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Mein Winterprojekt: MOAP Remastered

geschrieben von Legion 2.3 
Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
13. November 2020 16:55
Hallo, liebe Freunde des kunststoffauftragenden Sports.

Ich habe mich schon eine Weile nicht mehr hier gemeldet, weil ich offen gestanden auch nicht viel zu berichten hatte und ich häufig gut mit anderweitiger Arbeit versorgt bin.
Mein letztes richtiges Projekt, der Bau des 3d-Druckers Perseus, ist erschreckenderweise schon über 3 Jahre her. Deswegen ist es mal wieder Zeit, meinen Maschinenpark aufzurüsten.

Wie man am Titel vielleicht schon erkennen kann, geht es dieses Mal nicht um eine komplett neue Maschine, sondern um einen umfassenden Umbau eines bestehenden Druckers:
Im Jahre 2014 habe ich mit dem MOAP meinen ersten Eigenbau realisiert.

Dieser hat mit stolzen 18.848 Betriebsstunden und 111.183,1m verdruckten Filament seinen Dienst bisher gut verrichtet.



Doch der Zahn der Zeit nagt an der Mechanik und vor allem der elektrische Aufbau ist nicht mehr Zeitgemäß und alles andere als professionell realisiert.



Mit dem Druckbild bin ich auch nicht mehr ganz so zufrieden, vor Allem im direkten Vergleich mit meinen beiden neueren Maschinen. Die Mechanik ist insgesamt zu weich und die Laufruhe der Kugelbuchsen ist auch verbesserungswürdig.

Deswegen habe ich mir jetzt vorgenommen, nachdem ich es ehrlich gesagt lange vor mir hergeschoben hatte, meinen Drucker umfassend neu aufzubauen und an entscheidenden Stellen zu verbessern. Dem mechanischen Grundprinzip der sich kreuzenden Profilschienenführungen werde ich aber treu bleiben. Ich möchte nicht wieder über 10.000€ ausgeben, die mich der Perseus mit seinem hochgenauen Spindelantrieb gekostet hat.
Auf der Agenda stehen:
- Eine deutlich erhöhte Steifigkeit
- Komplett Profilschinenführungen auf der X- und Y-Achse
- Endlich eine vorzeigbare Elektronik
- Bedienung per Touchscreen
- Nahezu komplett geschlossener Bauraum

Die Konstruktion ist quasi fertig und es geht nur noch um Details:





Was mach ich im Detail: Als offensichtlichste Änderung wird der Drucker von allen Seiten eingehaust. 4 der 6 Seiten sind komplett dicht. Der Bauraum wird nur passiv vom Druckbett heizt. Das sollte je nach Druckbetttemperatur für einen 30°C - 40°C warmen Innenraum reichen. Am wichtigsten ist, dass dadurch Zugluft verhindert wird. Vorne ist natürlich eine Tür, die von einem Magneten festgehalten wird. Um eine Wartung zu ermöglichen, kann die obere Haube mit 2 Gasdruckdämpfern nach oben geklappt werden. Außerdem kann ich bei Bedarf mit offener Maschine drucken. Besonders bei PLA ist ein warmer Bauraum doch eher von Nachteil.
Die Scharniere werden gedruckt und sind durch eine Schraube im Widerstand einstellbar.



Anstelle der jetzt außen liegenden Kugelbuchsen auf freitragenden Wellen werden jetzt abgestützte Profilschienenführungen von Hiwin eingesetzt. Dadurch soll einmal die Laufruhe aber auch die gesamte Steifigkeit der Kinematik erhöht werden.
Ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit werden die sich kreuzenden Profilschienenführungen in der Mitte mit dicken Platten verstärkt. Die Achsen werden dadurch deutlich biegesteifer. Diese Platten werden aus Stahl gefertigt und nachher lackiert oder verzinkt. Bei Aluminiumplatten hätte ich sonst mit den aus Stahl bestehenden Profilschienen das Problem, dass sich die Achsen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verbiegen könnten. Rechnerisch würde sich eine solche Achse bei 10°C Temperaturdifferenz um ca. 0,3mm durchbiegen. Da sich beide Achsen gegeneinander verbiegen, würde sich der Effekt zwar reduzieren, schön ist das aber trotzdem nicht.

