3D Printer HackLab Documentation - Release latest 14.02.2022 - Read the Docs
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3D Printer HackLab Documentation
Release latest
14.02.2022
Anleitung
1 Anleitung zum Drucken 1
1.1 Slicer Software für PC/Mac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Software zur Fernsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Filamente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Anleitung zum Warten 3
2.1 Bed leveling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Nozzle reinigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Wartungssoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.4 Hardware & Werkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.5 Fehlersuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.6 Düse montieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.7 Kalibrationsmuster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.8 Support Forum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Aktueller Aufbau 7
3.1 Marlin Konfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.1 M115 - Firmware Informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.1.2 M503 - Report Settings (Marlin 2.0.x) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 Der RepRap Shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2.1 Die Stecker und Verkabelungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2.2 Das elektronische Schema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3 Der LCD-Display mit Taster & SD-Kartenlesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3.1 Das elektronische Schema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4 Geplante Verbesserungen 15
4.1 Erweiterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1.1 Filament runout sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1.2 RAMPS Ersatz mit 32-bit Prozessor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1.3 Filamentreiniger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1.4 Besseres Anzeigemodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2 Durchgeführte Verbesserungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.1 Neue TMC2130 Treiber für Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.2 Neue Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.3 Bessere Z-Axis Distanzeinhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
i
ii
KAPITEL 1
Anleitung zum Drucken
Der 3D Drucker im Hacklab Bern (https://www.meetup.com/de-DE/Bern-Silicon-Valley-HackLab-Tech-Group), ba-
siert auf dem CL-260 open-source Model. Er wird abwechslungsweise von Mitgliedern genutzt und verbessert.
1.1 Slicer Software für PC/Mac
Für das Erstellen der Druckbefehle aus den (.stl) 3D-Modellen wird zwingend ein Slicer Programm benötigt. Der
grosse Klassiker ist Cura, die Alternativen wie Prusa-Slicer funktionieren sehr ähnlich:
Software Zweck Chocolately Paket
Cura Slicer cura-new
Prusa Slicer Slicer prusaslicer
Der Slicer muss gewisse Details des Druckers kennen, damit er ihn gut ansteuern kann. Anbei einige bewährte, we-
sentliche Einstellungen:
Einstellung Empfohlener Wert
Drucker Art FFF (Fused Filament Fabrication)
Druckauflösung 0.15mm
Retraction 5mm
PLA Druckkopf 210°C (erste Schicht) / 200°C
PLA Heizbett 55°C (erste Schicht) / 50°C
1.2 Software zur Fernsteuerung
Die Steuerung und Statuskontrolle des Druckers geht viel einfacher mit OctoPrint auf einem RaspberryPi. Damit
lassen sich Durckdateien bequem hochladen und der Status jederzeit abfragen. Noch mehr Komfort bieten Plug-Ins
wie:
1
3D Printer HackLab Documentation, Release latest
• Telegram Integration
• Fortschrittsanzeige auf dem Drucker
1.3 Filamente
Kein Druck ohne Filamente, diese können hier bezogen werden:
• Im FabLab Bern: https://www.objektweberei.ch
• Online u.a. bei 3D-Jake: https://www.3djake.ch/de-CH/filament/pla-filament
2 Kapitel 1. Anleitung zum Drucken
KAPITEL 2
Anleitung zum Warten
2.1 Bed leveling
• Autohome
• Z-Axes senken
• Differenz an am Z-Stopp nachschrauen
• Alle Vier Ecken nachprüfen
2.2 Nozzle reinigen
• https://www.youtube.com/watch?v=g8uvh6kvr54
• Cold pull das Hotend auf 120°C anwärmen und laufend ziehen, bis das Verstopfte herauskommen.
2.3 Wartungssoftware
Zur Wartung des Druckers hilft Pronterface, es stellt die technischeren Schnittstellen, wie das serielle Terminal zur
direkten Kommunikation mit dem Drucker und bequeme Kontrolleknöpfe zum Bewegen der Achsen zur Verfügung.
