XY Antrieb durch Gewindestangen - Motorfrage

Hey,

ich spiele mit dem Gedanken eine Variante des RepRap auf Basis von Gewindestangen zu bauen. Sprich ich will alle drei Achsen über Gewindestangen positionieren. Das Heatbed soll die Z-Bewegung und der Druckkopf die XY-Richtung abdecken.
Alle Bewegungen möchte mit Rollen auf Aluprofil lagern.

Also nach diesem Prinzip:



Die Bewegung will ich dann über M14 Gewindestangen mit 2 mm Steigung realisieren. Um einen 10 µm Schritt entlang der Achsen zu machen müsste man die Achsrotation in 200 Steps teilen. Das wäre mit Steppern ja machbar allerdings benötigt man um mit 100 mm/s zu Drucken etwa 3000 rpm... Hier haben wir das Problem. Nun habe ich mehrere Ideen zur Lösung, was haltet ihr davon?

1. Versuchen einen Stepper mit 200 Stepps mit 3000 rpm zu betreiben ... bei kleinen Steppern werden hier massig Steps verloren gehen -> Durchgefallen

2. Einen hochdrehenden BLDC Motor im Stepbetrieb nutzen und diesen so stark untersetzen, dass er die 200 Steps auf der Welle schaft. Angenmen ein Umdrehung lässt sich maximal in 6 schritten auflösen dann bräuchte ich eine 3:100 Untersetzung.. Der Motor müsste dann aber mir 99000 rpm drehen ... -> Durchgefallen.

3. Meine bis jetzt beste Alternative allerdings mit weitreichenden Konsequenzen. State of the Art ist es ja DC Motoren mit Steuerkreis zu verwenden. Dabei besitzt der Motor einen Drehwinkelsensor mit bspw. 2000 Einheiten pro Umdrehung. Hier wären sowohl die 1/200 Drehung der Welle als auch die 3000 rpm gar kein Problem. Allerdings sind diese Motoren teuer (ca. 150 €) und die bis jetzt verwendete Elektronik stößt an ihre Grenze... Man müsste die Drehdaten wieder an den Arduino schicken und eine anders arbeitende Firmeware nutzen, die nicht nur ein Drehfeld erzeugt, sondern dieses anhand des Sensorsignals triggern. -> Die wohl eleganteste Lösung aber hier kenne ich mich momentan noch gar nicht aus. Vorallem weiß ich nicht, ob der Arduino MEGA das überhaupt leisten könnte.

Alternativ viele mir noch ein das Drehfeldsignal vom RAMPS Shield abzugreifen eine Auswerteeinheit zwischenzuschalten, die dann das neue Drehfeld für die DC motoren ausgiebt und auswertet wie viele Steps RAMPS vom Motor " will" das in Inkremente "übersetzt" und so wieder den DC steuert ... Verständlich? xD Das hätte den Vorteil: never change a running system. Die Elektronik und Firmware könnte von bestehenden Systemen übernommen werden. allerdings wird dann eine Motorsteuerung und andere motoren nachgesetzt.

Oder geht das auch einfacher??? Jemand eine Idee? Brauche ich den Feedbackkreis wirklich? Dazu im Elektronik Forum

4. Gibt es noch weitere Alternativen?

Riemen sind für mich keine saubere Lösung um mit hoher Genauigkeit zu arbeiten.


So nun her mit eurer Kritik =)

Gruß Max

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 19.06.14 09:58.

Hi

Es gibt doch auch Steilgewindetriebe für diesen Zweck.. die machen dann 10 und mehr mm pro Umdrehung. Ne Gewindestange wäre eh letzte Wahl. Zumindest Trapezspindeln sollte man schon nehmen, die sind bei M14 auch mit Steigungen von 4mm und mehr zu haben.

Grüße,
Martin

4.
Trapezgewinde, eventuell 2 gängig damit hast du pro Umdrehung den doppelten Hub
Zahnstangenantrieb
Steilgewinde Spindel

Die Positionierung über Riemen reicht beim Drucken allemal, Die Kräfte sind gering und den Fehler den du bekommen kannst liegt dann eher an falsch gespannten Riemen oder Achsen die zu schwer gängig sind und natürlich an der Kalibrierung des Druckers/Filament.
Trotzdem versuch macht Klug, eine Steife Positionierung ist immer besser wenn auch beim Drucken nicht unbedingt notwendig.

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Riemen sind für mich keine saubere Lösung um mit hoher Genauigkeit zu arbeiten.

Aber mit Delring rollen auf Alu Profile fahren die mehr Abweichungen haben als die alte Bewährte Stangenführung?

Hey, danke für die Antworten.

