Tantillus Reborn

Kapitel 8 – Elektronik

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Aus Kostengründen war von vorneherein klar das ein 8-Bit System zum Einsatz kommen wird. 32-Bit System fallen zwar mittlerweile im Preis, würden aber dennoch das Budget sprengen.
Die Taktrate bzw. Rechenleistung eines 8-Bit Systems reicht jedoch auch aus um die doch simple kartesische Kinematik des Tantillus zu betreiben.

Für eine hohe Stepperdynamik und gute Heizleistung von Hotend und Heizplatte kommt ein 19V oder 24V Netzteil zum Einsatz.
Es wird ein Laptop Netzteil verwendet. Eine zusätzliche Verdrahtung einer Buchse bzw. Anschlusskabel entfällt, der Berührungsschutz ist hervorragend und auch der Preis ist sehr attraktiv.

Mit diesen Rahmenparametern begrenzt sich die Auswahl an verfügbaren Steppertreibern stark.
Nach heutigem Stand bleiben eigentlich nur Treiber mit Trinamic Chip zur Auswahl. Technisch ältere Treiber wie A4988 oder DRV8825 sind zwar erheblich günstiger, die unerträglichen Geräusche sollten einem jedoch den mittlerweile geringen Aufpreis für Trinamic Treiber wert sein.

Empfehlenwert sind momentan 3 verschiedene Typen Trinamic Treiber

TMC2100
Der TMC 2100 ist quasi der Klassiker unter den TMC Treibern. Er ist leise, kraftvoll und lässt sich bis zu einem erstaunlichen Maße quälen.
Entscheiden sollte man sich, auch aufgrund der guten Erfahrungen, für die klassische Variante, die TMC 2100 in der 3.3-5V Ausführung.
Diese erzeugen zwar erheblich mehr Abwärme im 24V Betrieb als der TMC 2100 Treiber in der reinen 5V Ausführung, sind jedoch zukunftssicherer.
Sollte doch mal ein Update auf ein 32Bit System anstehen können die Treiber weiterverwendet werden. Kühlleistung steht genügend zur Verfügung.
Die TMC 2100 werden im SpreadCycle Modus und einer Interpolation von 1/16 Schritt auf 1/256 Schritt betrieben. Um die Treiber sicher in den gewünschten Modus zu bekommen müssen sie wie folgt zusammengelötet werden:

TMC 2100 – Eine Brücke von GND auf CFG1 löten. Pins von CFG1, CFG2, und CFG3 abknipsen/weglassen.

TMC2130
Die moderneren TMC 2130 können als Alternative zu den TMC 2100 verwendet werden, sind jedoch minimal teurer. Sie bieten mehr Features wie z.B. StallGuard. Mittlerweile werden die Features durch alle relevanten Firmware unterstützt. Um z.B. Stallguard zu nutzen sind zusätzliche Verdrahtungsarbeiten notwendig.
Diese zusätzlichen Features benötigt man streng genommen auch nicht, sie fallen eher in die Kategorie Spielerei.
Nutzt man die TMC2130 und Ihre Features, kann man allerdings auf die Endstops für X und Y verzichten.
Die TMC 2130 sollte man ebenfalls im SpreadCycle Modus und einer Interpolation von 1/16 Schritt auf 1/256 Schritt betreiben.

TMC2208
Die neuesten und günstigsten Treiber aus der Reihe, die TMC2208, sind momentan unsere Empfehlung. Ihr größtes Feature ist der extrem leise Stealthchop2 Mode. Dieser ist durch sein automatic tuning deutlich kraftvoller als der StealthChop der TMC21xx Reihe.
Um den extrem leisen Stealthchop Mode zu nutzen sind auch keine zusätzlichen Verdrahtungsarbeiten oder Lötkünste erforderlich. Der TMC2208 läuft ab Werk im StealtChop2 Modus. Es müssen also einfach nur die Pins gemäß dem Bild eingelötet werden. Alle Steckbrücken unterhalb des Treibers müssen gesteckt sein um ihn mit 1/16 mit 1/256 Interpolation nutzen können.
Der TMC2208 ist zur Zeit der leiseste, günstige und am einfachsten zu installierende Treiber.

TMC 2208 – Pins von PDN/UART abknipsen/weglassen

Alle weiteren Informationen zu den TMC Treibern sind im GitHub Repo von Watterott zu finden.

Bitte nur die originalen StepSticks von Watterott verwenden! Die chinesischen Kopien sind im Set nur wenige € günstiger. Jedoch steht das Einsparpotential in keinem Vergleich zu den potentiellen Problemen mit den Kopien.

