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.

Storingen en oplossingen: filament loopt niet door

Een storing die bij de 3D-printer nog wel eens wil optreden: het filament gaat de extruder wel in, maar er komt niets uit het hot end. Met andere woorden: het filament loopt niet door. Ergens in de extruder gaat dus iets mis, maar wat?

De eerste mogelijkheid is dat het filament niet goed gepakt wordt door de kartelbout, ofwel de hobbed bolt. Dat kan komen doordat er onvoldoende druk op het filament wordt uitgeoefend. Het aandraaien van de schroeven die hiervoor zorgen zou het probleem moeten oplossen. Maar ook is het mogelijk dat de hobbed bolt niet goed in het filament bijt. We hebben al diverse hobbed bolts geprobeerd, van zelfgemaakte tot goedkope eBay-exemplaren en de Arcol Hyena. Ons advies: kies deze laatste. Het spaart je een boel ellende.

van boven naar onder: zelfgemaakt, eBay-aankoop en de Arcol Hyena

Natuurlijk kan er na het printen van een halve kilo filament zelfs bij de Hyena wat tussen de tanden komen. Geen probleem: de tanden van de Hyena laten zich met de priem uit een horlogemakersetje gemakkelijk een voor een schoonmaken.

de Hyena hapt en laat niet meer los

Ook een leuke: de hobbed bolt is schoon, de spanning op het filament in orde, maar er komt nog steeds niets uit het hot end. Dan kan het zijn dat het tandwiel op de motor van de extruder slipt. Dit is gemakkelijk te controleren als je een stipje aanbrengt op de as en het tandwiel. Het vastdraaien van het schroefje op het tandwiel lost het probleem vaak op, maar het kan nooit kwaad om een reservetandwiel achter de hand te houden.

Zeldzamer en veel vervelender is een verstopt hot end. Misschien is er wat ijzervijlsel in de kop terecht gekomen, of zit er verbrand filament dat de zaak blokkeert. Het demonteren van het hot end is dan de enige oplossing. Verhit het gedemonteerde hot end tot de temperatuur dat het filament gaat vloeien en schraap of duw er zoveel mogelijk uit. Om de rest eruit te krijgen kan de nozzle een nachtje in de aceton. Daarna weer duwen en schrapen, eventueel doorprikken met een stukje dun ijzerdraad en zo nodig het acetonbad herhalen.

Bovenstaande wil je niet te vaak moeten doen. Daarom raden we aan een reserve-nozzle achter de hand te houden. Ook het gebruik van afzonderlijke nozzles voor PLA en ABS is ideaal. Het wegduwen van een restje ABS met PLA kan namelijk voor problemen zorgen omdat het PLA bij temperaturen van 230 graden kan verbranden.

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.

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.

Plastic voor onze neef

Afgelopen dagen zijn we druk bezig geweest met het printen van de onderdelen voor de MendelMax 1.5 van onze neef. Dat wordt een printer waarbij we zoveel mogelijk de originele beschrijving volgen, en er dan een Bowden-extruder op plaatsen.

De onderdelen zijn inmiddels geprint: in zilver, zodat het mooi staat bij de aluminium profielen.

Nu nog wat houdertjes voor de eindstops, een x-carriage, extruder en misschien een montageplaat voor de elektronica. We hebben geprint op behoorlijk dichte kwaliteit en komen op zo'n 600 gram.

Nieuwe projecten

We hebben de 3D-printer een hele tijd links laten liggen wegen andere drukke bezigheden. Maar omdat onze neef plannen heeft voor een eigen exemplaar en omdat 3D-printers gewoon ontzettend leuk zijn, pakken we de hobby maar weer eens op. In het afgelopen jaar blijkt er van alles te zijn gebeurd in 3D-printerland.

Zo is de Bowden-extruder helemaal ingeburgerd. Hierbij bevindt zich de motor die zorgt voor het filamenttransport niet direct bij de bewegende printkop, maar los daarvan, uitwendig gemonteerd op een gefixeerde plek. Het filament wordt door een holle, flexibele teflonbuis naar de printkop geleid. Deze kan hierdoor veel lichter zijn, en daardoor sneller bewegen.

Afbeelding afkomstig van start3dprinting.com

Bij de printer van onze neef kiezen we voor zo'n Bowden-extruder. Als het bevalt willen we hier onze eigen printer mee upgraden. Maar ook...