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Reaching
Es gibt doch auch Steilgewindetriebe für diesen Zweck.. die machen dann 10 und mehr mm pro Umdrehung. Ne Gewindestange wäre eh letzte Wahl. Zumindest Trapezspindeln sollte man schon nehmen, die sind bei M14 auch mit Steigungen von 4mm und mehr zu haben.

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Hux Flux
4.
Trapezgewinde, eventuell 2 gängig damit hast du pro Umdrehung den doppelten Hub
Zahnstangenantrieb
Steilgewinde Spindel

Natürlich das habe ich in meinem Beitrag unterschlagen. Auf die Gewindestangen kam ich weil man beim Stepper normal 200 Steps hat und so kann man mit M14 und 2mm Steigung auf 10 µm kommen. :-)
Bei Steilgewinde brauche ich allerdings nun wieder mehr Steps pro Umdrehung, um auf die angestrebte Genauigkeit zu kommen. Was wiederum mit DC Motoren mit Feedback kein Problem wäre.

Unabhängig vom später eingesetzten Gewinde geht es mir mehr um die Möglichkeiten für den Antrieb. Das Gewinde oder die Spindeln müssen dann später dazu passen, das ist klar.

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Hux Flux
Die Positionierung über Riemen reicht beim Drucken allemal, Die Kräfte sind gering und den Fehler den du bekommen kannst liegt dann eher an falsch gespannten Riemen oder Achsen die zu schwer gängig sind und natürlich an der Kalibrierung des Druckers/Filament.
Trotzdem versuch macht Klug, eine Steife Positionierung ist immer besser wenn auch beim Drucken nicht unbedingt notwendig.

Gut dann kommt es schließlich darauf an was man drucken möchte. ;-) In meinem Fall möchte ich den Drucker zum einen bauen, weil ich da Bock drauf habe zum anderen schwebt mir eine Anwendung vor bei der ich unter anderem kleine Gewinde drucken möchte. Meine Erfahrungen mit bspw. dem MakerBot (5th Gen) zeigen mir, das hier die Probleme anfangen druckt man mit 100 µm. Und am Ende soll dann doch ein RepRap raus kommen für den man eben keine 3000$ hinlegen muss.

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Hux Flux
Aber mit Delring rollen auf Alu Profile fahren die mehr Abweichungen haben als die alte Bewährte Stangenführung?

Natürlich, das war nur ein Beispiel. Ich glaube auch, dass Stangen mit guten linear Lagern ausreichend Genauigkeit bringen.


Versteht mich nicht falsch, ich sehe das hier eher als Brainstorming. Ich wollte einfach mal rumspinnen und schauen wie der Rest das so sieht. Daher bin ich auch sehr dankbar für eine Einwände.

Momentan spielt für mich die Auslegung der Lagerung/Führung noch eine untergeordnete Rolle. Wie schätzt ihr allerdings die Möglichkeit ein, den Drucker mit DC - Motoren im Feedback zu betreiben ohne große Änderungen an bekannten Systemen durchzuführen?
Meine Erfahrung erstreckt sich zur Zeit auf einen MakerBot Replicator 5th Gen und einen gerade im Aufbau befindlichen Prusa i3.

Na wo ist da das Problem?

Frag bei nem Shop für CNC Technik nach nem guten AC-Servo System und kauf das. Der Servotreiber bekommt auch nur Takt/Richtung, die interne Logik macht den Rest.
Bin schon gespannt auf deine Reaktion.

[www.ebay.de]

Oder so ein System.

[www.sorotec.de]

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Sven

3-mal bearbeitet. Zuletzt am 19.06.14 11:03.

Hi

Was bringen dir 10µm Genauigkeit pro Step wenn du bei M14 Gewindestangen die zum befestigen gedacht sind, mal locker 2-300µm Backlash nur durch die olle Mutter haben wirst... Damit hat man ja selbst bei Trapezgewinde zu kämpfen.

Nimm für höchstmögliche Genauigkeit ne Kugelumlaufspindel, die hat so gut wie kein Spiel bzw ist einstellbar je nach dem Kleingeld was du ausgeben kanns t^^

Hallo,

warum eine absolut ungenaue Gewindestange nehmen? Da ist doch die Auflösung die du erreichen willst schon mit der rauhigkeit usw. wieder weg genommen.
Ich würde eher eine Tr10x2 Trapezgwindestange nehmen, ist weniger Masse die bewegt werden muss. Dann würde ich auch noch statt eines 1,8° mit 200 Schritten einen 0,9° Schrittmotor mit 400 Schritten nehmen.
Wenn das immer noch nicht reicht dann muss ein Getriebe an dem Schrittmotor ran. So kommt man locker in die 0,00001mm Theoretischer Auflösung. Das die heutigen Extruder mit ihren Tolleranzen dies zunichte machen, das weißt du ja.
Das Umkehrspiel wird einfach mit einer festen und einer Einstellbaren Mutter eleminiert.

