Gedanke kam, wie viel Platz eigentlich verschwendet wird, weil die Druckdüse nicht auf Armhöhe liegt. Deshalb wurde der Effector so “umdesignt”, dass die Druckdüse und die Verschraubung der Arme (Rods) auf selber Höhe liegen. Das Hotend ist quasi jetzt innerhalb vom Effector, so konnten zusätzlich 30mm Druckraum gewonnen werden.

Offene Punkte

Ein leider sehr unangenehmer offener Punkt ist das Getriebe vom 28BYJ-48 Schrittmotor. Denn durch das Flankenspiel der Zahnräder wurde berichtet, dass es 20 zusätzliche Schritte benötigt um einen Richtungswechsel zu vollziehen. Dadurch hat man eine ziemlich ungenaue Wiederholrate bei einem Richtungswechsel. Wenn man das hochrechnet, bedeutet dies, dass das GT2-Pulley bei einem Richtungswechsel 3,5° erst einmal stehen bleibt. In wie weit das Auswirkungen auf das 3D Druckbild hat, werde ich in Zukunft testen.

Ein paar kleine offene Punkte:

• Der “Pulley Idler” muss noch an den niedrigeren Drucktisch angepasst werden
  • Die Druckplatte fehlt noch.
• Der Effector benötigt noch eine Bohrung, um das Hotend befestigen zu können.
• Der Motorhalter ist noch nicht zu 100% optimal
• Die Grundplatte vom Extruder benötigt noch folgende Anpassungen:
  • Bohrung für PTFE-Teflon Schlauch für die Filament-Führung zum Hotend ist zu groß.
  • Der Arm für den Anpressdruck auf das Ritzel hat zu viel Spiel
  • Ritzel und Lager sitzen nicht optimal zueinander
• Die Endstops konnten noch nicht platziert werden. Demnach ist es noch ungewiss, ob die Stellschraube praktikabel ist.

Wie ihr seht, gibt es noch viele Kleinigkeiten, bis zum ersten wirklichen Druckergebnis. Aber nichts desto Trotz geht das Projekt mit großen Schritten vorwärts. Ich bedanke mich für die zahlreichen positiven Kommentare. Bitte beachtet auch die Projektseite, die ich langsam immer aktualisiere, sodass ihr alle Infos auf einem Blick habt. Wer die Facebook-Fanpage liket, erhält übrigens immer die neusten Meldungen zum Backpack und braucht nicht auf die detaillierten Berichte zu warten.

Alle Artikel zum Backpack Mini Delta

• Der Backpack mini Delta 3D Drucker - Bauanleitung Mechanik (4. Mai 2020)
• Der Backpack Mini 3D Delta Drucker (29. August 2017)
• Der Backpack - Aktuelle Probleme und Gewinnspiel (13. Juni 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Prototyp in Aktion (3. Juni 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Erste Schritte mit den 28BYJ-48 Schrittmotoren (29. Mai 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Aktueller Stand zum Prototyp (22. Mai 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Extruder V2 (17. Mai 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Vom 3D Modell zur Realität (15. Mai 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Gesamtkonzept 3D Modell (13. Mai 2017)
• Der "Backpack" mini Delta 3D Drucker - Extruder (7. Mai 2017)
• "Backpack mini Delta" - Erstes Konzept und 3D Modell (3. Mai 2017)
• Der "Backpack Mini Delta" 3D Drucker mit 28bYJ-48 Schrittmotoren - Idee vorstellen (27. April 2017)