Außerdem werden die jetzt 9mm breiten GT3-Zahnriemen mit 15mm breiten Riemen des selben Typs ersetzt.

Als Antrieb werden die betagten Nema 17 Schrittmotoren in Rente geschickt. Für diese Maschinengröße sind die ohnehin grenzwertig und sie haben hin und wieder bei ungünstigen Situationen für Schrittverluste gesorgt.
Statt dessen werden die gleichen Nema 23 Clearpath Servomotoren eingesetzt, die ich schon im Perseus eingebaut habe. Schrittverluste gibt es damit nicht mehr und ich kann theoretisch wahnsinnig hohe Beschleunigungswerte erreichen.
Anders als die Schrittmotoren gibt es den Servo nicht mit beidseitiger Welle, dadurch muss ich ihn über ein Riemenvorgelege mit den Achsen verbinden. Das gibt mit aber die Möglichkeit, hier noch eine ca. 2:1 Untersetzung zu realisieren.



Der aktuelle 40mm-Axiallüfter ist wirklich etwas Schwach auf der Brust. Das hat mir besonders bei Überhängen immer wieder Probleme bereitet. Dieser wird ersetzt durch einen 50mm Radiallüfter von EBM Papst, der mehr Leistung und deutlich mehr Luftdruck aufbauen kann.
Während ich beim ursprünglichen Entwurf des MOAP die Möglichkeit eingeplant hatte, einen zweiten Extruder einzubauen (was ich aber nie getan habe), konzentriere ich mich hier auf einen einzelnen Exrtuder.
Das hat den netten Nebeneffekt, dass sich die nutzbare Druckfläche von vorher 340x310mm auf jetzt ca. 450x340 erhöht bei gleichen Außenabmaßen des Druckerrahmens.



Ebenfalls zum Teil neu aufgebaut wird die Z-Achse. Diese ist grundsätzlich sehr zuverlässig gewesen, aber wenn ich schon dabei bin, mach ich die auch noch schick. Bei den Rundführungen bleibe ich hier. Anstelle des aktuell gedruckten Trägers werde ich aber jetzt auf massive Aluminiumträger setzen. Die Federn werden auch noch verstärkt die die Plattendicke von 5mm auf 10mm verdoppelt. Meine aktuelle feingefräste 5mm - Aluminiumplatte hat sich mit der Zeit schon etwas durchgebogen, sodass ich bei sehr großen Teilen nur noch mit Mühe einen gleichmäßigen ersten Layer hinbekomme. Mit der dickeren Platte hat sich das erledigt, bei Perseus mit ebenfalls 10mm Platte konnte ich nach 3 Jahren Betriebszeit noch keinerlei Verzug erkennen.
Ich werde auch erst mal weiterhin die 20mm Trapezgewindespindel mit Igus-Mutter einsetzen. Wenn es doch noch irgendwann Probleme damit geben sollte, kann ich immer noch auf Kugelumlaufspindeln wechseln. Erst mal verzichte ich aber darauf.



Bei den Riemenspannern habe ich mir auch eine neue Konstruktion überlegt. Aktuell sitzt der Riemenspanner frei auf den Riemen und schwingt schön mit. Außerdem lässt der sich kaum nachspannen.
Der neue Riemenspanner ist im Achsträger integriert und hat einen Spannbereich von 6,5mm (bei Bedarf kann der Spannbereicht relativ einfach erhöht werden, indem ich die Langlöcher länger konstruiere).