PS: ich habe hier eine Satelliten Rollenspindel mit 3µm Genauigkeit rum zu liegen. Kostet aber mehr als dein kompletter Drucker.

mfg,
Rickenharp

Okay okay ^^

Also die Gewindestange war ja nur so in den Raumgeworfen, mir ist klar, dass für hohe Genauigkeit bestenfalls eine Kugelspindel her muss.

Meine eigentliche Frage zielte allerdings darauf ab, ob man die Riemen ersetzen kann. Da ich dachte, für schnelles genaues Drucken könnte die an ihre Grenzen kommen.

Ja die 400 Schritte sind an sich eine gute Sache, aber dann wäre wieder das Problem, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit bei Steppern sehr limitiert ist und man dann auch mit Übersetzung entweder eine gute Auflösung oder eine gute Geschwindigkeit hinbekommt. Daher die Idee mit den DC Motoren im Feedback Modus. Alleredings habe ich nun nebenher ein wenig rumgesucht und finde kaum gute Motoren mit integrierter Elektronik für unter 150 €.

Es scheint also so zu sein, als das man die Riemen nicht ersetzen kann ohne deutlich höhere Kosten, oder?

PS. Auf die Rollenspindel muss ich wohl verzichten, am Ende soll ein Drucker für privat Anwendung rauskommen und nicht für die Industrie. Meine Uni überlegt gerade für eine deutlich größere Summe einen Industriedrucker an zu schaffen, den werde ich mir dann mal unter die Lupe nehmen, allerdings denke ich da kann man nicht viel abschauen, da dort Geld nur eine untergeordnete Rolle spielt.

Klar kann man die Riemen ersetzten sogar ziemlich günstig, ob auch besser?
KLICK
kLICK

Ja genau das ist praktisch die Frage die ich mir Stelle, sprich obs dann auch besser wird. Die Gewinde/Spindeln waren für mich irgendwie am nahe liegensten.

Ich hab mal Metalloberflächen am STM (Rastertunnelmikroskop) untersucht und da wird der Messkopf im nm/pm Bereich bewegt mit Piezos, allerdings werden die "großen" Bewegungen mit Spindeln gefahren. Daher dachte ich wenn man das Hochskaliert kann man vllt auch gute Genauigkeiten bei der Bewegung des Druckkopfes erreichen. Von Maschinenkonstruktion hab ich allerdings nicht wirklich Ahnung daher frag ich mich nun, ob das Umsetzbar ist. ;-)

Ich lese hier raus die Meinung scheint zu sein, wenn man preiswert bleiben will lieber beim Riemen bleiben. Liebere Motoren mit höherer Auflösung benutzen? Ist hier das Potential zum fine tuning am größten?

Hi

Naja, viel günstiger als mit Riemen gehts einfach nicht.. Man nehme nen Nema 17 motor für 15€, packe da nen Pulley für 5€ dran, nen Riemen für 5€ und auf der Gegenseite ein olles Kugellager für 1€ und schon bewegt man damit alles erdenkliche. Und man bekommt damit schon eine theoretische Schrittgenauigkeit bei nem 1,8° Stepper von 0,28mm bei nem 18mm D GT2 Pulley im Vollschrittbetrieb wohlgemerkt . 1/16tel geben dann 0,0176mm Schrittgenauigkeit per Microstep.

Also, wenns nicht wirklich für Mikroskopaufnahmen oder so sein soll und keine allzu große Last dranhängt, sind Riemen eben erste Wahl. will man hingegen größere Lasten bewegen oder viel Kraft aufbauen und trotzdem kleine Motoren verwenden, sind Trapezgewindespindeln erste Wahl, zb bei kleineren Fräsen etc.. Darunter leidet natürlich die Geschwindigkeit. Mit meiner kleinen Portalfräse komme ich auf wahnsinnige 350mm/min Verfahrgeschwindigkeit mit ner TR8 1,5, ja pro Minute!!.. Bis 400mm würds knapp gehen aber dann stoßen eben die Stepper Motoren bzw wohl eher die Treiber (A4988) an ihre Grenzen.

Bei den Rastertunnelmikroskopen werden die kleinsten Bewegungen übrigens mit Piezoelektrischen Linearmotoren verfahren. Die arbeiten ähnlich wie die Ultraschallmotoren in modernen Kameraobjektiven. Die verfahren extrem schnell und extrem präzise, aber für Drucker usw keine Option, da viel zu aufwändig und viel zu teuer.

