P3steel toolson edition MK2

Vorwort:
Ich hätte niemals mit dem durchschlagenden Erfolg des ersten P3steel toolson edition (kurz: P3sTE MK1) gerechnet.
Nach der Veröffentlichung des Design, Features, BOM, usw. hätte ich ich mich schon über 3 Nachbauten gefreut. … naja, weit dran vorbei, sehr weit …
Das ursprünglich Ziel, dem i3 mein persönliches Denkmal zu setzen, ist wohl mehr als erfüllt worden. Die Annahme, dass die meisten Teile-Kits wenig bis scheinbar gar nicht durchdacht sind, ist somit bestätigt.
Am meisten freut mich, dass ein unter „nicht-kommerziell-Klausel“ veröffentlichter Drucker die überteuerten, konkurrienden Drucker so sehr in die Schranken weist. Den Abzockern mal in die Suppe gespuckt…

Dabei bleibt es auch:
„P3steel Toolson Edition MK2“ by toolson is licensed under the Creative Commons – Attribution – Non-Commercial license.

Worum geht es überhaupt?
Zwischenzeitlich kommt man immer mal wieder auf neue Ideen, findet tolle Inspirationen und baut doch wieder was um.
Der Gedanke „der P3sTE MK1 ist mein letzter i3 und ich werde ihn nicht verändern“ wurde zunehmend hinfälliger.

Da die gesammelten Änderungen und Verbesserungen im Detail doch sehr zahlreich sind gibt es eine neue Versionsnummer.

Da ist er nun der P3steel toolson edition MK2
(diesmal wirklich mein letzter nach i3 Konzept)

Eine grobe Zusammenfassung der Neuerungen:
Lagerung der Achsen:
Das wohl am meisten problematische Thema ist die Lagerung der bewegten Achsen.
Kugelumlaufbuchsen, auch besser bekannt als LMxUU, sind meist von schlechter Qualität, laut und nervig. Nach meinen neuesten Erkenntnissen für Drucker eigentlich gar nicht geeignet.
Kunststoffgleitlager, insbesondere die eines sehr bekannten großen Kölner Herstellers, sind meist äusserst problematisch in der Handhabung und sehr kostspielig. Man könnte auch sagen: das Geld nicht wert.
Angeregt durch den DuoCube von B.Marl entschloss ich mich mit Sinterbronzegleitlagern zu befassen. Nach einigen Prototypen war die Entscheidung gefallen. Sinterbronzegleitlager haben sehr viel Potenzial und werden definitv zum Einsatz kommen. Die Lager sind leise, präzise, reibungsarm und sehr günstig. Das Druckbild ist fantastisch.

Teiledesign:
Viele Teile des ersten P3sTE waren doch etwas klobig gestaltet. Grundlegend kein Problem, nur halt teilweise nicht besonders schick.
Materialverbrauch und Druckzeit der Teile war somit auch nicht optimal.
Die Teile des MK2 sind fast alle nochmals überarbeitet worden. Etwas mehr Eleganz und Ökonomie.

Effektor:
Der ursprünglich für meinen Delta entwickelte V3 fanduct fand sehr großen Anklang und funktioniert sehr sehr gut. Meinen Dank an euch für die tolle Resonanz.
Der V3 fanduct findet nun an einem völlig neu gestaltetem Halter Platz.
Die Entnahme des Hotends ist nochmals vereinfacht.
Allerdings habe ich vorläufig die praktische Hotendbeleuchtung erstmal weggelassen.

Bettlagerung:
Die zwischenzeitlich entwickelten Silikondämpfer für die Heizbettlagerung sind nun fester Bestandteil des Druckerkonzepts. Die Dämpfer sind äusserst niedrig gestaltet, dies reduziert Artefakte im Druckbild durch ein eventuell schwingendes Druckbett.
Die X-Ends (X/Z Verbinder)  sind leicht umgestaltet und ermöglichen die Verwendung der flachen Dämpfer selbst mit einem sehr dünnen Druckbett.

