RepRap Drucker von Rainer Radow

22.05.2012
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2 Mein erster RepRap Drucker

Mein erster 3D-Drucker sollte möglichst schnell etwas drucken können. Da mir die ganze Thematik doch recht komplex vor kam, wollte ich gerne auf die Erfahrungen der "Szene" zurück greifen. Auch, oder gerade weil ich sonst bastlerisch ein recht umtriebiger Mensch bin (siehe meine Dampfbootseite), habe ich mich hier eng an ein Vorbild gehalten.

Unter RepRap.org findet man eine gute Übersicht über die verschiedenen Typen und Eigenschaften dieser Open Source Drucker. Ich habe mich dann für einen Prusa Mendel entschieden. Die Beschreibung "Ease of Sourcing" = "Einfache Beschaffbarkeit der Einzelteile" fand ich dann aber etwas "einfach" dargestellt.

Schließlich habe ich mich durch eine Unzahl von WebShops in Europa geklickt, bis ich wusste, was ich haben wollte und wo ich es zu akzeptablen Liefertermin und Preis bestellen konnte. Das da mal eine Sendung Schrittmotore aus England "in der Post" verloren geht ist dann wohl normal - hat sich nach 4 Wochen dann aber geklärt. Glücklicherweise hatte ich an zwei Stellen bestellt, sodass ich mit dem Baubeginn nicht waten musste...

Folgende Konfiguration meines Prusa Mendel ist nun realisiert:

Mechanischer Grundaufbau:
- gedruckt in weissem ABS
- Gestell aus 8 mm Gewindestangen, verzinkt
- Konstruktionsversteifung durch Elektronikträger auf der Drucker-Rückseite, 1,5 mm Aluminiumblech, gekantet, gestrahlt
- Konstruktionsversteifung durch LCD Frontpanel, 1,5 mm Aluminiumblech, gekantet, gestrahlt
- X-/Y-/Z-Führungen aus Silberstahl, 8mm, geschliffen
- X-/Y-/Z-Lager: Kugelumlaufbuchsen LM8UU, mit Dichtung
- Tisch aus 8 mm Plexiglas
- Tischaufbau links und rechts mit Alu-U-Profil erhöht
- Druckdraht-Spulenhalter (Filamenthalter) auf dem Z-Achsträger montiert, gedruckt in rotem ABS

Antrieb:
5 Schrittmotore NEMA 17 (Flanschabmessung
- Nennspannung 3,1 Volt
- Nennstrom 2,5 A
- 1,8° Schrittweite = 200 Schritte pro Umdrehung (3200 Schritte mit 1/16 Mikroschritt)
- Drehmoment 4,8 kg/cm = 47,1 Ncm
X-/Y-Achse
- T5 Zahnriemen (5mm Zahnteilung) mit innenliegendem Stahlzug
- Riemenräder aus Aluminium, 10 Zähne
- Auflösung mit 1/16 Mikroschritten = 64 Schritte pro mm = 0,0156 mm pro Schritt (ausreichend!)
Z-Achse
- Direktantrieb über präzise M8 Gewindestange aus VA
- Auflösung mit 1/16 Mikroschritten = 2560 Schritte pro mm = 0,0004 mm pro Schritt (könnte man vereinfachen!)
- Federung zum Kollisionsschutz der Z-Achse über Federvorspannung im Z-Antrieb

Druck-Kopf:
- Bauform "Wade Extruder"
- ausgelegt für 3mm Kunststoffdraht (Filament)
- Vortriebsschraube (hobbed bolt) - Eigenentwicklung
  Die Federeinstellung muss beim Nachladen nicht neu eingestellt werden, da man den Draht einfach von oben einschieben kann!!
- Führungsrohr: gerippte VA Basis mit PTFE Gleitrohr (Eigenentwicklung)
- Permanentkühlung durch 40 mm Lüfter 12 Volt, durch 5 Volt Ansteuerung im Langsamlauf betrieben
- Heizblock: 6,8 Ohn Widerstand im 12 Volt Betrieb = ca. 21 Watt Heizleistung
- Temperaturregelung über 100 kOhm NTC Widerstand. - Heizblock mit 2 Gewindestangen M3 am Extruder aufgehängt
- zusätzliche thermische Isolierung über PEEK Block
- Düse 0,5 mm Durchmesser - gut für Layerhöhen von 0,4 und 0,3 mm - weniger ist möglich!
- Temperaturen bis 250° C erfolgreich getestet
- Meine bisher übliche ABS_Drucktemperatur = 205° C

Heizbett:
- handelsübliches MK1 Bett
- Heizbett über Korkisolation fest zum Tisch verschraubt
- Zusätzliche Filzisolation unter der Korkplatte
- ca. 120 Watt Heizleistung bei 12 Volt Betrieb.
- Zuleitung zum beweglichen Tisch über hochflexibles Messkabel mit 2,5 mm² Querschnitt für geringe Spannungsverluste
- Übliche Betttemperaturen für mein ABS = von 110°C

Spannungsversorgung:
Steuerelektronik, Motore und Druck-Kopf
- neu gekauftes elektronisches Netzteil Input: 100 - 240 Volt, max 1,6 A
- Output = 12 Volt, max. 5 A
Heizbett
- gebrauchtes PC-Netzteil, Input 230 Volt, max 4 A
- Output 12 Volt, max. 15 A
- Zuleitung über Kabel mit 2,5 mm² Querschnitt für geringe Spannungsverluste

Steuerelektronik:
- Atmega 1280 basierter ARDUINO MEGA Clone als Motherboard
-> Bildet dann auch die USB-Schnittstelle zum Steuerungs-PC
- RAMPS 1.4 Elektronik zur Signalverarbeitung der Temperatur-Sensoren sowie Motor- und Heizungssteuerung
- Original Pololu A4988 Schrittmotortreiber mit 1/16 Mirkoschritten bei max 2 A Strangstrom pro Wicklung
   -> Achtung, es gibt auch Treiber mit nur 1/8 Mikroschritten und/oder max 1 A Strangstrom - das finde ich ein bischen wenig...
- je 1 optische Endschalter für die X-, Y- und Z-Achse, grüne LED zur Funktionskontrolle
- Z-Enschalter rechts an der Z-Säule befestigt - daher leicht zu justieren
- 4-Zeiliges LCD Display mit 20 Zeichen pro Zeile, Hintergrundbeleuchtung grün
- Potentimoeter mit Drehknopf zur Kontrastregelung
- Dreh-/Click-Knopf (click-encoder) zur Menüauswahl nach System Ultimaker/Ultipanel
- Zusätzlicher RESET Knopf auf dem "Bedienpult"
- Micro-SD-Kartenleser auf der RAMPS 1.4 Platine - ermöglicht das Drucken auch ganz ohne PC!

Interne Steuersoftware im Arduino Motherboard - Firmware:
Marlin Version "1.0.0 RC2" mit den aktivierten Modulen:
- Angepasste Thermistortabelle für GRRF NTC Sensor am Heizblock
- EEPROM_Settings - zum Anpassen von Parametern aus der PC-Steuersoftware Repetier-Host etc.
   (ohne Umweg über Arduino-Software)
- Ultipanel - für Display 4x20 Zeichen
- Newpanel - für den Dreh-Click Eencoder zur Cursorsteuerung auf dem Display
- SDSupport - für das direkte Drucken von der SD Karte



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