Grüße,
Martin

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MeeexC
Ich hab mal Metalloberflächen am STM (Rastertunnelmikroskop) untersucht und da wird der Messkopf im nm/pm Bereich bewegt mit Piezos, allerdings werden die "großen" Bewegungen mit Spindeln gefahren. Daher dachte ich wenn man das Hochskaliert kann man vllt auch gute Genauigkeiten bei der Bewegung des Druckkopfes erreichen. Von Maschinenkonstruktion hab ich allerdings nicht wirklich Ahnung daher frag ich mich nun, ob das Umsetzbar ist. ;-)

Rastertunnelmikroskop, Piezoantrieb, 14mm Gewindestange
Oje, oje...wie passt das blos alles zusammen..
Have a drink, have a Kitcat

Ich bin nicht der Meinung, das eine Trapezspindel einer Gewindestange grundsätzlich überlegen ist, wie viele meinen.
Hier muss keine Masse bewegt werden, hier gibt es keine großartigen Kräfte.

Quote
MeeexC
Das Heatbed soll die Z-Bewegung und der Druckkopf die XY-Richtung abdecken.

Was soll das heißen?
Kein Y-Geschaukel und statt dessen absenkbare Druckplattform a la Ultikaker?
Prinzipiell schon mal gut, weniger bewegte Masse, präziser.

Quote
MeeexC
Meine eigentliche Frage zielte allerdings darauf ab, ob man die Riemen ersetzen kann. Da ich dachte, für schnelles genaues Drucken könnte die an ihre Grenzen kommen.

Und genau dort spielen sie ihre Stärken aus, geringe bewegte Masse, Stichwort Beschleunigung.
Die Grenzen setzt der Schrittmotor.
Natürlich darfst Du 60V und notfalls auch Nema23 einsetzen, die Plastiksuppe drückt sich leider nicht schneller raus.
Der Extruder ist die zweite Grenze.

Zur Vermeidung typischer Z-Achsen-System bedingter Artefakte kannst Du präzise Linearlager + Kugelgewindespindeln einsetzen, da werden aber zusätzliche Sicherungsmaßnahmen notwendig: Stromausfall im falschen Moment - Plumps.

Mit POM-Rollen und Aluprofilen habe ich keine Erfahrung, es gibt da die Shapoko-Gemeinde, grundsätzlich falsch kann es nicht sein.
Gut gedreht und eingestellt wirst Du wohl die Haltbarkeit von IGUS Lagern nicht erreichen, präziser als einfache Gleitlager sollte aber machbar sein.

Quote
MeeexC
1. Versuchen einen Stepper mit 200 Stepps mit 3000 rpm zu betreiben ... bei kleinen Steppern werden hier massig Steps verloren gehen

Es gibt keinen Grund, warum da Schritte verloren gehen sollten. Schrittverluste sind fast immer ein Software-Problem. Wäre es ein elektrisches oder mechanisches Problem, würde der Motor einfach komplett stehen bleiben.

Um 3000 U/min mit den gängigen Schrittmotoren zu erreichen bräuchte man so etwa 72 Volt Betriebsspannung. Die üblichen Pololus können das nicht.

Spindeln haben auch eine Grenzdrehzahl. Wenn sich etwas dreht, entsteht bekanntlich Fliehkraft und ist diese Fliehkraft grösser als die Kraft, die die Spindel durch ihre Steifigkeit zurück stellen kann, biegt sich die Spindel zu einem Bogen. Hat sie sich erst mal gebogen, werden die Fliehkräfte erst recht gross und die Spindel verbiegt sich noch weiter. Mit anderen Worten: das Ding fliegt Dir plötzlich um die Ohren. Das kann man mit einer in eine Handbohrmaschine eingespannten Stange leicht demonstrieren.

Je länger die Spindel, desto geringer die Grenzdrehzahl. Die Art der Lagerung spielt da auch noch eine Rolle.

Davon abgesehen muss man unheimlich viel Energie in eine so schwere Spindel stecken, um sie auf Drehzahl zu bringen. Die mögliche Beschleunigung ist also auch ohne Schlitten schon ziemlich gering. Das ist ein wesentlicher Grund, warum dünne Spindeln mit hoher Steigung besser sind, z.B. Tr10x3, Tr12x6 (zweigängig) oder gar Steilgewinde.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 21.06.14 07:51.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

[openbuilds.com]

da gibt es auch keinen riemen
nur als anregung.

habe eben einen im aufbau, bisher alles super.
nur gibt es TL nicht mehr, aber igus hat die auch und andere anbieter ebenso

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Commercium ----> Ramps, RADDS, e3d-Hotends und Filament kauft man hier.. und neu auch Schrauben,Muttern und Unterlegscheiben
Probleme mit dem e3d und bei mir gekauft? Schickt es ein, ich teste es für euch ob es wirklich defekt ist
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