3
3D Printer HackLab Documentation, Release latest
Software Zweck Chocolately Paket
Pronterface Fernsteuerung printrun
2.4 Hardware & Werkzeug
• Akkupunkturnadeln
• 2.5mm Imbusschlüssel
• 7mm Innen Sechskantschlüssel
• Messingbürste
• Flachzange
• Seitenschneider
• 1.3mm Imbusschlüssel
• M3 Schrauben und Muttern
• 5er Gabelschlüssel
• Isopropanol
• Haushaltspapier
• Schieblehre
• Kaptontape
2.5 Fehlersuche
Die Fehlersuche am Drucker ist mühsam, allerdings bietet Pursa ein Handbuch zum Erkennen der gängigsten Fehler:
• https://www.prusa3d.com/print-quality-troubleshooting/
4 Kapitel 2. Anleitung zum Warten
3D Printer HackLab Documentation, Release latest Dazu hat auch der 3D-Andi ein hervorragendes Video mit vielen Fehlerquellen und -lösungen gedreht: • https://www.youtube.com/watch?v=WL3T_ijUUs8 2.6 Düse montieren Bei der Montage der Düse ist sicherzustellen, dass die Düse kalt nur 0.7mm vor dem Limit angezogen ist. In warmem Zustand kann die Düse zusätzlich nach ajustiert werden. • https://youtu.be/OzRAVkXjw3I 2.7 Kalibrationsmuster Zur Prüfung der Ausrichtung des Heizbetts eignen sich dieses speziellen Quadratmuster. Es erlaubt die Prüfung der Druckhöhe und der Distanz zwischen Hotend und Heizbetts. • Video: https://youtu.be/RZRY6kunAvs • Quelle: https://www.thingiverse.com/thing:2789086 • STL: calibration_patterns 2.6. Düse montieren 5
3D Printer HackLab Documentation, Release latest
Weitere Kalibrierungsmuster: - https://www.youtube.com/watch?v=kgCjDy_IgXg
2.8 Support Forum
• https://www.3d-druck-community.de/
6 Kapitel 2. Anleitung zum WartenKAPITEL 3
Aktueller Aufbau
Die Mitglieder verbessern den Aufbau des Druckers laufend. Aktuell setzt er sich aus folgenden Bestandteilen zusam-
men:
Funktionalität Verwendete Lösung
Firmware Marlin 2.0.x
Mikrocontroller Arduino Mega 2560
Leistungselektronik Shield RepRap-Arduino-Mega-Pololu-Shield (RAMPS) 1.4
Verstärker Schrittmotoren A4988 Datasheet
Display Platine RepRapdiscount smart controller 2004 LCD (RED)
Schrittmotoren NEMA ?
Zahnriemen 5mm breit, 2mm Zahnschritt
Antriebsstangen 8mm Stahlstangen
Lager der Antriebsstangen 8 mm (innen) / 22 mm (aussen) / 7 mmm (Dicke) Standardlager
Pulley 20 Zähne, 8mm Innendurchmesser, mit M3 Imbusfixierung
Heat Bed
Bowden Schlauch 2mm PTFE Tube
Bowden Start (Motor, M5) PC4-M5
Bowden Ende (Heizkopf, R1/8) PC4-01
Hot End Hotend: e3d v6
Nozzle 0.4mm
3D Teile Gedruckte Teile
Stromversorgung Schaltnetzteil 12V 20A ohne aktive Kühlung
Medium SD-Karte, regulärer Grösse
Datenkabel USB-Kabel mit Standard-B Stecker den Mikrocontroller
3.1 Marlin Konfiguration
Mit der Pronterface Software kann der Drucker über gCode Befehle oder das GUI mit der seriellen Schnittstelle
ferngesteuert und untersucht werden:
73D Printer HackLab Documentation, Release latest 3.1.1 M115 - Firmware Informations >>> M115 SENDING:M115 FIRMWARE_NAME:Marlin 2.0.x (GitHub) SOURCE_CODE_URL:https://github.com/MarlinFirmware/Marlin PROTOCOL_VERSION:1.0 MACHINE_TYPE:Hacklab CL260 EXTRUDER_COUNT:1 UUID:b01ac89d-d7b3-43ec-8f82-dfb65c785486 Cap:SERIAL_XON_XOFF:0 Cap:BINARY_FILE_TRANSFER:0 Cap:EEPROM:0 Cap:VOLUMETRIC:1 Cap:AUTOREPORT_TEMP:1 Cap:PROGRESS:0 Cap:PRINT_JOB:1 Cap:AUTOLEVEL:0 Cap:Z_PROBE:0 Cap:LEVELING_DATA:0 Cap:BUILD_PERCENT:0 Cap:SOFTWARE_POWER:0 Cap:TOGGLE_LIGHTS:0 Cap:CASE_LIGHT_BRIGHTNESS:0 Cap:EMERGENCY_PARSER:0 Cap:PROMPT_SUPPORT:0 Cap:AUTOREPORT_SD_STATUS:0 8 Kapitel 3. Aktueller Aufbau
