Jürgens 3D Printer Bau


(Replicating Rapide Prototyper)

 

 

 

Druckerbau
Ich bau mir einen 3D Printer ...
beschloß ich eines Tages.

Schnell bin ich im Internet auf die Webseite Reprap.org gestoßen. Reprap ist eine Webseite auf der eine ganze Reihe von Selbstbau (DIY) 3D Druckern sehr gut beschrieben sind.

Da ich mit dem Arduino ganz gut zurechtkomme, entschied ich mich für ein Modell welches mit einem Arduino Mega betrieben wird. Das Modell Mendel Prusa i3 als überarbeitetes Modell (Rework) würde für mich genau passen. Eine Stückliste mit den Teilen welche für den Bau benötigt werden, ist ebenfalls auf Reprap.org zu finden.

Auf Ebay fand ich alle Teile welche für den Bau des Prusa i3 Rework benötigt werden.

Bald trafen die ersten Teile per Post ein. Als wenigstens die Teile für die Mechanik vollzählig waren, begann ich mit dem Aufbau.

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Teile- und Softwareliste für Prusa i3 Rework

Mechanik

  • gedruckte Teile Rahmen (Teile welche mit einem anderen 3D Drucker gedruckt werden)
    • 1 Stk. X-Achse Lagergehäuse
    • 1 Stk X-Achse Führung
    • 1 Stk X-Achse Motorhalterung
    • 1 Stk Riemenhalter
    • 4 Stk Y-Achse Ecke
    • 1 Stk Y-Achse Motorhalterung
    • 1 Stk Y-Achse Führung
    • 1 Stk Z-Achse oben links
    • 1 Stk Z-Achse oben rechts
    • 1 Stk Z-Achse Endstopphalter
    • 1 Stk Z-Achse unten links
    • 1 Stk Z-Ache unten rechts
    • 4 Stk Arduino Unterlegscheiben

  • gedruckte Teile Extruder (Druckkopf)
    • 1 Stk Extruder Grundkörper
    • 1 Stk Extruder Spannrolle
    • 1 Stk Lüfterhalterung
    • 1 Stk kleines Extruderzahnrad
    • 1 Stk großes Extruderzahnrad

  • Schrauben und Wellen
    • 2 Stk glatte Welle Ø 8x320 mm
    • 2 Stk glatte Welle Ø 8x350 mm
    • 2 Stk glatte Welle Ø 8x370 mm
    • 2 Stk Gewindestange M5x300mm
    • 4 Stk Gewindestange M10x210mm
    • 2 Stk Gewindestange M10x380mm

  • Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben
    • 42 Stk Schraube M3x14mm
    • 7 Stk Schraube M3x30mm
    • 2 Stk Schraube M3x60mm
    • 6 Stk Schraube M4x20mm
    • 1 Stk Schraube M8x30mm
    • 33 Stk Mutter M3
    • 6 Stk Mutter M4
    • 2 Stk Mutter M5
    • 1 Stk Mutter M8
    • 34 Stk Mutter M10
    • 1 Stk Sicherungsmutter M8
    • 53 Stk Unterlegscheibe 3mm (M3)
    • 6 Stk Unterlegscheibe 6mm (M6)
    • 34 Stk Unterlegscheibe 10mm (M10)
    • 5 Stk Madenschrauben M3
    • 1 Stk Madenschraube M8x20mm
    • 1 Stk. Wade Extruder Filamenttransportschraube
      M8x65mm gerändelt
    • 2 Stk. Unterlegscheiben 8mm (M8)
    • 2 Stk M3 Federring (Sprengring)

  • sontige mechanischen Teile
    • 11 Stk LM8UU Linearlager
    • 2 Stk Wellenachsenkopplung Innen Ø 5x5mm
    • 1 Stk Kugellager 624ZZ
    • 4 Stk Kugellager 608ZZ
    • 2 Stk GT2 Zahnriemenrollen Achse Innen Ø 5mm
    • 1 Stk GT2 Zahnriemen 5mm x 760mm
    • 1 Stk GT2 Zahnriemen 5mm x 900mm
    • 1 Stk Mendel Prusa i3 Rahmen
    • 1 Stk Mendel Prusa i3 Heizbetthalterung
  • Sonstiges
    • ABS Filament (je nach Hotend 1,75 oder 3mm)
    • Filamentrollenhalterung
    • Kaptonband 50mm breit
    • Isopropanol (oder Aceton) zum Reinigen des Heizbettes

 

Elektrik / Elektronik

  • Druckkopf
    • 1 Stk kompletter Druckkopf Hotend
      entweder MK8 12V 3mm 0,5mm inkl. Thermistor und Kabel (! extra Lüfter)
      oder J-Head V6 12V 1,75 0,4mm inkl. Thermistor. Kabel und Lüfter

  • Microcontroller und Steuerelektronik
    • 1 Stk Arduino Atmega 2560 Rev3 Microcontroller
    • 1 Stk RAMPS 1.4 Printercontroller
    • 4 Stk A4988 Motor Treiber Board inkl. Kühler
    • 1 Stk 64128 LCD/SD Card Multicontroller mit Rampsadapter und Kabel