Anti-Wobbel-Kupplung:
Scheinbar ist Z-Wobbel doch ein größeres Thema als von mir angenommen.
Die bei der ersten Version eingeführte eingehängte (Lagerung/Lastaufnahme von oben) X-Achse verbesserte das Druckbild schon erheblich. Einige hatten dennoch Probleme mit krummen Gewindestangen und schlechten Kupplungen.
Durch die nun in X-Ends integrierten Anti-Wobble-Kupplungen gehört das Thema nun der Vergangenheit an. Eventuelle Bewegungen der Z-Gewindestangen in X und Y sind nun völlig entkoppelt von der Z-Führung.

Im groben war es das an Neuerungen. Klingt erstmal nach nicht viel, war aber doch ein gutes Stück Arbeit.

Kompatibilität
Das Bohrbild am X-Carriage weist weiterhin die Maße des rework-carriages auf. Somit ist weiterhin eine gigantische Vielzahl an verfügbaren direct/geared/bowden extruder Setups möglich. Meine V1 und V2 Effektoren sind weiterhin verwendbar.
Das X-Carriage für die Sinterbronzegleitlager ist weiterhin zu den alten X-Ends kompatibel.
Die Y-Achse lässt des P3sTE MK1 lässt sich auch problemlos auf die neue Lagerung umbauen, hierzu ist allerdings auch ein Upgrade des Riemenspanner sowie des Endstophalter erforderlich.

Die Teile sind für den von mir favorisierten v2.01 Rahmen erstellt. Somit auch kompatibel zur Rahmenversion v2.5. Die meisten Funktionsteile passen auch ohne Änderungen an meinen v1 Rahmen.
In den letzten Monaten kamen dutzende verschlimmbesserte (ausgeschnittene Z-Tops, …) Rahmen raus. Grundsätzlich kann ich nur empfehlen die Finger von diesen Rahmen zu lassen.

Was es weiterhin nicht geben wird:
ABL = Auto-Bed-Leveling.
Ein sich ständig in Z-bewegendes Druckbett hat einem Prusa i3 nichts aber auch wirklich gar nichts verloren.
Ein vernünftig auf Silikondämpfern gelagertes und von Hand justiertes Druckbett bleibt monatelang maßhaltig. Es gibt absolut keinen Grund einen Sensor auf dem X-Carriage mitzuschleppen und die Z-Achsen nonstop arbeiten zu lassen.
Ein von Hand geleveltes Druckbett ist m.E in Punkto Druckgenauigkeit nicht zu schlagen.

Unnötiger „Klapperkram“:
wie z.B. Kabelketten etc. wirken sich nur negativ auf das Druckbild und Geräuschkulisse aus und haben somit an einem Drucker, der für sehr gute und zügige Drucke gemacht ist, nichts verloren.

Trapezgewindespindeln:
Völlig overdosed für einen Prusa und treibt nur unnötig den Preis in die Höhe.

detailierte Anleitung:
wird es auch nie geben.

Impressionen:
Hier dann mal ein paar schicke Bilder:

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Der neue V3 Druckkopf.

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Hier ist auch der MPX-Stecker zu sehen. Dieser ermöglicht den unkomplizierten Wechsel des Hotends.

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Stepdownregler für die 5V Radiallüfter. (einfach mit einem Klebepad montiert)

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Z Achse mit integrierter Anti-Wobble-Kupplung:

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Sinterbronzelager für X-Achse:

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Sinterbronzelager für die Y-Achse:

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Silikondämpfer für das Druckbett:

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Extruder nun mit verlängerten Andruckarmen:

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Bewährte Endstopkombination:

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Videos:

Funktionsweise der Anti-Wobble-Kupplung:

erster Testlauf:

stl’s / Druckteile:
Gibt es hier als .zip zum runterladen.

Firmware:
kommt noch, vorläufig funktioniert erstmal die vom MK1.