3D Printer HackLab Documentation, Release latest
3.1.2 M503 - Report Settings (Marlin 2.0.x)
Einstellung gCode Marlin 2.0.x
Units in mm (mm) G21
Filament diameter M200 D1.75
Steps per unit M92 X80.00
Y80.00
Z1600.00
E161.00
Max. Speed (mm/s) M203 X300.00
Y300.00
Z5.00
E45.00
Max. Acceleration (mm/s2) M201 X9000
Y9000
Z100
E10000
S=Acceleration M204
P=Print Acceleration (mm/s2) P3000.00
R=Retract Acceleration (mm/s2) R3000.00
T=Retract Acceleration (mm/s2)
T=Travel Acceleration (mm/s2) T3000.00
B=minimum segment time (ms) M205 B20000
S=Min feedrate (mm/s) S0.00
T=Min travel feedrate (mm/s) T0.00
J=Junc_dev J0.01
Home offset (mm) M206 X0.00 Y0.00 Z0.00
Hotend PID settings M301 P22.20
I1.08
D114.00
3.2 Der RepRap Shield
Das RepRap Arduino Mega Pololu Shield dient als Plattform zur Anbindung aller weiteren Eletronik am System:
1. Dem Arduino Mega als Microkontroller
2. Den Schrittmotoren, ihren Reglern und Endsensoren
3. Dem Heizkopf und -bett, sowie ihren jeweiligen Messfühlern
4. Dem LCD-Display und Drehtaster mit SD-Kartenleser
5. Den Lüftern für den Heizkopf und das Material
6. etc.
3.2.1 Die Stecker und Verkabelungen
3.2. Der RepRap Shield 93D Printer HackLab Documentation, Release latest 10 Kapitel 3. Aktueller Aufbau
3D Printer HackLab Documentation, Release latest 3.2.2 Das elektronische Schema 3.3 Der LCD-Display mit Taster & SD-Kartenlesen 3.3. Der LCD-Display mit Taster & SD-Kartenlesen 11
3D Printer HackLab Documentation, Release latest 12 Kapitel 3. Aktueller Aufbau
3D Printer HackLab Documentation, Release latest 3.3.1 Das elektronische Schema 3.3. Der LCD-Display mit Taster & SD-Kartenlesen 13
3D Printer HackLab Documentation, Release latest 14 Kapitel 3. Aktueller Aufbau
KAPITEL 4
Geplante Verbesserungen
4.1 Erweiterungen
https://www.aliexpress.com/item/4000211772563.html
4.1.1 Filament runout sensor
• Sensor casing: https://www.thingiverse.com/thing:1698397
• https://www.youtube.com/watch?v=gwHpXaj_6xE
4.1.2 RAMPS Ersatz mit 32-bit Prozessor
Die Kombination RAMPS1.4 und Arduino Mega ist der de-facto standard für 3D-Drucker. Aktuell besteht nur ein
geringer Bedarf diese Kombination abzulösen, da nur folgende Schwächen bestehen:
1. Die Leistung der Heizausgänge ist auf 11A beschränkt (MKS v1.3: 20A)
2. Die Unterstützung eines TFT-Touchpanels ist mir nicht bekannt
3. Die Rechenleistung im 8-Bit Kontroller ist geriner als im 32-bit Modell
Ein Kandidat wäre das BigTreeTech SKR V1.3 - https://www.aliexpress.com/item/32981807406.html
Induktive Abstandsensoren am Druckkopf
Das sogenannte „Bed Auto Leveling“ ermöglicht es ein schiefes Druckbett zu kompensieren. Es kann den Abstand
zum Druckbett laufen und an allen Stellen ausmessen.
• https://youtu.be/G-TwWfUzXpc
• Sensor: https://de.aliexpress.com/item/32568347298.html
Verbesserte Halterung - https://www.thingiverse.com/thing:2332037
153D Printer HackLab Documentation, Release latest
4.1.3 Filamentreiniger
Auf den Filamenten haftet meist ein wenig Staub. Eine Reinigung vor dem Drucken reduziert die Verunreinigung am
Druckkopf.
