Kossel: eerste prints

We waren een poosje afgeleid door andere zaken, maar sinds een paar weken weer volop bezig met de Kossel-printer. Met resultaat. De printer werkt inmiddels en de eerste printjes zijn er.

We printen (voorlopig) op een koude glazen plaat, behandeld met 3D Lac, een spray die zorgt voor een betere hechting. Dit werkt vooral goed op een verwarmd printbed, maar zorgt ook bij de Kossel voor voldoende hechting. Later meer over de zegeningen van 3D Lac.

Voorlopig hebben we afgezien van de autolevelling probe uit het originele ontwerp van de Kossel. Deze probe is een in- en uitklapbaar staafje dat een microswitch schakelt als het contact maakt met de glasplaat. Op grond van een aantal metingen op verschillende posities wordt de afstand tot de glasplaat berekend. Dit zou een perfect vlak printresultaat moeten geven, ook als de plaat niet helemaal waterpas is. Dat werkt op zich prima, maar voordat er geprint kan worden moet deze probe worden ingevouwen, en dat kregen we niet netjes voor elkaar.

Raket, geprint als enkelwandige spiraalvaas

Dus de probe is even uit beeld en we hebben de printer gewoon netjes uitgelijnd en vlak gesteld. Een klusje, maar best te doen na onze ervaring met de MendelMax. Omdat we in de toekomst ook ABS willen printen hebben we ook besloten om een verwarmd bed te bouwen, en er dan meteen de mogelijkheid bij te maken om de plaat vlak te stellen.

De komende tijd gaan we verder testen en de elektronica fatsoeneren. Ook zullen we weer wat vaker verslag doen van onze vorderingen.

Kossel: constructie gereed

Na veel puzzelwerk en vooral lang wachten op leveringen is de constructie van de Kossel klaar. Daarbij hebben we een paar leerzame en soms lastige obstakels overwonnen. Zo hebben we het ontwerp veranderd van 15mm aluminiumprofielen naar 20mm, en daarbij hoorden dus ook aangepaste printed parts.

Voor de verticale beweging willen we verschillende technieken uitproberen, te beginnen met wieltjes die langs de buitenkant van de profielen rijden. Hiervoor worden vaan mini V-wheels gebruikt, maar omdat deze slecht leverbaar zijn, hebben we gekozen voor een alternatief. Over de soepele beweging zijn we vooralsnog zeer te spreken. De andere wielmaat betekende wel een aanpassing van de printed parts.

In eerste instantie gebruiken we geen heated bed. In plaats van een ronde glasplaat hebben we een zeshoekige plaat gemaakt en voorzien van zelfontworpen klemmen om hem te fixeren.

dit is de grotere zus van die andere

met deze maten kan het niet mislukken

alleen nog even snijden...

De verbinding tussen de karretjes en het platform voor de printkop gaat met koolstofvezel buisjes. Deze moeten allemaal exact even lang zijn. Hiervoor hebben we een mooie en betaalbare techniek verzonnen die een resultaat geeft waar we zeer over te spreken zijn.

Nu weer wachten, onder meer op de extruder en wat benodigdheden voor de elektronica.

Kosselframe krijgt vorm

Na lang puzzelen en dubben zijn we vandaag begonnen met de bouw van het frame van de Kossel Mini. We hebben het originele ontwerp niet gevolgd, maar zijn uitgegaan van 20x20mm aluminiumprofielen met de bijbehorende geprinte hoekstukken.

Ook over de manier waarop het transport van de glijders plaatsvindt hebben we onze bedenkingen, en we willen daarom een aantal verschillende ideeën proberen, onder meer met wieltjes, lagers en geleidestangen. 

hier komen straks de motoren

Nu is het wachten op de tandwielen en aandrijfriempjes, en ondertussen gaan we aan de slag met de diagonalen die het platform met het hot end moeten bewegen. Vergeleken met de bouw van de MendelMax is het meer een proces van trial & error, maar hopelijk komen we tot een ontwerp dat ook door anderen als kit kan worden nagebouwd.

Van Sprinter naar Marlin

Bij de installatie van de elektronica en de software van onze MendelMax hebben we aanvankelijk gekozen voor de Sprinter firmware. Dat stelde de minste eisen en was het eenvoudigst, en omdat we geen geavanceerde zaken wilden voldeed het prima.