BOM / Schraubenliste:
– BOM ist hier zu finden
– Schraubenliste, sorry, noch nicht fertig, kommt

Nachsatz/Variationsmöglichkeiten:

Elektronik/Board:
Die gezeigte  Elektronik (RAMPS/MEGA/TMC) ist kein Muss.  (Die TMC möchte ich persönlich aber nicht missen).
Es gibt viel schöne Alternativen und laufend kommen neue Varianten raus.
Hier mal ein paar schöne Ausweichmöglichkeiten: Gen7 (32-bit, Teacup), MKS SBase (32-bit, Smothieware), AZSMZ (Smoothieware), …

Treiber:
Es können natürlich die kostengünstigen Klassiker A4988 oder DRV 8825 zum Einsatz kommen, die Wahl ist aber aufgrund der Geräuschkulisse nicht sinnvoll.
Meines Erachtens nach sind die TMC2100 Treiber das Optimum (sehr leise, aber anspruchsvoll in Punkto Kühlung), insbesondere für 8-bit Boards.
32bit Boards ermöglichen die Verwendung von höherauflösenden 1/128 Treibern wie z.B. die RAPS128

LCD/Display:
Displayvarianten stehen auch genügend zur Verfügung und sind teils auch abhängig vom verwendeten Board. Für das 4-zeilige 2004 LCD sowie das 12864 LCD (beides RAMPS kompatibel) stehen bereits Gehäusevarianten zur Verfügung.
Gehäuse 2004er LCD: http://www.thingiverse.com/thing:1012626
Gehäuse 12864 LCD: http://www.thingiverse.com/thing:1309498

PSU/Netzteil:
Als Netzteil kann auch ein ATX-Netzteil verwendet werden. Manche Boards (z.B. Gen7) unterstützen dies direkt.

Heizbett/Druckauflagen:
… sind in hunderten verschiedenen  Kombinationsmöglichkeiten vorhanden. Zuviele um sie aufzuzählen. Eine leichte, kostengünstige aber nicht sehr heizstarke Variante ist das MK3 Heizbett aus 3mm Aluminium. Solidere Heizbetten aus z.B gefräster 5mm Alumiumgußplatte inkl. Silikonheizmatte sind deutlich schwerer können aber mehr Heizleistung aufweisen.
Druckauflagen sind mittlerweile äusserst zahlreich vorhanden: Holzleim, 3Dlac, Buildtak, FR4, Pertinax, Carbon, PEI, Bluetape, Kapton, ….

Druckkopf/Hotend/Extruder:
Beide Druckköpfe (V2 bzw. V3) sind für ein E3Dv6 Bowden-Hotend bzw. dessen kompatiblen Chinaclone gestaltet.
Auf Thingiverse finden sich jedoch reichlich andere Adapter die kompatibel mit dem X-Carriage sind. Ob Merlin Hotend, directextruder, dualextruder ….. alles ist möglich.

So, dann viel Spaß beim nachbauen.

Damit es einfacher wird, hier ein paar Montagehinweise:

Teilevorbereitung / Montagehinweise:
Drucker kalibrieren (super wichtig) und die Teile ausdrucken.
Anschließend die frisch gedruckten Teile versäubern bzw. evtl. Brim entfernen.

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Es müssen einige M3 Gewinde an der Halterungen für die Sinterlager (X und Y Achse) geschnitten werden. Am besten die Löcher mit einem 2,3mm Bohrer vorbohren.

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Nachdem die Kernlöcher nun kalibriert sind kommt der M3 Gewindebohrer (Sacklochgewindebohrer = Spiralnut) zum Einsatz. Ein Tröpfchen Öl am Gewindeschneider wirkt wahre Wunder. Mit Ruhe vorgehen, die Wandungsstärke in Richtung Lagersitz ist sehr dünnwandig.

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An einem Teil des Bowden Extruders muss noch ein M5 Gewinde rein.

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Der Extruderblock muss auch noch bearbeitet werden. M5 Gewinde für die Pushfits. Den Kanal für das Filament mit einem 2,0 mm Boherer nachkalibrieren. Das Loch für das Scharnier mit einem 3,0 mm Bohrer aufbohren.

