Andax 3D-skrivarprojekttråd

[Andax]

Har så sakteliga börjar bygga på något som i slutänden skall bli en 3D skrivare. Visst, det finns färdiga byggsatser som man enl reklamen skall kunna slänga ihop på en kväll, men lite mer utmaning hade jag tänkt mig. Dock är inte tanken att jag skall göra allt från scratch.

Har införskaffat ett extruderhuvud från QU-BD (http://store.qu-bd.com/product.php?id_product=11).

Tanken är att först få till temperatur-reglering och sedan lite testmatning av filament så att den delen funkar. Sedan går arbetet över till att bygga själva XYZ-steget.

Extrudern har en NEMA17 motor för att mata filament, och den har en 40W 12V värmepatron för att värma hot-end. Som tempsensor används en 1%NTC termistor som har 100kOhm vid 25 grader och beta på 3974. Har fixat till extruderkablaget lite med kabelstrumpor och krympslang.

bild2.png

Jag har byggt ihop och börjat testa en arduinobaserad temperatur-kontroller. Den skall användas för att hålla rätt temperatur på hot-end. Jag PWM-ar 12V med 8-bitars PWM till värmeelementet. Det finns även en spänningsdelning för termistorn så att jag har som känsligast avläsning av temperatur kring 150-200 grader vilket är området som är mest intressant. AVR-processorn har 10-bitars ADC.
Plats på testkortet finns även för en stepstick stegmotordrivare som är tänkt att användas för att driva extruderstegmotorn vid test.

bild.png

Här är lite initiala temptester. Först kör jag värmeelementet på full speta och slår sedan av den helt så att den får kyla sig sjäv mot omgivningen.
Lite svårt att se i den grafen, men det är ca 10-15 sekunders fördröjning från det att man ändrar värmeeffekten till dess att man ser förändringen på tempavläsningen.

image_4.png

För att få en uppfattning om hur snabbt temperaturen ändras per sekund så plottade jag derivatan mot temperaturen. Den övre kurvan är vid full effekt och den undre är vid 0 effekt. Man kan ju se att temperaturökningstakten sjunkter vid högre temperaturer när man värmer eftersom avkylningen mot omgivningen är högre då. Samma tendens ser man när man har slagit av värmaren.
Det är ju en naturlig konsekvens av att värmetransporten är proportionell mot temperaturdifferensen.

image_3.png

Nu börjar jobbet med att få till en regulator som stabiliserar temperaturen mot programmerad set-temperatur. Blir nog en egensnickrad version. Återkommer med mer information...

Hoppas ni tycker det verkar intressant.

[hcb]

Ja, verkligen!
Vad är anledningen att du väljer att köra en hemmasnickrad regulator i stället för en färdig PID-dito?

[Andax]

Mer att det är kul. Har alltid tyckt att det är roligt med reglerteknik. Det blir troligtvis någon typ av framkoppling (feedforward) och sedan eventuellt en PID implementerad för att ta finliret på slutet.

[Andax]

Satt och lattjade lite med mätdata från temperaturtesten tidigare. Jag gjorde helt enkelt så att jag anpassade två linjer till grafen (en för när jag hade värmaren på för fullt, dvs den övre delen av kurvan, och en när värmaren var avstängd, dvs den nedre delen av kruvan). Jag begränsade datapunkterna till området mellan 100 grader och 260 grader eftersom utanför det området är det inte intressant.

image_5.png

Vad är då vitsen med detta? Jo min tanke var att jag då kunde skatta fram vilken effekt jag skulle lägga på värmeelementet för att få 0 graders temperaturändringshastighet och alltså ha steady state vid en specifik temperatur.
T.ex. om mitt mål är att hålla konstant 200 grader. Då vill jag räkna ut för vilken procent av full effekt som jag skär 0-linjen i figuren om jag drar ett vertikalt streck vid 200 grader (och antar att 0% är där den skär undre linjen och 100% där jag skär övre linjen).
Det värde jag interpolerar fram blir mitt framkopplingsvärde, dvs det teoretiska värde på värmaren som ger mig den önskade temperaturen.

Beräkningen blir: PWM = (P0K*setTemp+P0M)/(P0K*setTemp+P0M-P255K*setTemp-P255M)*255;
där P0K, P0M är koefficienterna som beskriver den nedre linjen och P255K och P255M beskriver den övre linjen. Dvs en mycket enkel beräkning.