De Bowden-extruder heeft geleid tot het ontwerp van de zogenoemde Rostock-printer. Die werkt niet met beweging in x-, y- en z-richting, maar heeft een radicaal ander ontwerp, waarbij de printkop met drie trekstangen wordt bestuurd. Deze trekstangen worden aangedreven door verticaal bewegende glijders, die rondom het centrum onder hoeken van 120 graden zijn opgesteld. Maar misschien is een filmpje wel zo duidelijk.

Dit type printer is vooral ideaal voor het printen van hoge, cylindrische objecten. En het is een feest om ze aan het werk te zien. Dus willen we er een. Zelf bouwen natuurlijk. Maar eerst die neef op weg helpen.

Avonturen met Slic3r, netfabb en openSCAD

Op onze queeste naar de perfecte extruder zijn we uiteindelijk terechtgekomen bij Greg's Wade Reloaded extruder. Downloaden en printen dus? Was dat maar zo makkelijk.

Om gebruikers met uiteenlopende typen hot ends van dienst te zijn is de extruder gepost in verschillende uitvoeringen. Wij kozen voor de j-head, maar dat werd bij het printen een teleurstelling. Het ging op sommige plekken gewoon mis, zoals bij de ondersteuning van het scharnier voor de idler. Uit de comments op Thingiverse begrijpen we dat de .stl-files zijn gemaakt voor printen met een laagdikte van 0.25 in plaats van 0.4. Dat gaat mis, en moeten we dus aanpassen.

We downloaden hiervoor OpenSCAD. Nu kunnen we in het .scad file de code aanpassen waarmee de extruder is gegenereerd. Om te beginnen vullen we waar 'layer_thickness' staat '0.4' in in plaats van '0.25'. Met 'compile & render' genereren we de tekening en exporteren dit naar een .stl-bestand.

Maar printen gaat ook nu niet goed. Het extrudergat is niet rond en een gat voor de idlerspanner ontbreekt. Dit zou kunnen komen door de verouderde versie van Slic3r die gebruikt wordt in Pronterface.

Daarom hebben we de nieuwe versie van Slic3r standalone geïnstalleerd en het daarmee geprobeerd. Dit is een echte aanrader! Het programma werkt prettig en snel, laat het toe om objecten bij elkaar te slepen en rangschikken en daarna is het genereren van een G-code file zo gebeurd.

Nog een tip: als Slic3r begint te klagen over de .stl-file, haal het dan eerst even door de checker van netfabb. Met deze online dienst worden foutjes weggepoetst, zodat er een printklaar bestand overblijft. Het resultaat is via een link in de mail te downloaden en als 3d-rendering te zien.

Printen gaat daarna inderdaad uitstekend, maar wat blijkt? Het is een extruder voor een j-head met een veel smallere PTFE-buis. Uitboren is geen optie, dus dat wordt opnieuw printen.

Dus terug naar de .scad file van Gred's Wade Reloaded. Het is ons iets gemakkelijker gemaakt omdat we hier kunnen kiezen voor verschillende extruders. Een en ander wordt via opmerkingen in de code uitgelegd. We kiezen 'jhead_mount', maar passen de code aan verderop in de file en kiezen voor een diameter van 16,4mm. Geëxporteerd en door netfabb gehaald, gesliced met Slic3r en in Pronterface geladen.

Printen gaat goed, maar dan: weer mis. De gaten waarmee het peek-blok aan de extruder moet worden bevestigd ontbreken. Terug naar OpenSCAD.

Dit keer letten we beter op en bestuderen de rendering aandachtig. We blijken te moeten kiezen voor 'geared_extruder_nozzle' voor een extrudergat van 15mm en de juiste gaten. Juiste gaten? De gaten voor de montage van het peek-blok zijn M4 in plaats van M3. Dat moeten we in de routine 'mendel_parts_v6_holes' aanpassen: overal waar 'm4' staat vervangen we dat door 'm3'.

En dat ziet er uit zoals we het willen hebben. Dus weer door netfabb, Slic3r, etc., etc.

Veel geleerd. Een goede extruder is van groot belang, omdat we hebben gemerkt dat negen op de tien storingen op de een of andere manier hier optreedt. Na montage van de nieuwe extruder printen we een stuk prettiger.

Ellende met tandwielen

Een vervelend probleem dat wel vaker voorkomt: bij het printen van een nieuwe set tandwielen voor de extruder krult een kant het kleine tandwiel na een paar printlagen omhoog. Soms komt het hele tandwieltje tijdens het printen los van de plaat, andere keren blijft hij wel zitten, maar is de onderkant dus scheef.