TMC StepSticks vertragen eine verpolte/verdrehte Montage nicht. Daher die Treiber unbedingt wie dargestellt eingestecken. Die Jumper unter Treibern können bei TMC2100 stecken bleiben, und müssen im Falle der Verwendung von TMC2208.

MKS Gen mit TMC2100 im 1/16 interpolate to 1/256 mode

Aufgrund der geringen Größe des Tantillus und der 19/24V Spannungsversorgung findet der 8-Bit Klassiker RAMPS keine Verwendung. Der modulare Aufbau hat zwar einige Vorteile, insbesondere im Reparaturfall, jedoch ist die Gesamtkonstruktion mittlerweile doch recht angestaubt.
Die Suche nach einem passendem Board war mit dem MKS gen v1.4 erfolgreich. Es erfüllt alle gesetzten Anforderungen, geringe Bauhöhe, 24V tauglich, austauschbare Treiber, …
Des weiteren ist die Konnektivität besser als beim RAMPS, die verpolungssicheren JST-XHP Stecker sind, neben dem geringen Gesamtpreis, ebenfalls ein nettes Feature.

Wo Licht ist, ist auch Schatten. MKS steht stark in der Kritik. Um es anzupreisen verwendet Makerbase alle Werbeargumente wie die angebliche GPL Lizenz, angebliche Kompatiblität mit RAMPS, ….
Allerdings sind das Board-Layout und ein Schaltplan bis heute nicht offiziell veröffentlicht.
Es wurde also das Wissen der RepRap-Szene verwendet, ihr jedoch nichts zurückgegeben.
Ein Schaltplan, etc. ist jedoch hier im Github zu finden.

Der Anschluss aller Komponenten gestaltet sich einfach, hierzu einfach an das folgende Anschlussschema halten.

Bitte beachten: Die Chinesen haben es nicht allzu genau bei der Beschriftung genommen. Wird das Board mit 19/24V versorgt liegen an „12V out“ auch 19/24V an!

Als Display kommt der klassische RRD SmartController mit 2004 LCD zum Einsatz. Aufgrund des Preises, der Baugröße und der Position des SD-Karten Einschubs eignet sich das Display hervorragend für den Tantillus.

Bei einem unserer Testaufbauten funktionierte ein LCD aufgrund eines verdrehten Kabels nicht, scheinbar sind verschiedene Anschlusskabel im Umlauf. Es ist darauf zu achten das die Flachbandkabel, rote Adern beachten, exakt wie auf dem Bild angeschlossen werden.

Montagehinweise:

 

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Elektronik – Kühlung

Um das Board und die Treiber zu kühlen kommt ein 80x80x25 mm Lüfter zum Einsatz. Die große Baugröße ermöglicht es kostengünstige, relativ langsam und geräuscharm laufende Lüfter zu verwenden.
Des weiteren deckt der Lüfter alle zu kühlenden Stellen vernünftig ab. Um dennoch vernünftig am Board arbeiten zu können haben wir uns ein besonderes Feature ausgedacht.

Der Lüfter wird mittels 2 Magneten am Gehäuse befestigt. So hält er im Betrieb sicher, lässt sich aber dennoch werkzeuglos und schnell entfernen.

Montagehinweise:

– Magnete in dafür vorgesehen Löcher einpressen
– beim Gegenstück auf die entsprechende Polung der Magnete achten
– Halter am Gehäuse sowie am Lüfter anschrauben
– 2 poligen JST Stecker an die Zuleitung des Steckers crimpen

Wird ein 12V Lüfter verwendet, muss der +pol des Lüfters an den StepDown Regler angeschlossen werden. Der -pol muss an XXX angeschlossen werden.
Wird ein 24V Lüfter verwendet kann dieser direkt an die Stiftleiste JI7 neben dem Reset Taster angeschlossen werden.

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• Chapter 0 – Introduction
• Chapter 1 – Housing
• Chapter 2 – Z axis
• Chapter 3 – XY axis system
• Chapter 4 – Heated Bed
• Chapter 5 – Cooling
• Chapter 6 – Extruder
• Chapter 7 – Hotend
• Chapter 8 – Electronics
• Chapter 9 – Spool roller
• Chapter 10 – Silicone parts
• Chapter 11 – Option: Belt drive cover
• Chapter 12 – Option: Rasberry Pi Zero
• Chapter 13 – Option: UPS for the pi
• Chapter 14 – BOM / Downloads
• Chapter 15 – FAQ
• Chapter 16 – Samples
• Chapter 17 – Concluding remarks