Nun mal zum Sorgenkind, der Elektronik. Die offen verlegten Kabelstränge, die halb herausragenden Netzteile und das winzige Display kann man bei aller Liebe nicht mehr als schön bezeichnen.
Deswegen soll die Steuerung nun schön, sicher und fachgerecht in einem Schaltschrank untergebracht werden. Dieser ist hinten montiert und halb im Rahmen eingelassen, um meinen knappen Platz möglichst effizient auszunutzen.
Das Heizbett wird nicht wie aktuell mit 12V, sondern mit 230V betrieben und über ein SSR geschaltet. Dadurch spare ich mir das zweite Netzteil, einiges an Platz und jede Menge Verlustleistung.
Der Schaltschrank wird mit 2-4 40mm Lüftern gekühlt und ist ansonsten schön dicht und berührungsgeschützt.



Im Moment sitze ich an der Stückliste und werde hoffentlich nicht vom Stuhl fallen, wenn ich alle Positionen aufsummiere. Es werden wahrscheinlich schon über 2000€ , vielleicht auch über 3000€ investiert werden müssen, deswegen wird dieses Projekt wohl für die meisten Anwesenden für einen Nachbau nicht interessant sein.

Trotzdem hoffe ich, dass ich vielleicht dem ein oder anderen Hobbykonstrukteur hier ein wenig Inspiration verschaffen kann.
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
13. November 2020 17:13
oha. 2-3000 Otternasen ist eckig geld. was schätzt du wo da der dickste klumpen kleben bleibt?
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
17. November 2020 14:14
Inzwischen habe ich die Stückliste fertig, es fehlen allerdings noch Angebote für die Umhausung (Bleche und Macrolonscheibe) und die Frästeile.
Ich werde bei knapp über 3000€ rauskommen.

Hauptkostentreiber sind die Servos und die Profilschienen:
Die Clearpath - Servomotoren von Teknic werden direkt aus den USA importiert, deshalb kommen Zoll und hohe Versandkosten drauf. Für die beiden Motoren löhne ich also insgesamt 728,80 €.
Für die Hiwin-Führungen und Führungswagen werden nochmal knapp 500€ fällig.
Die Riemenscheiben und Kleinteile von Misumi schlagen mit weiteren 500€ zur Buche.
Das Upgrade der Steuerung kostet noch mal knapp 400€.



Jede Einzelposition für sich kostet nicht die Welt, aber die Stückliste hat ca. 120 Positionen, das läppert sich also.

Man bekommt sicherlich alles irgendwie billiger, aber ich halte überhaupt nichts von z.B. billigen China-Hiwin-Nachbauten, bei denen man erst mal die Späne aus den Laufbahnen pulen darf oder billigen Servos, für die man erst noch ein Adapterkabel zusammenlöten muss, um sie überhaupt parametrieren zu können.
Ich verbaue lieber bewährte Original-Bauteile, wie sie auch in der Industrie verwendet werden, auch wenn das natürlich etwas mehr kostet. Dafür kann ich mich darauf verlassen, dass alles funktioniert und ganz nebenbei wird nicht alles einmal um den halben Globus geschippert (bis auf die Motoren, da komme ich leider nicht drumherum).
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
18. November 2020 16:31
Schick, der sieht mit der Schräge aus wie mein neuer Drucker.
Ich hab in meinen beiden Druckern auch eine Übersetzung 3:1 über Riemenräder realisiert, somit fahren die auch geschmeidig Schrägen, Bögen und Kurven.
Dein Projekt MOAP hatte ich damals mitverfolgt, fand es sehr interessant und habe daraufhin auch den Bau des großen Druckers realisiert.
Wie groß wird denn der Druckbereich?
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
20. November 2020 05:12
Quote
Leon
Schick, der sieht mit der Schräge aus wie mein neuer Drucker.
Ich hab in meinen beiden Druckern auch eine Übersetzung 3:1 über Riemenräder realisiert, somit fahren die auch geschmeidig Schrägen, Bögen und Kurven.
Dein Projekt MOAP hatte ich damals mitverfolgt, fand es sehr interessant und habe daraufhin auch den Bau des großen Druckers realisiert.
Wie groß wird denn der Druckbereich?

kannst du das noch näher ausführen, wie genau eine übersetzung hierdas druckergebnis beeinflusst und warum?

