Tantillus Reborn

Kapitel 2 – Z-Achse

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Um sich erst gar nicht mit Z-Wobbel rumschlagen zu müssen ist die Z-Achse mit einem Riemenantrieb ausgestattet.

Z-Achsen müssen sehr präzise und fein aufgelöst verfahren werden können. Minimale Fehler bzw. Schwankungen der Layerhöhe sind sofort im Druckbild sichtbar. Die Foren sind voll mit Bildern von Druckteilen auf denen deutlich Z-Artefakte zu sehen sind.

Um die Auflösung auf das mögliche Maximum zu bekommen, kommt ein Flaschenzug System und ein 0,9° Stepper zum Einsatz.

Microschritte können nur bedingt positionsgetreu gehalten werden, daher sind die üblichen Angaben kommerzieller Produkte und deren erzielbaren Auflösung eher immer Bereich Marketinglügen/Wunschdenken einzuordnen.
Die folgende Berechnung bezieht sich daher nur auf die Vollschritte des Schrittmotors und stellt somit tatsächlich erzielbare Werte dar.

Pulley GT2 – 20T = 20 Zähne mit je 2mm Abstand = Wirkumfang 40mm
Eine Umdrehung des Pulleys entsprechen also 40 mm Verfahrweg.

Schrittmotor NEMA 17 0,9° = 400 Vollschritte
Der Schrittmotor hat eine sichere Auflösung von 400 Schritten pro Umdrehung.

Somit ergibt sich: Wirkumfang des Pulley / Vollschritte des Schrittmotors
40mm / 400 Vollschritte = 0,1mm/Vollschritt

Die Flaschenzugsystem hat bietet eine Untersetzung von 2:1.
0,1mm/Vollschritt / 2 = 0,05mm/Vollschritt

Die sicher erreichbare Auflösung der Z-Achse beträgt also 0,05mm pro Vollschritt.

Steuert man die Achse nun mit 1/16 Mikroschritt an, ergibt sich eine Auflösung von 0,003125mm <— Achtung, Marketinglüge!

TMC Steppertreiber machen ihren Job jedoch erstaunlich gut und die sehr leichte Z-Achse lässt sich auch in sehr kleinen Inkrementen verfahren. Hier der Videobeweis:

Um im realen Druckeinsatz im Vollschrittraster zu bleiben ist es dennoch sinnvoll möglichst Layerhöhen zu wählen, die durch 0,05mm teilbar sind.

Als Endstop kommt ein Hall Sensor zum Einsatz. Diese Sensoren reagieren sehr empfindlich auf Magnetfelder und haben eine sehr hohe Schaltgenauigkeit. Der verwendete Typ (A3144 – Datenblatt) kommt ohne weitere Auswerteelektronik aus, hat aber eine recht hohe Schalthysterese. Die Schalthystere stellt aber kein Problem dar und kann mittels entsprechender Firmwareeinstellung „ausgefahren“ werden.

Montagehinweise:

Schritt 1 – untere Linearwellenaufnahme montieren:

– Lager MR105 einpressen
– Mutter in Taschen einsetzen
– Stepper mit Pulley anschrauben
– Linearwellen einstecken

Vor der Montage die Länge der Linearwellen prüfen. Diese dürfen maximal 1mm Übermaß bzw. 2mm Untermaß haben.
Die Z-Achse ist mit LM8UU Kugelumlaufbuchsen ausgestattet, daher müssen unbedingt gehärtete Präzisionswellen (Cf53 / 1.1213) verwendet werden. Wellen aus „Silberstahl“ (1.2210) sind zu weich und laufen aufgrund ihrer geringeren Härte zwangsläufig irgendwann ein.

Schritt 2 – Z-Schlitten montieren:

– LM8UU Lager einsetzen
– Muttern in Taschen einsetzen
– Lager einsetzen und mit Zylinderstiften montieren
– Schlitten mit der richtigen Richtung auf die Linearwellen stecken

Die Maße von Zylinderstift und Lagerinnenring ergeben eine sehr enge Passung, die sich nur mit Kraft montieren und nicht mehr demontieren lässt. Es ist daher nötig die Zylinderstifte etwas mit Hilfe eines Akkuschraubers und Schleifpapier runterzuschleifen.
So lange schleifen bis die Zylinderstifte sich ohne Kraft durch die Innenringe der Lager stecken lassen. Das ist unbedingt vor der Montage der Teile zu prüfen.

