Budowa: Atomic Teddy Bear (Miś Atomowy).

[majek]

To ja tak na szybko:

1. Silniki modelarskie (ourunnery) mają spore moce, ale one są dedykowane do dronów i samolotów, gdzie są bardzo dobrze chłodzone w czasie pracy strumieniem zaśmigłowym. Przy normalnej pracy stacjonarnej bez chłodzenia, to przy mocy nominalnej się po prostu palą. Inrunnery są zazwyczaj większe i cięższe, ale właśnie dedykowane do pracy w obudowie i ewentualnie do dodania radiatora na sam silnik.

2. Jedna rzecz to zapewnienie jednorodnego wytłaczania, ale tak naprawdę w drukarce takie rzadko występuje. Masz:
- liniowe rozpędzanie ekstrudera w miarę jak karetka się rozpędza do prędkości maksymalnej (wiele mniejszych wydruków jest ograniczonych akceleracją karetki i prędkości maksymalnej prawie nie osiąga)
- przy częstych retrakcjach musisz natychmiast zmieniać kierunek obrotów, i tu wchodzi maksymalna akceleracja na ekstruderze - nie wiem czy krokowiec jest tu lepszy od dobrego DC tak w rozpędzaniu jak i nagłych zmianach kierunku
- nawet bez retrakcji przy przejściu druku jednej części na inną masz gwałtowne zatrzymanie i później ruszenie
- sprawdź też małe przepływy - jeżeli drukujesz coś na niskiej warstwie (bo ma być dokładnie, albo włączyłeś adaptive layers), na dyszy z małą dziurą i materiał co wymaga niskiej prędkości, to ekstruder musi naprawdę wolno ale nadal stabilnie działać

[atom1477]

Jest tak jak napisałeś, tylko że tak tak:
1. Jazda podczas druku jest na sporym momencie, ale prędkości są rzędu 5...10%. Stąd mała moc na silniku (o ile sprawność silnika będzie spora przy małych prędkościach).
2. Szybka retrakcja (i potem "trakcja"), gdzie musi przyspieszyć do dużych prędkości (100%). Ale za to moment obrotowy jest niski. Znów daje to całkiem małą moc na silniku.
Problemem jest tylko zakres prędkości z jakimi silnik musi pracować.
Silniki krokowe idealnie nadają się do takiej pracy, i pewnie dlatego tak dobrze się tutaj trzymają. No ale ta duża masa jest trochę problemem.
Stabilizator prędkości obrotowej ujarzmia silnik (BL)DC przy dowolnej prędkości (przy bardzo niskiej też).
Więc myślę że BLDC (outrunner) ma szansę. Są o wiele mocniejsze niż SB1605, ciągle o masie rzędu 20...30 g. Więc w najgorszym razie trzeba będzie go znacznie przewymiarować (i ewentualnie dodać chłodzenie). A i tak wyjdzie lżejszy od krokowego.

[atom1477]

Garść obliczeń.
Przy jakimś większym przepływie wolumetrycznym rzędu 30 mm³/s (gdzieś tyle maksymalnie ma dysza Volcano 0.4 mm), mamy prędkość przesuwu filamentu 1.75 mm równą 9.8 mm/s ≈ 10 mm/s.
Zakładając siłę pchającą 100 N (≈ 10kg) wychodzi moc dokładnie 1 W. Przyjmijmy 2 W ze względu na sprawność radełka. To ciągle całkiem mało.
W praktyce siła pchająca będzie o wiele mniejsza. Jakby była duża to znaczy że dysza nie wyrabia, więc nie ma też co przesadzać z tą siłą. Ja przyjąłem że nie będę przekraczał 5 kg. W którymś odcinku CNC Kitchen było wyjaśnione dlaczego duże siły pchające nie mają specjalnie sensu.

Dlatego jakoś specjalnie nie martwię się o chłodzenie silnika. Większym problemem będzie szybkie przyspieszanie i zwalnianie.

Warto też dodać że z silnika DC można łatwo wyciągnąć sygnał momentu (prąd silnika zależy liniowo od momentu). Więc będzie można łatwo monitorować siłę pchającą filament, bez żadnych dodatkowych czujników. Przy silniku krokowym tak się nie da bo on ma niską sprawność, oraz przesunięcie fazowe pomiędzy prądem a napięciem.

[Holgin]

Z zawodu zajmuję się projektowaniem sterowników do silników BLDC - bardzo chętnie popatrzę jak sterujesz bezczujnikowo tym outrunnerem i jaka będzie jakość ekstruzji - ciekawy temat
O serwach do ekstruderów tu i ówdzie słyszałem, ale krokowce wygrywają przez prostotę sterowania, to tyle. Jak będzie układ scalony wielkości TMC5160 który obsłuży enkoder, to pewnie szybko coś takiego zobaczymy. Inna sprawa jest taka, że żeby w pełni wykorzystać właściwości takiego mini serva, dobrze by było zaimplementować coś mądrzejszego niż Step/Dir - Pressure Advance plus servo mogłoby naprawdę fajnie działać.