@Legion
ok wenn man konsequent auf industrial grade stuff von etablierten herstellern setzt, dann brennt das natürlich sehr schnell nen dickes loch in de täsch.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 20.11.20 05:14.
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
20. November 2020 10:30
Ich hatte das Problem das der Drucker keine schönen Bögen, Kreise gefahren war. Es waren immer grobe Wellen in den Bögen, Kreisen und die Geraden waren Top. Hatte damals so einiges ausprobiert wie eine ganz feine Auflösung der STL , die Erhöhung der Mikroschritte, andere Treiber und Motoren.
Bewegt werden die Achsen mit Nema23 und Dm542a Treiberstufen. Daraufhin hab ich da eine Übersetzung 3:1 in X und Y über Zahnriemenräder verbaut. Damit ist dann endlich das gewünschte Ergebnis zu stande gekommen. Ich denke das hängt damit zusammen das die Achsen recht schwer sind und die Toleranz der Motoren zwischen den Schritten diese Wellen verursacht hatten. Durch die Übersetzung reduziert man diesen Fehler da die Auflösung der Achse 3x besser wird. Einen Nachteil hat das ganze jedoch, der Drucker wird lauter da die Motoren nun 3x so viele Umdrehungen machen. Aber damit kann ich Leben.
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
22. November 2020 09:33
@ Leon

Die Schwingungen haben meines Erachtens eigentlich nichts mit Toleranzen der Schrittwinkel im Motor zu tun, sondern viel mehr mit dem Rastmoment der Motoren, vielleicht auch mit Kugelumlaufführungen, wenn diese nicht sauber ausgerichtet sind oder aufgrund der Konstruktionsweise die Kugel nicht gleichmäßig wieder rückgeführt werden.
Das Rastmomtent der Motoren führ zu einer Drehmomentwelligkeit, die sich mit dem eigentlich vom Motor aufgebauten Drehoment überlagert. Besonders bei größeren Motoren wirkt der Effekt deutlicher.

Generell hilft eine hohe bewegte Masse bzw. eine hohe Trägheit, um Schingungen zu reduzieren. Das gilt auch für Motoren. Wenn man z.B. einen Schrittmotor durch eine Riemenübersetzung in Langsame übersetzt, erhöht man damit quasi die effektive Motorträgheit. Der Motor dreht sich außerdem bei gleicher Achsgeschwindigkeit schneller, wodurch er laufruhiger wird und weniger stark durch sein Rastmoment in der Bewegung beeinflusst wird.
Auch die Clearpath-Servos haben ein Rastmoment, allerdings ist das deutlich weniger stark ausgeprägt als bei ähnlich großen Schrittmotoren. Trotzdem sieht man auch da ein wenig die Schwingungen im Druckbild bei meinem Perseus. Es gibt auch Servos komplett ohne Rastmoment, die spielen preislich aber in einer anderen Liga.