Nedan är resultatet av en verklig test.

image_6.png

Döm om min förvåning att det bara diffar ca 5 grader mellan uppmätt och önskad temperatur (ca 205 grader mot setpoint på 200 grader). Det är ett fel på bara 2.5%. Det är utan någon som helst återkoppling. Den enda återkoppling jag har just nu är att jag kör värmaren på full effekt tills jag är 20 grader från önskad temperatur och då ställer jag värmaren till det framräknade framkopplingsvärdet.

Nästa steg blir att börja med riktig feedback för att reglera bort offseten.

Någon som vet hur känslig extrudern är för temperatur? Tänkte köra med PLA i första testerna. Vad bör man sikta på för temperaturer?

[sneaky]

Jag brukar ligga mellan 190C och 230C beroende på hastighet och vilken plast jag kör (allt är PLA men det är skillnad på PLA och PLA).

[Andax]

Ok, det var ganska brett område. Frågan är dock hur resultatet varierar om temperaturen flukturerar ett par grader hit eller dit givet plast och hastighet?
Med tanke på att man sveper huvudet fram och tillbaka så kommer man aldrig att kunna kompensera bort dynamiska effekter som fartvind som kyler lite extra. Tidsfördröjningen var ju även ganska lång 10-15 sekunder.

Sneaky, om du har ställt in temperaturen på 210 som verkar bra för en viss PLA och en viss hastighet, hur mycket kan du ändra temperaturen innan du märker någon skillnad på resultatet?

[malx]

Hade svårt att sova så jag inflikar här.

Jag börjar med regleringen. Det finns fortfarande många svagheter kvar med PID-regleringen som används i de vanliga programvarorna till 3D-skrivare så du kan ha nog med utmaning där om du vill. Anledningen till att det inte är åtgärdat är dock med största sannolikhet för att det inte behövs. Och precis som redan nämts kommer förutsättningarna att ändras hela tiden, olika fart på matning av plast, rörelser, kylfläktar m.m.
Jag själv investerade i RUMBA elektroniken som verkar väldigt prisvärd:
http://www.indiegogo.com/rumba/x/313771
Jag skulle helst vilja gå över till ARM-baserad elektronik då de atmega-baserade verkar ha nått sin maximala potential. Tyvärr så har de alternativen som finns ett antal nackdelar en så länge. (t.ex. färre stegdrivare och/eller mycket högre pris)


QU-BD- extrudern är intressant p.g.a. sitt låga pris och jag har också införskaffat en sådan. (Det är ju en direkt klon av makerbot MK7 till en bråkdel av priset). När jag läst runt på nätet så lär du dock måsta göra en del justeringar/ändringar på den innan du blir nöjd. Bl.a. fjäderbelasta ett kullager mot plasttråden istället för den svårjusterade skruven.

Det svåra är faktiskt att hitta ett bra sätt att montera den, speciellt om man vill kunna använda dubbla. Eftersom den sticker ner så lite så måste monteringen komma väldigt nära bädden, något som få av reprapmodellerna klarar av. De med "vertikalt" vinklad x-axel klarar det, men de får nog nöja sig med en extruder också.
Jag valde att titta just på makerbot och göra en variant av MendelMax/T Max. Har kvar att lösa drivningen på x-axeln samt konstruera bädden. Tanken är att jag enkelt kan sätta dit fästen för dubbla QU-BD om jag sedan vill.

[malx]

Å, jag glömde en sista sak. Mycket snygg lösning med kablarna och kabelstrumpa. Glöm bara inte att du någonstans vill ha en bra kontakt så du lätt kan ta bort extrudern (kan du ju sätta i andra änden). Du kommer troligtvis att göra det en hel del, det brukar strula med både det ena och det andra.

[cobree]

Hej

Intressant tråd jag håller också på med ett 3D projekt bygger en Rostock 3D, läser vidare med spänning.

http://elektronikforumet.com/forum/view ... =5&t=63317
Jag kollar på styrning RAMBo, det finns även en med ARM på nätet 4PI https://github.com/kliment/reup

[malx]

Det finns flera alternativ med ARM på nätet. Men som sagt, de är dyrare alternativt saknar en del features ännu.
Jag funderade faktiskt på Rostock ett tag nu när jag tänkte byta skrivare, den ser så häftig ut . Två saker fick mig dock därifrån. Jag vill t.ex. använda min skrivare till en del modellflygsaker där precision är väldigt viktig och jag gissar att rostock är lite svårare att kalibrera korrekt. Men jag kan ha fel.