Jakie radełka chcesz zastosować?

[atom1477]

Nie mówiłem że bezczujnikowo
Takie różne ciekawostki to zostawiam do opisania na później. I tak jak robię opis to wychodzi na pół strony. Bez opisów się w tym wypadku nie da, bo inaczej bym tylko słyszał że robię źle, i że na pewno się nie uda. Więc wyjaśniam każde rozwiązanie (udziwnienie ) dlaczego jest takie a nie inne.

Swoją drogą, gdzie się zajmujesz tym projektowaniem sterowników? (nie chodzi mi o nazwę firmy, tylko o branżę).
Bo ja też kiedyś robiłem różne cuda, ale praktycznie żadnego z nich się już od dawna nie opłaca robić (projektować). Wszystko już jest dostępne gotowe.

[Holgin]

Home Appliance, HVAC.

To jak planujesz czujniki to widzę większe szanse powodzenia, tak czy inaczej, jestem ciekawy

[atom1477]

Home Appliance, HVAC.

Czyli w dużej części AGD.
A to nie opłaca się dawać gotowych driverów jakich dzisiaj jest na pęczki?
Albo stosować tych co się już opracowało? Twój tekst zabrzmiał jakbyś projektował cały czas nowe sterowniki.

To jak planujesz czujniki to widzę większe szanse powodzenia, tak czy inaczej, jestem ciekawy

Czujniki muszą być, bo to ma pracować od 0 RPM. A do tego w pierwszym rzucie ma wprost zastąpić silnik DC (czyli mieć tylko dwie końcówki, i cały czas pracować na PWMie 100% (tylko wtedy będzie miał charakterystyki prądowo-napięciowe zgodne z silnikiem DC)).
Później może to rozbuduję o jakieś bardziej inteligentne sterowanie.

Do karetki chcę dodać własną płytą rozszerzeń (pewnie na CANa), i mają na niej być takie rzeczy:

• Podstawowe czyli sterowanie wentylatorami (a raczej dmuchawami), grzałką, odczyt temperatur (będzie więcej niż tylko z hotendu).
• Sterowanie ekstruderem, bo będzie nietypowe na silniku DC/BLDC. W tym będzie odczyt enkodera z wału radełka (dla PIDa).
• Czujnik wysokości nad stołem (jakiś własny, nie BL).
• Akcelerometr, pewnie LIS3DH (jest bardzo lekki więc mogę go dać na stałe).
• Czujnik obecności a może też i średnicy filamentu.
• Wyjścia na 2...4 serwa, do ewentualnego sterowania jakimiś wynalazkami.
• Lidar. O ile się uda. Swoją drogą wątpię że w fabrycznych drukarkach jest LiDAR. Mi to raczej wygląda na system triangulacyjny.
• Może jeszcze kamera.

Sporo tego jest, ale elektronika się łatwo miniaturyzuje. Wyjdzie mała, i na pewno poniżej 10 g. Jak coś tam mogłoby ważyć więcej to złącza, więc będę raczej minimalizował ich ilość (większość rzeczy na kablach będzie lutowana wprost do PCB).

A wracając do mechaniki karetki.
Ma być jak najmniejsza i najlżejsza, więc pierwotnie powstał taki projekt:

Karetka 1.gif (27.71 KiB) Przejrzano 500 razy

Karetka 2.gif (24.76 KiB) Przejrzano 500 razy

Wymiary kostki to 58 x 72 mm. Grubość 22 mm.
Gardziel wkręca się wprost w karetkę. Tam z tyłu widać dwa mosiężne króćce do podłączenia wężyków z cieczą chłodzącą.
Można też zrobić trochę mniejszą kostkę, i o grubości z 16 mm. Kosztem tego że nie wejdą do niej łożyska liniowe a jedynie tulejki ślizgowe.
Masa takiej kostki karetki po wybraniu materiału z niepotrzebnych miejsc schodzi poniżej 50 g.
Reszta masy to gardziel, blok grzejny, grzałka, dysza, łożyska, radełko, no i silnik napędu ekstrudera. Śrubki też dokładają sporo masy.
Na oko podliczyłem że jest szansa zmieścić się w 100 g. Nie jest to jakieś krytyczne założenie. Jak wyjdzie 150 czy nawet 200 g to nic się nie stanie.
Taka koncepcja ma jednak dużą wadę. Hotend jest na sztywno z karetką. Wymiana wymagałaby odkręcania go z wnętrza drukarki. Przy okazji naprężane były by tulejki i prowadnice liniowe (od klucza).