  • Elektronik und Elektrik
    • 3 Stk Endstoppschalter inkl. Kabel
    • 5 Stk Schrittmotoren NEMA 17 Achse 5mm 12V 2,5A inkl. Kabel
    • 1 Stk Heizbett MK2b oder MK3
    • 1 Stk Thermistor 100 kOhm für Heizbett
    • 1 Stk Netzteil 12V 33A
    • 1 Stromkabel 240V mit Schuko Stecker
    • diverse verschiedenfärbige Kupferlitzen (rot, grün, blau, schwarz)
    • 1er, 2er und 4er Dupont Buchsenstecker
    • Kabelbinder

Software

  • PC-Software
    • Arduino Software - Free - Arduino Programmiertool
    • Pronterface - Free - 3D Druckersteuerungssoftware
    • Slic3r - Free - 3D Druckertool zur Druckvorbereitung der 3D Entwürfe
    • Open Scad - Free - 3D CAD Programm
  • 3D Drucker
    • Marlin - Free - 3D Drucker Firmware
    • U8glib - Free - LCD 64128 Library für Marlin

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Der Druckerbau
Mechanischer Teil

Ich hatte nun alle notwendigen Schrauben, die Gewindestangen und Rundeisen, die gedruckten Kunststoffteile, den Rahmen und die Schrittmotoren.

Der Bau konnte beginnen.

Da ich einen kostengünstigen Rahmen erworben habe, welcher händisch mut einem kleinen Stanzwerkzeug ausgestanzt worden war, musste ich zuerst alle Ränder glatt feilen. Einige Stunden später war der Rahmen fertig gefeilt und mit einen transparenten Kunststofflack versiegelt.

Laut Bauanleitung auf Reprap.org ging es nun mit dem eigentlichen bau los.

Die Y-Achse, ist eigentlich eine Ebene welche mittels Schrittmotor vor- und zurückbewegt wird.
Obwohl die Konsruktion einfach erscheint ist sie erstaunlich stabil.

 

X-Achse, darauf wird später der Druckkopf montiert.

 

Z-Achse, ist direkt am Rahmen befestigt und hält später die X-Achse.

 

X-Achse auf Z-Achse montiert. die Schrittmotoren für die X- und Z-Achsen sich auch schon angeschraubt.

 

X- und Z- Achse sind jetzt mit der Y-Achse verbunden. Jetzt fehlt noch der Druckkopf ...

 

Der mechanische Aufbau ist im Großen und Ganzen fertig.
Die Antriebsriemen für die X- und Y- Achsen fehlen noch, sowie die Antriebsverbindung der Z-Achse.
Das Hotend (die heiße Druckspitze), das Heizbett, der Lüfter, das Grafikdisplay, ein paar Kleinteile sowie die Steuerelektronik fehlen auch noch.

Mittlerweile sind weitere Teile eingetroffen: Endstopp Schalter, Arduino Mega 2560, Antriebsteile, Kleinteile.

Da keine mechanischen Endstoppschalter sondern optische Endstoppschalter zum Einsatz kommen sollen ( sie haben keine verschleißenden Mikroschalter) ist es notwendig die Endstopphalterungen am Drucker umzubauen und Gabellichtschranken anzubauen.

Die umbebauten Halterungen sind aus grünen Kunststoffplatten geschnitten und als Lichtunterbrecher dient ein schwarzer Kunststoffwinkel der entsprechend angepasst wurde.

Endstoppschalter Y-Achse

Endstoppschalter X-Achse

Endstoppschalter Z-Achse

 

Neue Federteller Drehteile (Danke an den Werkstättenmeister!) für die Extrudervorschubspannung

Nochmals ein Riesen Danke an den Werkstättenmeister für die Rändelmuttern für dir Justierung des Heizbetts.

Die Watezeit auf die letzten Teile gut genutzt und einen Filamentständer aus 20x20mm Aluformroht gebaut.

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Verkabelung Elektronik

Als Druckersteuerung dient ein Arduino Mega 2560, mit dem 3D Printer Huckepackshield RAMPS 1.4.
Als Steppermotorsteuerung trägt das RAMPSshield wiederum pro Achse und für den Extruder je ein A4988 Modul.

Damit der Drucker auch autark also ohne PC drucken kann, wird die Elektronik mit einem DotMatrix-Grafikdisplay LCD 12864 bei dem ein SD Card Reader integriert ist, aufgepimpt.

Die meisten Kabel der einzelnen Komponenten müssen verlängert werden, also Lötkolben und Schrumpfschlauch ist hier sicher nicht fehl am Platz.

Der verlängerte Kabelbaum wartet auf die RAMPS1.4 Platine...

Mechanisch soweit fertig, Verkablelung zu ca. 90% abgeschlossen.

Heizbett Verkabelt (und in den Federn, Federteller Drehteile :)

RAMPS 1.4 - Die 3D Printer Steuerplatine

Komplette Mikrokontrollereinheit

 

Erster Funtkionstest Grafikdisplay

Verkabelung quasi fertig

Oha, eine Displayhalterung brauche ich ja auch noch...