Ein Nachteil der Riemenuntersetzung ist natürlich, dass man die maximal mögliche Bewegungsgeschwindigkeit der Achse reduziert, weil der Motor natürlich nicht endlose schnell drehen kann.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 22.11.20 09:37.
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
22. November 2020 15:06
Da könntest du mit dem Rastmoment teilweise recht haben. Ich hatte aber auch Nema 17 an die Achsen geklemmt und auch da das selbe Druckbild. Hatte auch extra Gleitlager gedreht, geschlitzt sogar die Aufnahmen geschlitzt und mit Schrauben einstellbar gemacht, um auszuschließen das es an den Linearlagern liegt. Das alles war natürlich nicht von jetzt auf gleich sondern hatte ja seine Zeit gedauert, ohne Erfolg. Bin dann letztendlich bei SKF Linearlager gelandet und bei der Übersetzung. Diese Kombi funktioniert bis heute sehr gut. Ich denke da ist ein Zusammenspiel von allem was sich negativ auf das Druckbild auswirkt.
Wie auch immer, möchte nicht deinen Thread kapern.
Einen Tipp habe ich aber dennoch, mein Druckbett ist etwas größer mit 540x470x10 mm als deins. Es ist auch eine feingefräste gegossene Aluplatte. Die hatte leider bis zu 0.3mm im erhitzten Zustand Höhenunterschiede. Ich denke du wirst da auch Probleme mit bekommen. Ich wollte außerdem kein ABL verbauen.
Da mein Drucker wirklich sehr stabil gebaut ist habe ich mir eine Aufnahme für so einen Kressmotor mit Staubsaugeranschluß gedruckt. Der war mir dafür dann doch zu teuer und es gibt Entgratermotoren die genauso eingespannt werden können.
So hab ich den Drucker mit Pape und Tesa abgeklebt damit die Späne nicht überall hinfliegen. Das Bett aufgeheizt und mit einem 6er Vollhartmetall Schaftfräser die Aluplatte plangefräst.
Diese ist bei der Temperatur jetzt nur noch mit 0,07mm unebenen. Das heißt ich kann den ganzen Bereich nutzen ohne das es Probleme mit der Haftung gibt.
Was auch geht ist wenn du die Möglichkeit hast die Aluplatte auf einer Fräsmaschine im aufgeheizten Zustand zu überfräsen. Dafür müstest dir nur eine mobile Steuerung vielleicht mit einem Ramps bauen.
So genug jetzt von mir, bin gespannt wie es bei dir weitergeht.
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
06. December 2020 17:34
Ich denke, die Platte zu überfräsen, führt dann doch etwas zu weit.
Bei meinen Druckplatten hatte ich bisher wenig Probleme. Bei meinem Perseus habe ich mit 800x400mm eine noch größere Platte, aber geschätzt eine Ebenheit von 0,1mm. Vielleicht hatte ich auch nur Glück, aber bisher waren alle dickeren Platten (>8mm) ziemlich eben. Nur die Platte, die im Moment beim MOAP eingebaut aus, hat sich schon merkbar gewölbt, sicher >0,2mm. Die ist allerdings auch nur 5mm dünn und wurde schon ziemlich oft erhitzt.

Die Bestellungen sind nun endlich (zumindest fast) alle raus. Das einzige, was noch aussteht, sind die ganzen Schrauben. Das ist immer eine sisyphusarbeit, eine komplette Schraubenliste zu erstellen.
Die Langlaufteile, so wie die Frästeile, das Druckbett und die Dauerdruckplatte, habe ich schon die letzten Wochen bestellt.

Ziel ist es, dass möglichst alles bis zum 18.12. hier ist. Ab dann habe ich Urlaub und kann mich hoffentlich voll und Ganz dem Umbau widmen.

Eine Anegdote noch zu den Verkleidungsblechen, die außen an den Drucker kommen: Eigentlich wollte ich es dieses mal richtig schick machen und die Bleche bei einem Diensleister aus Aluminium zuschneiden und eloxieren lassen. Was ich aber nicht wusste: Bei Stückzahl 1 eloxieren die Leute offensichtlich ganz ungerne. Ich habe bei 2 Dienstleistern angefragt. Nummer 1 hat direkt gesagt, dass bei Stückzahl 1 erst mal überhaupt nichts eloxiert wird, Nummer 2 will alleine für das Eloxieren 600€ haben. Das ist es mir dann doch nicht wert.
Die Bleche lasse ich mir jetzt bei einem Bekannten lasern und lackiere die dann mit Eloxal-Optik-Lack .
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
07. December 2020 06:36
Kleinmengen sind immer unbeliebt bei den Lieferanten. Ich habe mrine Bleche am Ende mit der Flex und Dremel zugeschnitten, mit Acryllack besprüht und am Ende noch zwei Schichten Klarlack drauf. Ich würde dir auf jeden Fall empfehlen am Ende auch Klarlack zu nehmen. Das sieht viel besser aus und hält auch viel länger.