Den andra anledningen är att det blir krav på en lång "bowden"-kabel och det innebär en del andra problem. För BÄSTA kvalité så måste du då ha en slicer som kan kompensera detta vilket t.ex. slic3r inte klarar, dessutom så krävs ofta olika inställningar på olika objekt. Jag skulle vilja programmera den kompensationen i firmware men där räcker tyvärr atmegan inte till längre om man även ska ha övriga features som LCD m.m. (Det ska sägas att jag använder Slic3r till min reprappro huxley med en kortare bowden-kabel och det fungerar dugligt, dock inte lika bra som när jag hade ställt in skeinforge)

[Andax]

Jag själv investerade i RUMBA elektroniken som verkar väldigt prisvärd:
http://www.indiegogo.com/rumba/x/313771
Jag skulle helst vilja gå över till ARM-baserad elektronik då de atmega-baserade verkar ha nått sin maximala potential. Tyvärr så har de alternativen som finns ett antal nackdelar en så länge. (t.ex. färre stegdrivare och/eller mycket högre pris)

RUMBA såg ju helt klart intressant ut. Har du fått kortet än? Jag såg att de skattade skeppningsdatum till januari 2012.

Själv har jag köpt ett TinyG som jag tänkt skulle styra stegmotorerna. Återkommer senare med lite länkar och bilder. Tanken med detta kortet är att det har en ganska bra motionplanner (3rd order) som gör att man kan köra ganska snabbt utan att det ska bli allt för stora påfrestningar i ram etc. Den kör med sk "jerk controlled acceleration planning" som det också kallas.

QU-BD- extrudern är intressant p.g.a. sitt låga pris och jag har också införskaffat en sådan. (Det är ju en direkt klon av makerbot MK7 till en bråkdel av priset). När jag läst runt på nätet så lär du dock måsta göra en del justeringar/ändringar på den innan du blir nöjd. Bl.a. fjäderbelasta ett kullager mot plasttråden istället för den svårjusterade skruven.

Det svåra är faktiskt att hitta ett bra sätt att montera den, speciellt om man vill kunna använda dubbla. Eftersom den sticker ner så lite så måste monteringen komma väldigt nära bädden, något som få av reprapmodellerna klarar av. De med "vertikalt" vinklad x-axel klarar det, men de får nog nöja sig med en extruder också.
Jag valde att titta just på makerbot och göra en variant av MendelMax/T Max. Har kvar att lösa drivningen på x-axeln samt konstruera bädden. Tanken är att jag enkelt kan sätta dit fästen för dubbla QU-BD om jag sedan vill.

Jag har läst på deras forum att vissa har problem att få den att funka medan andra får den att funkar direkt. Bl.a. var det visst lite dålig ytfinish på insidan av rören som gjorde att det gick lite dåligt på vissa individer.

När det gäller moteringen så är jag inte speciellt förtjust i den där monteringen med en mutter som klämmer plåten. Jag hade tänkt montera min på en plåt 90 grader vridet jämfört med din skiss. På så vis kan jag sänka ner hela extrudern så att den ligger i underkant av axlarna. Nackdelen är att man inte kan köra med dual extruders. Fast min tanke är att om man vill köra med dubbla så vill man nog ändå bygga om dem till Bowden-typ för att minska massan på den rörliga vagnen.

Cobree, följer din tråd med stort intresse också. Kul med 3D skrivare!!

[malx]

Svar nej, det är en "investerings"-kampanj, det där på Indiegogo. Så killen får inga pengar av oss förrän kampanjen har slutat och normalt sett så tycker jag leverans Januari låter extremt optimistiskt med tanke på att kampanjen har tjugo dagar kvar. Men nu har jag faktiskt läst på forumet att han faktiskt redan beställt ett antal kort och kommer börja sända ut paket redan i mitten av Januari. Jag tycker det låter lite konstigt men klagar självklart inte om så skulle vara fallet . Jag har beställt platinumpaketet eftersom jag ändå behöver flera av de extra delarna.

Jag hoppas okså att mitt platinumpaket kommer med 24V värmepatroner då jag bett om det utan att få svar (jag vet att han säljer både 24V och 12V på nätet), jag har tänkt driva hela skrivaren med 24V.


Har också hört att TinyG ska ha en bättre motionplanner än vad som finns i Marlin/Sailfish m.m. Ingen aning hur stor skillnaden blir, jag har ändå andra saker som begränsar hastigheten på min reprappro huxley. (t.ex. bowden-tuben som lossnar om jag kör med för hårt tryck i den). Jag föredrar dock att ha ett kort som kan sköta allt. Med det sagt så tänker jag ändå sätta en Raspberry PI som "mellansteg" mellan Rambu och min vanliga dator som ska stå för kontrollen/webserver och utskriftsbuffer. Kan tänkas att jag med den kan minska buffern i atmegan och därmed frigöra lite mer kraft där.