Heute habe ich die Verkabelung komplett fertig gestellt

Der Druckkopf (Hotend) ist auch schon da und schon montiert :)

Druckkopf

Das Heizbett habe ich umgedreht, dann kann direkt auf die Aluplatte gedruckt werden.
(Im Hintergrund meine ca. 15 Jahre treue alte Lötstation, welche kurz nach dieser Aufnahme verdient wegen Altersschwäche den Dienst einstellte.)

aktueller Baustatus:
Jetzt fehlen nur noch de 4 Stk. A4988 Motortreiberboards und eine Displayhalterung!



2 lange Wochen später
Endlich da ...

DER DRUCKER IST FERTIG!

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Druckerkonfiguration und Firmware einspielen

Als Firmware für Arduino verwende ich die freie Firmware "Marlin 1.0.6".
Die Konfiguration ist ganz schön knifflig, aber letztendlich doch zu schaffen.

Mit der Arduinosoftware spiele ich die Firmware auf und mache einige Funktionstest mittels "Pronterface", einer freien Software zur 3D Druckersteuerung.

Nach einigen Stunden Konfiguration und Tests, eine fertige Konfiguration.

Der allererste Druck!
(Ich drucke auf Kapton Klebeband da darauf der Druck besser hält und nicht verrutscht)

Video vom ersten Druck auf Youtube

Der Druck schreitet fort

Hier meine Configurationsdatei:

 

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Kalibrierung und Druck

Zur Kalibrierung sollte man den Drucker zuerst mit einer Schiebelehre so genau wie möglich einstellen:

  • Pronterface (oder eine ähnliche Software) starten und zum Drucker connecten.
  • Am Heizbett mit einem Stift die Lage des Druckkopfes für X und Y markieren und mit einer Schiebelehre die Z Achsenhöhe abmessen.
  • X und Y jeweils 100 mm und Z Achse 10mm mit Pronterface bewegen.
  • Neuerlich markieren und alles messen.
  • In der Konfigurationsdatei nun jeweils die Werte neu berechen
    (Alter eingesteller Wert * Sollwert / gemessenen Wert).
  • Solange wiederholen bis sich die Werte kaum mehr verändern.
  • Nun den Extruder messen: ein ca. 20 cm langes Stück Filament einspannen (Druckkopf auf Extrudertemperatur bringen)
  • Mit der Schiebelehre das herausstehende Stück abmessen (falls notwendig das Filament entsprechend kürzen)
  • Mit Pronterface 10mm extruden (Hotend aufheizen nicht vergessen)
  • das herausstehende Stück nachmessen und wie bei der Achsenmessung im Configurationsfile eintragen.
  • Wenn alles soweit passt, einen Probedruck machen, dazu von www.thingiverse einen Testwürfel herunterladen (20mm und 40mm passen).
  • Die STL Datei mit einem Slicerprogram zum Drucken vorbereiten (zb. die Software Slic3r)
  • mit dem 20mm Würfel beginnen
  • den fertig gedruckten Würfel vermessen und die Werte wieder berechenen und in die Konfigurationsdatei eintragen
  • einen weiteren 20mm Würfel drucken, vermessen und eintragen.
  • Solange fortsetzen bis der fertige Würfel genau 20x20x20mm misst.
    Mit einer Düse von 0,4mm solle eine Genauigkeit von 0,05mm zu schaffen sein.
  • Mit dem 40mm Würfel genauso verfahren
  • Misst der 40mm Würfen dann auch 40x40x40mm ist der Drucker fertig kalibiriert und druckbereit.

20mm Würfel Kalibrierungsdruck

Nun können die noch am Drucker fehlenden Teile gedruckt werden.

Hier ein Bild vom komplett fertig gestellten Drucker (am Drucker werden Teile für einen Quadcopter hergestellt, welche ich für meinen lieben Kollegen Soner gedruckt habe).

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Fazit:

Der Drucker funktioniert wirklich besser als erwartet und kann auf jeden Fall mit den 1000,- bis 2000,- Euro teuren Fertiggeräten konkurrieren, UND mein Prusa i3 Rework druckt schneller und genauer!

Ein Zylinder mit 20mm Durchmesser und 80mm Höhe mit meinem Drucker gedruckt hat keine messbare Abweichung vom Soll (mein Messschieber misst auf fünf hunderstel genau).

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Das Ergebnis !

Der fertige Drucker mit allen Modifikationen und Erweiterungen.
Der Drucker hat bis jetzt schon mehrere Rollen Filament ABS und PLA erfolgreich und ohne Probleme verdruckt. Weitere Filiamentmaterialien werde ich auf jeden Fall noch zu drucken versuchen.



Youtube Video...

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Danksagung:

Danke an RepRap.org, an die Hersteller von Arduino, Pronterface, Slic3r.
Danke an die OpenSource und OpenHardware Communities.
Danke an den chinesischen Elektronikhandel :)

Vor allem Danke an meine liebe Frau die mir immer zuhört,
und an alle die ich mit meinen Druckergelaber auf den Geist ging :D

und einen ganz besonderen Dank an Hans Krupa!

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