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An den Lagersitzen für die obere Z-Lagerung muss der Support rausgebrochen werden. Mit einem 3,0 mm Bohrer die Bohrung für die Schraube durchstoßen.

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Die Bohrung der Anti-Wobble-Kupplung muss ebenfalls durchstoßen werden. Hier mit einem 6,0 mm Bohrer.

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Die X-Ends müssen, je nach Maßhaltigkeit des Druckers, auch noch überarbeitet werden. Ich verwende gerne eine 8mm Reibahle um die Bohrungen für die Führungsstangen zu kalibrieren. Damit die Führungsstangen nachher wirklich passgenau und parallel sitzen ist das ganze am besten in einer „Aufspannung“ zu machen. Um den exakten Bezug herzustellen, am besten die Teile schon mit einer Welle bzw. einem Bohrerschaft, etc verbinden.
Wer keine Reibahle hat kann auch einen qualitativ hochwertigen Bohrer nehmen.
Das ist einer wichtigsten Bearbeitungschritte, laufen die Wellen nachher nicht parallel funktioniert die Gleitlagerung nicht zufriedenstellend. Die Wellen sollten sich anschließend mit lockerer Handkraft in die Kunststoffteile einschieben lassen.

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Auch die Luftführungen möchten noch bearbeitet werden. Die Bohrungen für die Radiallüfter sind im Druckteil markiert. Je nach verwendeter Schraube muss aufgebohrt werden. Eine 2mm Bohrung bietet sich Blechschrauben nach DIN7981 2,2×4,5 an. Für den 30mm Axiallüfter sind M3 Gewinde (Kernlochbohrung nicht vergessen) vorgesehen.

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Die Klammer für die GrooveMount Befestigung muss auf Maß gebracht werden. Das Druckteil ist 6,2 mm dick. Der Groovemount sollte 6mm breit sein, aufgrund von Fertigungstoleranzen ist dieses Maß aber wenig verlässlich. Am besten die Klammer in kreisförmigen Bewegungen über ein Stück Schleifpapier reiben bis das Maß so ist, dass die Klammer stramm im GrooveMount sitzt. Diese Verbindung darf keinesfalls wackeln.

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Je nach Qualität der gedruckten Teile ist es evtl. notwendig alle weiteren Teile zu überprüfen. Sollte die Teile nicht maßhaltig gedruckt sein, bitte nachbohren. Wenn Teile platzen weil die Schrauben klemmen ist das immer sehr ärgerlich.

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Wichtiger Hinweis:
Die Linsenkopfschrauben, die das Sinterbronzelager in Position halten, müssen zur Montage einmal ganz reingedreht und danach wieder ein 1/4 Umdrehung gelöst werden.
Die Schraube soll das Lager nur in Position halten, nicht fixieren!

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Hinweis zum Anschluss des evtl. benötigten Stepdown Reglers
1. Die + und – Inputs des Stepdownreglers mit dem + und – Pol des Netzteils verbinden (+ auf + ; – auf -)
2. Netzteileil einschalten. Spannungsmeßgerät am Stepdownregler Output anschließen. Am Trimmpoti des Stepdowns die Ausgangsspannung auf 5,0 V (besser 4,9V) einstellen.
3. + pol des Stepdown Outputs mit den + Polen der 5V Lüfter verbinden.
4. Die – Pole der Lüfter mit dem entsprechenden – Pol des Boards verbinden (üblicherweise beim RAMPS D9-)

… so lassen sich die Lüfter per PWM regeln.
Wird der Stepdown einfach nur zwischen RAMPS und Lüfter geklemmt funktioniert die PWM Regelung nicht!

Credits:
P3Steel – frame by irobri is licensed under the Creative Commons – Attribution – Non-Commercial license.

Compact Bowden extruder by scarou is licensed under the Creative Commons – Attribution – Share Alike license.

SmartLCD-Case by schlotzz is licensed under the Creative Commons – Attribution – Share Alike license.