Maar toen schaften we een grafisch display aan en werd alles anders. Het display willen we gebruiken bij onze nieuw te bouwen Kossel, maar natuurlijk wilden we hem alvast testen op de MendelMax. Sprinter blijkt geen displays te ondersteunen, en daarom moesten we overstappen op Marlin. Dat is op Sprinter gebaseerd, maar geavanceerder en met meer mogelijkheden. Een van de voordelen van Marlin is dat de software vooruit kijkt, en daardoor betere kwaliteit prints aflevert. We zullen zien. Een ander voordeel is dat Marlin een auto bed leveling probe ondersteunt, wat we willen gebruiken bij de Kossel

Marlin blijkt ook een stuk groter te zijn dan Sprinter als de ondersteuning voor LCD's wordt meegenomen. Te groot zelfs voor onze Atmega 1280 Arduino-kaart. Geen nood, bij de Kossel komt een Atmega 2560, waarmee het wel moet lukken. Maar ondertussen zijn we dus over op Marlin, en daar blijkt nog even wat werk in te zitten.

Om Marlin lekker te laten werken moeten we in de Arduino-software aanpassingen doen in het bestand Configuration.h - net zoals bij Sprinter. Ook hier moeten we weer opgeven met wat voor hardware en temperatuursensoren we werken, wat de standaardwaarden zijn voor de stappenmotoren van de x-, y- en z-assen en de extruder, en hoe het zit met de eindstops.

Zodra we alles hadden aangepast en wilden gaan printen, ging de MendelMax als een dolle te keer. De bewegingen van de x- en y-as waren erg abrupt en gaven nogal wat vibraties, maar de print kwam tot stand en behoorlijk snel ook. Helaas ging het verderop in de prints steeds fout omdat de printer een sprong maakte in de x-richting. Prints werden dus scheef, en dat moest aan Marlin liggen omdat we er met Sprinter geen last van hadden.

In de firmware vonden we instellingen die de maximale versnelling langs de assen vastleggen. Deze staan standaard erg agressief ingesteld; 9000 millimeter per seconde kwadraat. Dat is 0,9 G! Die hebben we teruggezet naar 900. Ook de standaardversnelling hebben we teruggebracht, en wel naar 300 mm/s^2. Hiermee was het probleem opgelost en gedroeg de printer zich ongeveer zoals we onder Sprinter gewend waren. Omdat een beetje extra snelheid nooit weg was, hebben we geëxperimenteerd met hogere waarden, en een standaardversnelling van 600 bleek geen kwaliteitsverlies te geven. We zijn tevreden, en kunnen met de Kossel (die een veel lichtere Bowden-extruder krijgt) experimenteren met hogere waarden.

Hieronder nog eens de belangrijkste instellingen die voor ons prettig werken. Natuurlijk zijn de waarde afhankelijk van de gebruikte stappenmotoren, tandwielen, transportbanden en trapeziumspindels.

#define BAUDRATE 250000

#define MOTHERBOARD 33

#define TEMP_SENSOR_0 1
#define TEMP_SENSOR_1 0
#define TEMP_SENSOR_2 0
#define TEMP_SENSOR_BED 1

const bool X_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false; 
const bool Y_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false; 
const bool Z_MIN_ENDSTOP_INVERTING = false;

#define INVERT_X_DIR true    
#define INVERT_Y_DIR true    
#define INVERT_Z_DIR false

#define X_HOME_DIR -1
#define Y_HOME_DIR -1
#define Z_HOME_DIR -1

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {80, 80, 3200/3, 750}
#define DEFAULT_MAX_FEEDRATE          {500, 500, 5, 25}    
#define DEFAULT_MAX_ACCELERATION      {900,900,80,10000}
#define DEFAULT_ACCELERATION          600    
#define DEFAULT_RETRACT_ACCELERATION  600

#define DEFAULT_XYJERK                5.0    
#define DEFAULT_ZJERK                 0.4    
#define DEFAULT_EJERK                 5.0

Verder hebben we de standaardwaarden aangehouden.

Kossel: Wieltjes van iPrototype.nl

Bij de constructie van de Kossel Mini moeten we kiezen hoe we de verticale geleiding willen uitvoeren. Het originele ontwerp van Johann schrijft een systeem met rails voor, die op de aluminiumprofielen worden geschroefd. Daar komen dan bijbehorende karretjes op.