4.1.4 Besseres Anzeigemodul
Anzeige - BIGTREETECH TFT24 V1.1
• https://www.aliexpress.com/item/33047390457.html
Anzeige - LCD 12864
Die LCD-Anzeige dient zur Steuerung des Druckers direkt am Gerät. Der SD-Card Leser ist ebenfalls direkt in das
Modul eingebaut. Dazu muss die Marlin Konfiguration korrekt eingestellt werden.
Aktuell enthält der Drucker ein einfaches, sehr funktionales LCD 20x2 Zeichen Display. Ein grösseres Display könnte
die gleichen Daten etwas komfortabler darstellen. Eine Option ist ein $8 LCD 12864 Module from Aliexpress.
16 Kapitel 4. Geplante Verbesserungen3D Printer HackLab Documentation, Release latest Ein dazu passendes Gehäuse fand sich auf Thingiverse, oder hier im Verzeichnis. 4.2 Durchgeführte Verbesserungen 4.2.1 Neue TMC2130 Treiber für Schrittmotoren Die aktuellen Treiberchips der Schrittmotoren sind klassische Pololu A4988. Diese Trieber steuern den Drucker kor- rekt, aber können keine Schrittverluste erkennen oder korrigieren. Die Motoren sind bei der Ansteuerung auch relativ laut. 4.2. Durchgeführte Verbesserungen 17
3D Printer HackLab Documentation, Release latest
Die Alternative dazu sind die TMC2130 der Firma Trinamic. Sie erlauben es, Blockierungen und damit Schrittverluste
zu erkenne.
• Anleitung zum Erhalten der LCD und SD-Karte (Chris Riley): https://www.youtube.com/watch?v=
kMICfCa6bHk
• Alterativ, aber unvollständig (Tom Sandladerer): https://www.youtube.com/watch?v=sPvTB3irCxQ&t=728s
4.2.2 Neue Firmware
Die aktuelle Firmware funktioniert wie gewünscht, ist allerdings nicht auf dem allerneusten Stand. Allfällige Ver-
besserungen in der Logik und Sicherheit der letzten Jahre fehlen noch und der Sourcecode ist aktuell nicht bekannt,
allerdings ergibt die „M115“ Abfrage ein Marlin V1.
Daher wären eine Aktualisierung in Erwägungen zu ziehen:
1. Die bestehende Firmware durch Ausbau des Arduino Mega Boards sichern.
2. Ein neues Arduino Mega Board ($9 Aliexpress) für die Versuche mit der neuen Firmware einbauen.
3. Neue Firmware Marlin 2.0 oder Repetier_ herunterladen.
4. Die Software für den Drucker konfigurieren (siehe HW-Konfiguration).
5. Die Software installieren und mit Pronterface testen.
Hilfestellungen in der Fehlersuche der neuen Konfiguration:
• https://www.youtube.com/watch?v=0pt_b2ZizQM
• https://www.youtube.com/watch?v=lAKyZd63_ns (2016: https://www.youtube.com/watch?v=3gwWVFtdg-4)
Abfrage der Endabschalter
Mit der gCode Befehl M119 kann der aktuelle Zustand der Endabschalter ausgelesen werden. Die Abfrage zeigt bei
unserer Elektronik ausgelöste Stopps im offenen Zustand. Ein anschliessend testweise ausgelöster Z-Entstopp wird als
offen angezeigt, der Wert wird also fehlerfrei ausgelesen und ist nur invertiert:
18 Kapitel 4. Geplante Verbesserungen3D Printer HackLab Documentation, Release latest
Reporting endstop status
x_min: TRIGGERED
y_min: TRIGGERED
z_min: open
Zur Korrektur muss die Konfiguration angepasst werden. Die xxx_MIN_ENDSTOP_INVERTING Werte sind norma-
lerweise „false“ und müssen auf „true“ umgestellt werden:
4.2.3 Bessere Z-Axis Distanzeinhaltung
Nur eine präzises Startdistanz zum Heizbett erlaubt präzise erste Schichten.
Verbesserte Stopp Schalter Führung
Der End-Stops soll den Schalter wiederholbar zum gleichen Zeitpunkt auslösen. Der Würfel erlaubt grössere Toleran-
zen zum Treffen des Schalters.
Quelle:
• https://www.thingiverse.com/thing:2851658
• STL: z_axis_sensor_print
4.2. Durchgeführte Verbesserungen 19Sie können auch lesen