Gruass us dr Schwiiz
Hansjürg
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
07. December 2020 09:16
Hast Du schon einmal daran gedacht, selbst zu eloxieren?
Chemisch braucht es dazu nicht viel, die Chemikalien sollten sich im Bereich von 150€ bewegen.
Dazu noch ein Netztei, ein paar Krokodilklemmen und los gehts.

Grüße,
Julien


Wer rasiert mit mir KingKong? Der wichtigste Guide - Triffid Hunter's Calibration Guide


Drucker:
HyperCube EVO (Derivat) in 2502x300 - geschlossen für ABS - Duet2WiFi - Eigenbau Wasserkühlung
Eigenbau I3 - V6-Clon- Profilrahmen - Ramps 1.4 24V - TMC2208 - Simplify3D - Octoprint - Marlin 1.1.8
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
25. December 2020 06:01
Quote
ZipZap
Hast Du schon einmal daran gedacht, selbst zu eloxieren?
Chemisch braucht es dazu nicht viel, die Chemikalien sollten sich im Bereich von 150€ bewegen.
Dazu noch ein Netztei, ein paar Krokodilklemmen und los gehts.

Grüße,
Julien

Daran gedacht habe ich schon. Ich bräuchte für die Bleche nur eine riesige Wanne, das größte Blech misst 732x1122mm.
Empfohlen wird beim Eloxieren eine Stromstärke von 1,5A/dm², damit wäre ich bei über 100A !
Dazu muss ich die Flüssigkeiten, die ich für´s eloxieren brauche, aufwändig entsorgen. Alles in Allem ist das für mich zu viel Aufwand, um etwas Farbe auf die Bleche zu bringen.

Die Bleche werden jetzt lackiert.



Die Druckteile, die ich für den Umbau brauche, sind inzwischen überwiegend fertig. Ich hatte völlig unterschätzt, wie viel Material dafür draufgeht: Inzwischen ist die dritte 1,1kg - PETG - Spule fast leer eye popping smiley



Jetzt kommt es zum traurigsten Part des ganzen Projekts: Den alten Schrotthaufen zuverlässigen, mich jahrelang treu begleitenden MOAP v1 auseinander zu rupfen.





Ich kann eine leichte Wehmut bei der Demontage nicht ganz verleugnen.

Dafür wird es jetzt viel schicker wieder neu aufgebaut.
Den Schaltschrank habe ich schon mal soweit möglich vormontiert.
Kein Vergleich zu dem vorher improvisierten und irgendwie funktionstüchtigem Kabelhaufen:


Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
23. January 2021 17:21
Es ist wieder etwas Zeit vergangen, aber ich habe jede freie Minute in den Umbau des Druckers investiert.


Nach der Montage des XY-Kreuzes ist mir aufgefallen, dass beide Achsen ziemlich unrund und rau liefen, wenn man sie von Hand bewegt. Ich hatte volle 3 Stunden damit verbracht, die Schienen perfekt parallel mit einer Abweichung von max 0,1mm auszurichten, trotzdem liefen sie furchtbar, als wären sie total verspannt.



Nach einigem Herumprobieren habe ich festgestellt, dass die Laufwagen am Kreuztisch die Quelle des Übels waren: selbst ohne die jeweils kreuzende Achse, also komplett frei stehend, liefen die Laufwagen rau.
Diese Laufwagen hatte ich vom MOAP behalten und wollte sie für den Umbau wieder verwenden. Das hat sich offenbar als Fehler herausgestellt, die Laufwagen waren ziemlich hinüber.
Also schnell 2 neue bestellt und siehe da, die Achsen laufen, von Hand bewegt, butterweich.






Mechanisch und Elektrisch ist der Drucker fertig, also geht es über die Inbetriebnahme.