Dat kost zo'n 110 dollar als je ze uit China laat komen, weet BuildA3DPrinter.eu. Dat is dus een fors aandeel in de totale prijs, en de site pleit er dan ook voor om het systeem met de rails te vervangen door karretjes die met drie wieltjes per stuk door de aluminium profielen rollen. Voor 50 dollar (exlcusief btw en verzendkosten van samen nog eens $23,81) leveren ze een 'conversion kit' bestaande uit geprinte onderdelen, negen gelagerde wieltjes en alle bouten en moeren die je nodig hebt om het in elkaar te zetten.

de conversion kit van BuildA3DPrinter.eu

Goed idee, en werkt waarschijnlijk net zo goed op profielen van 15x15 als bij 20x20. Alleen het geprinte onderdeel moet worden aangepast, maar dat staat al op Thingiverse. We willen dus kijken of er nog een alternatief is waarbij we niet hoeven te betalen voor geprinte onderdelen die we toch niet gebruiken.

geen lagers? dan maar niet

Misumi levert als accessoires bij hun aluminiumprofielen speciale rollers met een randje dat precies moor door een profiel kan rollen: bestelnummer HFROLL5. De prijs is met 6,62 euro per stuk erg pittig, zekers als blijkt dat deze wieltjes niet gelagerd zijn. Die laten we dus links liggen.

goedkoop alternatief

De mannen van ElectronHacks zochten een alternatief voor de relatief dure en lastig te vinden V-wheels en bedachten een oplossing met douchedeurrollers. Dat is helemaal niet gek, maar we hebben onze bedenkingen over het gebruik van het harde nylon voor dit doel. Aan de andere kant kost het natuurlijk weinig, dus dat is een enorm pluspunt.

ziet er goed uit, maar niet leverbaar

En dan is er nog de OpenBuilds Parts Store, waar men een 'Dual V Wheel Kit' met een loopvlak van Delrin-kunststof verkoopt. Tenminste, als ze op voorraad zijn, en dat zijn ze al weken niet. Bij kleine onderdelen zijn de verzendkosten alleszins redelijk (4,78 euro naar Nederland). Met 2,88 euro per wieltje zou het totaal rond de 31 euro uitkomen. Als ze konden leveren.

en dit is hem geworden

We zochten ons een aap naar een andere leverancier, maar overal zijn deze 'Dual V' wieltjes uitverkocht. En toen vonden we het Nederlandse iPrototype.nl. Daar verkopen ze dezelfde kit voor 2,95 euro. Met verzendkosten komen we uit op 30,50 euro voor negen wieltjes. De levertijd is twee tot vier weken, dus dat wachten moeten we er maar voor over hebben. We hopen natuurlijk op twee weken.

Kossel: eerste overwegingen en bestellingen

De kogel is door de kerk: we gaan een nieuw model 3D-printer maken. Een delta-model, ofwel Rostock en wel meer precies een Kossel Mini. Op bepaalde punten wijken we af van het ontwerp van bedenker Johann. Dat doen we deels om kosten te besparen en deels omdat we eigenwijs zijn. Het wordt dus een Kossel Mini+.

Een complete kit voor een Kossel Mini is te koop op BuildA3DPrinter. Maar daar zien we de lol niet van in. Door zelf onderdelen te zoeken en de printer te bouwen leren we veel meer en hebben we de kans om het ontwerp te wijzigen. Zo kiezen we voor de bekende 20x20mm aluminiumprofielen van Misumi in plaats van de kleinere 15x15mm profielen van OpenBeam. In Amerika schijnt Misumi ook 15x15 profielen te leveren, maar in Europa niet. Ook zien we de extra stevigheid van 20x20 wel zitten, en is het systeem met de T-moeren ons goed bevallen. 

De keuze voor 20x20 profielen betekent ook dat er andere geprinte onderdelen moeten komen. Die staan gelukkig gewoon op Thingiverse: hier, hier en hier. Ook de glijders moeten worden aangepast. Fijn is dat Misumi bijbehorende wieltjes levert - HFROLL5 - al zijn die niet goedkoop.