Bij het printen van het grote tandwiel hebben we geen enkel probleem.

Wat is er aan de hand? Er zijn heel wat mogelijkheden, die op deze posting worden uiteengezet. Alle veertien tips zijn uiterst zinnige opmerkingen. Printen op een verwarmd bed doen we al. We hebben de ventilator uitgezet en de glasplaat schoongemaakt en met de maagdelijke onderkant naar boven gekeerd.

Dan maar printen met een kleinere opvulling of bij lagere temperatuur...

...of printen op een stukje kaptontape...

...of met een heter printbed en bij nog lagere temperatuur...

...totdat we met een lading tandwielen zitten die veel wegheeft van Stimpy's collection of magical nosegoblins...

Ten einde raad dan maar eens geprint op een koeler printbed van 50 graden. En toen bleef hij wel plakken. Nog steeds is er wat vervorming zichtbaar, maar veel minder dan eerst. Kunnen we eindelijk onze nieuwe extruder bouwen.

Update: kleine verbeteringen aan printbed

Bij het maken van onze eerste prints kwamen we wat imperfecties tegen in het ontwerp van de printer. Ze rammelde de tafel wat bij het bewegen in de y-richting omdat de roestvrijstalen assen net een milimetertje korter zijn dan het frame. Bij beweging in de y-richting, bewegen de assen dus een beetje mee. Dat geeft een hinderlijk geluid, maar zorgt ook voor een onnauwkeurige beweging in de y-richting. De oplossing is simpel: een beetje dunne tape om de koppen van de y-assen.

Verder merkten we dat het waterpas zetten van het printbed lastig was met de oorspronkelijke boutjes en moertjes. Om te beginnen hebben we de bovenste moeren vervangen door M3-vleugelmoertjes (lastig te vinden). Verder hebben we een extra moertjes aangebracht in de veer, helemaal beneden boven de houten onderplaat. Deze draaien we strak aan, zodat de bout niet meer kan roteren. Zo kunnen we aan de vleugelmoeren draaien en het bed waterpas stellen zonder dat de bouten steeds irritant gaan meedraaien.

Update: elektronica monteren

De elektronica die de printer aanstuurt - de Arduino-print met de RAMPS-elektronica erop - hadden we provisorisch met bindbandjes en een kartonnetje op het printerframe bevestigd. Dat was niet ideaal (gaat schuiven) en ziet er niet uit. Nu de printer werkt moet er dus een nette oplossing komen, en dan kunnen daarna de meters aan snoeren worden weggewerkt.

Ook hier is er weer veel keuze op Thingiverse. We kiezen dit solide ontwerp, dat een van de vertices van de Mendelmax 1.5 vervangt en uitbreidt met een printhouder en een vertilatorsteun. Zo kunnen we een koel briesje blazen over de stepperdrivers.

Veel beter zo. Die ventilator komt uit een oude pc en was dus gratis. Op de stepperdrivers hebben we hun koelvinnetjes geplakt. Deze werden meegeleverd door RepRapWorld, maar met stomme plakkertjes die er meteen af komen donderen. Daarom hebben we ze vastgemaakt met speciale pasta, gekocht op eBay.

Daarna met bindertjes alle snoeren weggewerkt. Daarbij hebben we zoveel mogelijk gebruik gemaakt van de sleuven in het frameprofiel.

Dat ruimt op!

Update: spoelhouder

Een houder voor de filamentspoel is prettig om te hebben, en eigenlijk onmismaar. Zonder houder wikkelt het filament zich niet gelijkmatig af, kan vastlopen of strak komen te staan; allemaal zaken die de printkwaliteit niet ten goede komen. Er zijn spoelhouders in allerhande soorten en maten, vaak met zelf te printen onderdelen. We vonden minimalistische houdertjes op Thingiverse die ons wel aanspraken. Helaas is het ontwerp inmiddels verwijderd, maar er zijn veel alternatieven. Extra benodigdheden: vier lagers van het type 688zz, voordelig te koop op eBay (per tien stuks bijvoorbeeld).

Na het printen klikken de lagers in de houdertjes, en de houdertjes bovenop de printer. Verder niets nodig, alleen vier geprinte stukjes.

Het filament rolt zich rustig en betrouwbaar af. Ideaal dus. Door met de houdertjes te schuiven kunnen we makkelijk een spoel van een ander formaat erop plaatsen.