Beim ersten Einschalten des Druckers haben direkt alle Schrittmotoren angefangen, zu zucken und Krach zu machen. Erst, wenn ich den Hauptschalter kurz aus - und wieder einschalte, bleiben die Motoren ruhig.
Seltsam ist, dass das Zucken weniger wird, wenn ich einen oder 2 der RAPS128 ausbaue.
Es scheint, als würde der Arduino beim "Kaltstart" nicht richtig booten und in einen undefinierten Zustand fallen, der die Schrittmotoren drehen lässt.
Die Servos bewegen sich allerdings nicht.
Die Bewegungen hören auch sofort auf, sobald ich per USB mein Tablet an den Arduino anschließe.
Ein sehr merkwürdiges Verhalten, aber damit kann ich leben.

Also geht es zum ersten Druck ... der aussieht wie Sch***e angry smiley







Zur Info: Der Druck lief mit 90 mm/s, Perimeter 40% (wie bei allen meinen anderen Drucker auch), Beschleunigung auf X- und Y-Achse gemächliche 1000 mm/s² mit 10mm/s Jerk.
Was sehen wir hier: Erst mal habe wir ein sehr ausgeprägtes Schwingen an den Kanten mit sehr langer Wellenlänge. Dann sind die Kreise nicht ansatzweise Rund, sondern die Flächen sind Wellig, der Kreis hat "Beulen".
Die Ursache ist sicher nicht die Mechanik, die ist sehr stramm, leichtlängig und die Zahnriemen sind alle recht stark gespannt.

Das Problem sind die teuren Teknic-Servos, die richtig mies regeln.
Bei beiden Achsen habe ich Auto-Tuning durchgeführt. Die X-Achse läuft danach ruhig, bei der Y-Achse fängt der Servo abhängig von der Position und Geschwindigkit der Achse an zu quietschen und brummen.
Viele Einstellmöglichkeiten bietet die Software nicht: Nach dem Autotuning kann ich nur noch über einen Schieberegler einstellen, dass der Servo etwas härter oder weicher regeln soll. Aber egal, was ich einstelle, beide Servos sind von der Regelung zu weich. Ich kann die Achsen mühelos einen Millimeter weg drücken und der Servo braucht ca. 1/10 Sekunde, bis er wieder an der Soll-Position ist.

Ich habe mal beim Druck über die Scope-Funktion der Software geschaut, was der Motor denn so macht:



Hier sieht man blau das aufgebrachte Drehmoment und rot den Positionsfehler. Die Aufnahme stammt vom Infill, also viele kleine Richtungswechsel in kurzer Zeit.
Zum einen fällt der hohe Positionsfehler bei jedem Richtungswechsel auf. Der Motor eilt also immer recht deutlich dem Sollwert hinterher, ca. 60 Inkremente. Bei 6400 Inkrementen/Umdrehung und 40mm/Umdrehung Linearweg entspricht das satten 0,25mm, also ein deutlich sichbarer Wegfehler.
Gleichzeitig sieht man, dass der Motor nur einen Bruchteil seines zur Verfügung stehenden Drehmoments nutzt, aber dieses Drehmoment schon sichtbare Schwingungen aufweist, die man auch akustisch hören kann.
Der Regler ist also sowohl extrem träge, aber gleichzeitig schon fast instabil. Er läuft also absolut bescheiden und die Software gibt einem nicht die Möglichkeit, ohne weiteres die einzelnen Reglerparameter einzustellen.

Ich verstehe nicht, wieso der Motor so schlecht läuft. Ich habe die Motoren auch bei meinem großen Drucker "Perseus" im Einsatz, bei dem sie noch deutlich mehr Masse bewegen müssen und auch über einen Riemen angebunden sind.
Von Bahntreue kann man bei diesem Druckbild nicht wirklich sprechen. Ich bin wirklich enttäuscht von den Motoren.

Ich weiß nicht, ob ich mit diesen Motoren noch zu einem besseren Ergebnis komme. Ich werde mich an den Support von Teknic wenden, vielleicht haben die eine Idee.
Jetzt weiß ich nicht, was ich stattdessen einbauen soll. Das einfachste wären Nema 23 Schrittmotoren mit konventionellen Treibern, bei denen ich aber weiß, dass sie laut sind und stark schwingen.
Vielleicht sollte ich den closed-Loop-Schrittmotoren von JMC eine Chance geben.