Schritt 3 – obere Linearwellenaufnahme montieren

– Supportmaterial aus den Aufnahmen für die Wellen ausbrechen
– Muttern in die Taschen in den Wellenaufnahmen einsetzen
– Muttern in die anderen Taschen einsetzen
– obere Linearwellenaufnahme auf die Wellen stecken
– Endstop Einstellschraube mit Feder und Unterlegscheibe montieren
– Entlastungsschrauben lose eindrehen

Die Entlastungschrauben werden erst angezogen nachdem die Z-Einheit im Gehäuse montiert und ausgerichtet ist. Die Schrauben leiten die Riemenspannungkräfte in die Linearwellen und entlasten die Gehäusekonstruktion. Biegemomente auf die Wellen werden so vermieden.

Schritt 4 – Riemen montieren

Die Riemen werden mit der denkbar simpelsten Methode, wie auch schon beim P3 bewährt, befestigt. Das Riemenende muss zu einer kleinen Schlaufe gelegt werden, so das die Zähne ineinander greifen. Die Schlaufen durch den Schlitz des oberen Z-Achsenteils bzw. der unten liegenden Spannplatte durchfädeln. Anschließend nur noch ein Stück Filament durch die Schlaufe stecken. Die so entstandenen Verdickungen können unmöglich durch die Schlitze.

Schritt 5 – Z- Achse in das Gehäuse montieren

Die vormontierte Achse von unten in das Gehäuse schieben und an den vorgesehenen Stellen verschrauben.
Nun die Schrauben im oberen Druckteil, die auf die Z-Wellen drücken, so weit eindrehen bis sich die Wellen gesetzt haben. So wird vermieden das Riemenspannung ein Biegemoment auf die Gehäuseteile ausübt.Hier bitte keine Gewalt anwenden, die Schrauben nur so weit drehen das die Wellen die Riemenspannung auffangen können.

Schritt 6 – Endstop vorbereiten / -Z-Tisch montieren

Pins des Hall Sensor entsprechend dem Bild biegen.

Kabel anlöten und mit Sekundenkleber in den Endstophalter einkleben.

am besten an dieses Farbschema halten:
rot = +
schwarz = –
blau = Schaltsignal

Die vorverdrahtete Endstopeinheit kann nun in den Z-Tisch eingesetzt werden. Durch das verschrauben der gelaserten Teile wird die Einheit festgeklemmt.

Schritt 7 – Riemen spannen

Die Riemenspannung auf ca. XXXHz einstellen. Mit diesem Wert können reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Für eine einheitliche Frequenzmessung den Drucktisch ganz runterlassen und am rechten/äusseren Strang messen.

Die Frequenz lässt sich gut mit diversen Apps fürs Smartphone messen. Sucht mal nach Gitarrentuner Apss, etc.
Ein Empfehlung für eine gute Gratis-App können wir momentan leider nicht geben, da es sich bei nahezu allen Apps hauptsächlich um Container für Werbebanner handelt und die eigenliche Funktion, Frequenzmessung, meist eher nebensächlich gepflegt wird.
Falls jemand uns eine gute App empfehlen kann, freuen wir uns über einen entsprechenden Hinweis.

EDIT: Tension2Go von Contitech macht einen guten Eindruck und ist für Android und iOS gratis verfügbar. Es handelt sich scheinbar auch nicht um Adware, daher einen Versuch wert.

Schritt 9 – Riemen spannen

Als letztes kann dann die fertige Tischeinheit an den Schlitten der Z-Achse geschraubt werden. Hierzu sind in Rückseite des Gehäuses zwei Löcher. In der unten liegenden Ruheposition des Tisches können die Schrauben durch die Löcher geschoben und verschraubt werden.

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• • Kapitel 0 – Vorwort
  • Kapitel 1 – Gehäuse
  • Kapitel 2 – Z-Achse
  • Kapitel 3 – XY-Achssystem
  • Kapitel 4 – Heizbett
  • Kapitel 5 – Kühlung
  • Kapitel 6 – Extruder
  • Kapitel 7 – Hotend
  • Kapitel 8 – Elektronik
  • Kapitel 9 – Filamentabroller
  • Kapitel 10 – Silikonteile
  • Kapitel 11 – Option: Riementriebabdeckung
  • Kapitel 12 – Option: Rasperry Pi Zero
  • Kapitel 13 – Option: USV für den Pi
  • Kapitel 14 – BOM / Downloads
  • Kapitel 15 – FAQ
  • Kapitel 16 – Musterdrucke
  • Kapitel 17 – Schlusswort