Update: opto eindstops

Nadat de printer redelijk werkte heeft hij een tijdje stil gestaan. De laatste tijd zijn we weer aan de slag gegaan met allerhande verbeteringen, die we graag willen delen. We beginnen met de opto eindstops.

Het is essentieel op betrouwbare eindstops te hebben. Heel belangrijk voor de calibratie, het bepalen van de afstand tussen de printkop en de plaat en voor het behoud van je motoren. Ze wilt namelijk niet dat je printkop door een eindstop heendrukt en een uurtje onbeheerd staat te 'duwen'.

Eerst hadden we de eindstops met een kartonnetje eronder en wat bindertjes vastgemaakt, maar dat was waardeloos. Ze schoven, draaiden en meer van dat soort ellende. Op Thingiverse vonden we deze eindstophoudertjes, die we hebben geprint. Zo kwamen we erachter dat we tot dan toe alles in spiegelbeeld hadden geprint! Dat merk je namelijk niet bij symmetrische objecten. Even aangepast in de firmware dus.

De eindstops schroeven we op de eindstopplaatjes en die maken we met t-moeren vast aan het frame van de printer. Bij de x-as hebben we het lijmpistool erbij gepakt. 

De eindstops geven een stopsignaal als ze worden onderbroken door een vlagje. Die vlagjes hebben we eerst van karton, plakband en nietjes in elkaar geknutseld, maar dat gaf ook ellende. Vlagjes die vielen, verfrommelden, verbogen, en meer van die toestanden. Dat moest dus beter kunnen.

Zoals elk huishouden hebben ook wij een zak met waardeloze Ikea-onderdelen; bewaard want je kunt nooit weten. Met wat van die frutsels, een ijzerzaag en het lijmpistool hadden we al snel metalen vlagjes die niet buigen, vallen of opfrommelen. Werkt prima.

eindstopvlag voor de x-as

eindstopvlag voor de z-as

Nog wat prints

Inmiddels printen we net genoeg voor wat nuttige voorwerpen. Afkomstig van Thingiverse, de website waar de reprap-gemeenschaap zijn maaksels verspreidt. Zoals houdertjes voor onze optische eindstops.

En deze clipjes waarmee we lagers op onze Mendelmax kunnen bevestigen, die dan weer een filamentspoel kunnen dragen. Op eBay hebben we nog wat van deze 608ZZ-lagers bijbesteld.

Samen met een houder voor de elektronica hebben we genoeg spul om de printer een upgrade te geven. Daarbij gaan we dan meteen wat andere kleinigheidjes verbeteren, zoals wat speling in een van de y-stangen, de spanning op de drijfriem voor de x-as en alle loshangende kabels. Ook willen we het contact tussen de tandwielen van de extruder nog wat verbeteren.

Spullen: nogmaals de kartelbout

De kartelbout die we zelf hebben gemaakt blijkt een nadeel te hebben. Hij heeft geen groef voor het filament en dekt daardoor de doorgang voor het filament naar de hete kant van de extruder af. Dat gaat niet goed: hij wil het filament niet goed doorvoeren.

We kijken daarom op eBay naar andere 'hobbed bolts' en kopen er een uit Tsjechië en een uit Nederland. De Tsjech blijkt behoorlijk goed, de Nederlandse is twijfelachtig van kwaliteit. We monteren de Tsjech.

de Nederlandse bout (boven) en de Tsjechische (onder)

Stap 13: de bedrading

Met onze bestelling bij RepRapWorld werden de meeste benodigde kabels meegeleverd. Hiermee worden de stappenmotoren, thermistors en eindstops aangesloten op de RAMPS 1.4 print. Aan de kant van de print zijn de kabels keurig voorzien van plugjes, maar aan de andere kant niet. Bij de eindstops worden de draadjes eenvoudig vastgeschroefd, maar bij de motoren moeten we wat anders verzinnen. We hebben daarom op eBay wat stekkertjes aangeschaft.

kabeltje met stekkeronderdelen

Het mannelijke deel van de stekker komt aan de kant van de stappenmotor, het vrouwelijk deel aan de kabel. We solderen de pinnetjes en krimpen er vrolijk gekleurde kousjes omheen.

De plugjes zitten stevig, maar zijn gemakkelijk los te maken. We zijn tevreden en bedraden de elektronica volgens het schema op Reprap.org.