Jednak w międzyczasie koncepcja się zmieniła. Zachciało mi się dodać opcję drukowania wielokolorowego.
Wymyśliłem sobie obcinaczkę filamentu w ekstruderze, a potem się okazało że ameryki nie odkryłem bo coś takiego jest w drukarce X1CC.
Poczytałem też o problemach z szybką zmianą filamentu (niekoniecznie koloru, ale np. materiału), więc doszedł też plan zrobienia wersji dwugłowicowej.
To już mocno powiększa wymiarowo projekt karetki. Masa nie wzrasta aż tak bardzo, i całość się powinna wyrobić w 200 g.
No ale wymiarowo robi się to dość duże, i zmniejsza mi obszar roboczy drukarki.
Długo myślałem jak to sprytnie rozwiązać. Aż w końcu wyszło że najprostsze rozwiązania są najlepsze. Najnowszy trend jest chyba taki żeby robić po prostu wymienne głowice (wymiana narzędzia jak w obrabiarkach CNC).
To poza tym że jest najlepsze użytkowo, to przy okazji rozwiązuje problem wymiarów i masy: bo na karetce zawsze będzie jeździło tylko jedno narzędzie (nie będzie wożone to drugie/nieużywane). Odpadają też mechanizmy podnoszenia i opuszczania nieużywanej głowicy (żeby nie tarła o wydruk). Zaleta jest też taka że można zrobić karetkę bez jednoczesnego projektowania narzędzi (bo i tak będą osobne, nie będą jednolitą częścią z karetką). Same zalety.
No tylko jak to zaaplikować do mojej karetki?
Chciałem uzyskać maksymalną sztywność mocowania, więc nie użyłem standardowego mocowania kinematycznego Maxwella, tylko mocowanie jak w CNC: stożek.
Wyszło mi takie coś:

Karetka 3.gif (20.26 KiB) Przejrzano 500 razy

Stożek musi być niesamohamowny. Nie ma to chyba polskiej nazwy. Po angielsku self-releasing taper. Chodzi o to żeby nie klinował się w karetce, bo go potem zmieniarka narzędzi nie wyjmie. Ma tylko oprzeć się o otwór, ale mocowanie ma być jakimś dodatkowym zaciskiem. Takie coś daje i tak sporą siłę trzymania (a precyzję tak samo dużą).
Stożek będzie miał kąt z 10...12° (każdy powyżej 8° jest niesamohamowny, przynajmniej dla stali).
Przy okazji wyszła niespodziewana zaleta mniejszej karetki. Wejdzie w nią większy stożek. Jakim cudem? Ano takim, że tulejki ślizgowe są mniejsze z każdej strony. Zajmują mniej miejsca na zewnątrz prowadnic, ale i wewnątrz prowadnic. Więc karetka może być mniejsza z zewnątrz, ale i ma więcej miejsca w środku pomiędzy prowadnicami:

Karetka 4.gif (5.79 KiB) Przejrzano 500 razy

Obie wersje mają prowadnice w rozstawie 50 mm. W dużą wchodzi stożek 30 mm, w małą już prawie 40 mm.
Ostatecznie więc stanęło na tym że zrobię mniejszą wersję karetki. Czyli lżejszą.
Jeszcze nie wiem jak rozwiążę chłodzenie. Stożek miałby możliwość też przenosić ciepło (z narzędzia do karetki). Ale chyba nie będę tak robił, i chłodzenie będę doprowadzał wprost do stożka narzędzia.
Być może elektronikę trzeba będzie podzielić na dwie części. Cześć na stałe w karetce, a część wymienianą razem z narzędziami. To jednak szczegół. Pomyśli się na koniec.

Wymiana narzędzia będzie wymagała mechanizmu podajnika podającego od góry. Nie wystarczy dojazd do brzegu jak to zwykle się robi w drukarkach ze zmieniarką.
Ma to jednak pewne zalety:

• Komplikacja będzie w podajniku, a nie w karetce. Podajnik może sobie być dowolnie ciężki i skomplikowany, bo nie jeździ podczas drukowania.
• Podajnik będzie mógł podmieniać narzędzia nad obszarem wydruku. Nie zabierze mi obszaru roboczego. Podajnik (a raczej strefa odstawcza) w klasycznej podmianie od boku, zabiera dziesiątki mm obszaru roboczego.

Co bardziej obeznani w sprzęgach kinetycznych, pewnie zauważyli że stożek blokuje 5 osi swobody, a nie 6.
Tutaj to jednak nie przeszkadza. Niewielki obrót wokół osi Z nie przeszkadza jak to będzie wykonane precyzyjnie (dusza dokładnie w osi stożka).
Mocniej się nie obróci, bo zmieniarka narzędzi będzie to łapała za jakieś wypustki i przywracała mniej więcej stałe położenie. Ewentualne kilka stopni nieplanowanego obrotu przy mocowaniu nie będzie przeszkadzało.

[Fest]

Na moje oko, chłopa co kilka otworów w życiu wiertarka wykonał to króciutki ten stożek.

[Holgin]

A po co dłuższy, skoro ma być dodatkowy mechanizm mocujący?

[atom1477]

Nie każdy musi być długi. Np. stożki do mocowania uchwytów tokarskich też są całkiem krótkie (długość mniejsza od średnicy).

Zapomniałem wymienić jeszcze jedną zaletę metody zmieniania narzędzi od góry:

• Zmienione narzędzie będzie wyjeżdżało do góry, czyli do strefy zimnej. Przy strefie odstawczej z boku wszystkie narzędzia cały czas są w komorze.