Verder kunnen we min of meer de onderdelenlijst van Johann volgen, en dus bestellen. Op eBay scoorden we al een set rollagers met een flens (F623FF), drie GT2 timerwielen voor op de stappenmotoren met vijf meter aandrijfriemen, een combinatie Arduino Mega 2560 met RAMPS 1.4 en vijf stepper drivers, een 12864 LCD-display, een voeding, plus twaalf Traxxas oogjes die op de uiteinden van de carbonfiber buizen komen. We waren bijzonder te spreken over sommige koopjes! Zodra we de exacte details weten van de bouw, plaatsen we een stuklijst en een schema van de kosten. En natuurlijk een stappenplan voor de bouw zelf.

In Nederland bestelden we twee meter carbonfiber buis bij Carbon Experience. Daarbij kozen we niet voor de goedkoopste variant, maar voor die met 'internal braiding', een inwendig weefsel dat zorgt voor een betere torsiebelasting. Carbon Experience verdiende onze voorkeur door hun redelijke verzendkosten (3,99 euro voor een pakje van een meter lang). Er werd lekker snel geleverd.

carbonfiber buizen, keurig verpakt door Carbon Experience

Terwijl we moeten wachten tot de spullen van eBay binnenstromen gaan we vast aan het werk aan de te printen onderdelen. We hebben ervoor gekozen om de printer zoveel mogelijk zwart te houden. Dus ook zwarte aluminiumprofielen en zwarte kunststof onderdelen. De bestelling bij Misumi kan ook de deur uit, en de stappenmotoren halen we bij RepRapWorld, die ze zelfs vergeleken met eBay levert voor een keurige prijs.

Waar we nog niet uit zijn is de autolevelfunctie, maar dat kan ook later. Tot die tijd kunnen we vertrouwen op de eindstops met microswitches. Een heated bed is te overwegen, maar een goed werkende autolevel schijnt ook voor een perfecte hechting te kunnen zorgen. Dat wordt dus nog experimenteren.

Op YouTube vonden we enkele filmpjes uit de mancave van ElectronHacks die best leerzaam zijn. Deze mannen zijn niet bang te experimenteren, en wat werkt houden ze erin. Hier hebben ze een aardig filmpje waarin ze een zeshoekig printbed maken uit een glasplaat, en dat staan ons meer aan dan het kopen van een ronde plaat borosilicate glas voor twintig euro.

We willen proberen de totale kosten van de printer onder de 400 euro (inclusief btw) te houden.

Planning voor een Rostock-printer: het kiezen van een model

Nu we helemaal enthousiast zijn over de Rostock deltaprinter, moeten we eens goed gaan nadenken over de constructie. Het principe is uitgewerkt in verschillende versies, met variaties in formaat, onderdelen, etc. Niet elk ontwerp is even gedetailleerd uitgewerkt.

Een goed indruk hebben we van de Mini Kossel. Deze maakt gebruik van geprinte onderdelen (kunnen we maken met onze MendelMax), aluminium profielen (ons inmiddels welbekend) en drie laag gemonteerde motoren (goed in verband met de stabiliteit) die de glijders laten bewegen door middel van een getande aandrijfband, zoals we kennen van de MendelMax. Nadeel is dat er aluminiumprofielen van 15x15mm worden gebruikt, en dat is een stuk minder stijf dan 'onze' 20x20mm. We overwegen op te schalen naar 20x20, en dan kan de printer ook anderhalf keer zo groot worden. Dat kost weinig extra; alleen de glasplaat moet groter worden.

De Mini Kossel heeft al een behoorlijk goed uitgewerkte 'Bill of Materials', ofwel onderdelenlijst. Wel moeten er aanvullende keuzes worden gemaakt. Op bovenstaande foto bewegen de glijders langs speciale rails, maar Builda3dprinter.eu geeft de voorkeur aan deze karretjes, die deels geprint kunnen worden.

Karretje voor Kossel Mini

Omdat de printtafel bij een Kossel niet hoeft te bewegen, is een heated bed niet echt nodig. Heel aantrekkelijk is dat een Kossel makkelijk kan worden voorzien van een auto-level functie de voor elke print checkt hoe vlak het printoppervlak ligt, en daar de print op aanpast. Dit kan worden gedaan met een opklapbare sensor, maar ook met de printkop zelf dankzij een Force Sensing Resistor. Hoe cool is dat?