Den montering av QU-BD som du beskriver är precis vad vi (Jag och Korken här på forumet) just konstruerat för hans MendelMax där vi ska testa extrudern förhoppningsvis lite senare i veckan. (Där har vi placerat x-axelns två rundsänger ovanför för andra, det som brukar kallas vertikal x-axel även om det ordet bli lite missvissande) Nackdelen är ju dock att det blir svårt med dubbla extruders. Jag hoppas min konstruktion blir stabil nog för dubbla extruder utan bowdenkablar, det är lite tanken med att bygga en typ av MendelMax.

Men vi får se då jag skippat den vanliga triangelkonstruktionen. Min valda variant, T Max, använder sig dock av samma delar som en MendelMax 1.5 så jag kan lätt bygga om den skulle det visa sig att den blir för ostabil.

[sneaky]

Ok, det var ganska brett område. Frågan är dock hur resultatet varierar om temperaturen flukturerar ett par grader hit eller dit givet plast och hastighet?
Med tanke på att man sveper huvudet fram och tillbaka så kommer man aldrig att kunna kompensera bort dynamiska effekter som fartvind som kyler lite extra. Tidsfördröjningen var ju även ganska lång 10-15 sekunder.

Sneaky, om du har ställt in temperaturen på 210 som verkar bra för en viss PLA och en viss hastighet, hur mycket kan du ändra temperaturen innan du märker någon skillnad på resultatet?

Ett par grader hit eller dit spelar ingen som helst roll. Oftast så spelar en tempsving uppåt inte så stor roll mer än att överhäng blir svårare att få snygga och att det såklart tar längre tid för plasten att svalna vilket kan ställa till det på små objekt.

Neråt kan det ge problem med att plasten blir för trögflytande. Detta gäller då främst om man skriver ut i en temperatur som ligger precis på gränsen.

Hur stort tempsving som krävs för att de här problemen ska uppstå är lite knepigt att svara på, "det beror på" Om du skriver ut sakta och det redan då är på gränsen att plasten hinner stelna så kan 5 grader göra att det blir grötigt. Om du skriver ut något som är lite större i samma hastighet så får plasten längre tid på sig och de där 5 graderna spelar inte längre så stor roll.

Sen kan man även se lite på ytfinishen om temperaturen skiftar kraftigt. Plasten tenderar att bli mer blank ju varmare man kör (inom rimliga gränser såklart). Så, om man skriver ut "svalt" först och sedan höjer temperaturen med sig 10-20 grader så kan man se skillnaden i ytan.

I mitt fall skriver jag ut med en Ultimaker och temperaturen brukar ligga stadigt 2-3 grader runt det jag valt.

För att sammanfatta, det är lite svartkonst över det hela hehe.

[Agwan]

Det körs alltså normalt 3D-printrar med en 8-bitars AVR som gör själva styrningen av step och dir för alla stegmotorer?

Jag hade nog hellre skaffat något typ en Smoothstepper och kört Mach3. Men då kostar SS:en typ 1200:- och Mach3 1200:-. Och så behöver man stegmotordrivare utöver det. Så det blir ju en annan prisklass.

[malx]

De 8-bitarnas AVR:er gör bra mycket mera än så. De styr stegmotorerna OCH planerar acc/dec, de reglerar temperatur med PWM både till extrudern och bädden, reglerar fläktar, sköter LCD och input m.m. Det är faktiskt ganska fantastiskt vad man kan göra med en så liten processor. Byt ut den mot en 32-bit ARM med FPU runt 100 Mhz och du kan göra i princip vad du vill med den.

Man måste tänka på att Mach3 och direktstyrning via parallellporten kom till vid en tidpunkt då datorer och små mikroprocessorer bara var en bråkdel av vad de är idag. Numera så har man utökat lösningen via kort som Smoothstepper och lösningen är givetvis mycket kompetent. Men det betyder inte att man inte klarar sig bra med de små MCU:erna som på många sätt kan vara nog så bra för realtidsstyrning.

För mig så är en utökning av kraften snarare önskvärt för att kunna programmera i högnivåspråk. Att få koden mer lättläst och enklare att skriva gör utvecklingen så mycket lättare. Ser fram emot den dagen då t.ex. C# skulle gå använda på en MCU för dylika applikationer. (C# går använda på de nämda 32-bit ARM men då bara för enkla applikationer utan realtidskrav). Ett steg på vägen är t.ex. smoothie project med cnc-/3dskrivar-/laserskärningsstyrning skriven i objektorienterad c++ just för 32-bit ARM. Synd bara att korten ännu är så begränsande. (Smoothieboard har t.ex. bara stöd för 4 stegmotordrivare vilket inte fungerar om man vill ha dubbla extruders)