Man, ich dachte, mit den Clearpath-Servos kann ich nichts falsch machen. So ein Mist!
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
28. January 2021 04:27
Hallo Legion,

grüsse dich. einfach ein bisschen mehr Strom den Schrittmotortreibern geben, dann sollte es behoben sein (Raps128 -> Ghosting).
Dadurch haben die"Microsteps" mehr Dampf um nicht direkt auf den Vollschritt zu positionieren ;-).
Bei Servos und Co. kenne ich mich nicht so aus.

Gruss und Schön dich wieder hier zu Lesen
Angelo


Mein Club: [hackerspace-ffm.de]
RADDS-Shield -> Commercial [max3dshop.org]
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
29. January 2021 18:05
Hallo, Angelo. Schön, mal wieder etwas von dir zu hören.
Danke nochmal, dass du mich damals bei meinem ersten Projekt (was ich ja jetzt umgebaut habe), so unterstützt hast winking smiley
Am RAPS-Motorstrom wird´s nicht liegen, die haben nichts mit den Clearpath-Servos zu tun.

Mir kam aber ein Gedanke zu den Servos: Das Problem ist ja scheinbar, dass der PID - Regler nicht hart genug regelt. Dadurch schwingen die Achsen so extrem über (Ghosting). Beim Auto-Tuning stellt sich der Servo aber schon so hart wie nur irgendwie möglich ein, bis an die Grenze der Instabilität.
Nun ist bei meinem Aufbau das Problem, das die größte bewegte Masse, also die Träger der Kreuzkinematik und der Extruder, über einen langen, vergleichsweise elastischen Zahnriemen angebunden sind. Daraus entsteht ein Feder-Masse-System mit geringer Eigenfrequenz (im Vergleich zum Beispiel zu einer starr angebundenen Kugelumlaufspindel), worauf sich der Motor einstellen muss. Je geringer die Eigenfrequenz des Systems ist, also je weicher die Anbindung, desto träger muss der Motor regeln, um zu verhindern, dass sich der PID-Regelkreis aufschwingt.
Dadurch ist der Regler jetzt so weich eingestellt, dass selbst kleinste Störungen, wie der schwache Polygon-Effekt des Zahnriemens, einen großen Wegfehler zur Folge haben.

Die Lösung für das Problem: Ich muss die Masse näher an den Motor bringen!
Ich kann den Riemen nicht steifer machen, als er ist und auch nicht noch härter vorspannen.
Was ich aber machen kann, ist eine Schwungmasse, ein Schwungrad, auf die Vorgelegewelle zu klemmen.
Der Riemen vom Motor zur Vorgelegewelle ist sehr kurz und die Eigenfrequenz von Vorgelegewelle zum Motor sehr hoch.
Dadurch sollte der Motor deutlich härter regeln können, ohne in Schwingung zu geraten.
Im Grunde treibt der Motor nur noch das Schwungrad an und das Schwungrad treibt die Achsen an.

Um diese Theorie zu überprüfen, habe ich eine große, gusseiserne Riemenscheibe, die ich noch hier rumliegen hatte, auf die Vorgelegewelle geklemmt.



Die Trägheit der Riemenscheibe entspricht in Etwa der Trägheit des Servo-Rotors.
Um die Änderung im Regelverhalten festzustellen, habe ich einen kleinen G-Code geschrieben, der einmal die Achse langsam mit 50mm/s bewegt und einmal mit hohem Jerk (ca. 30mm/s) um 1 mm Zick-Zack bewegen lässt.
Mit dem Konfigurationstool von Teknic habe ich dann den Wegfehler und das aufgebrachte Drehmoment aufgezeichnet.

So sieht die Kurve ohne Schwungrad aus:

Gleichmäßig 50mm/s:


Oszillierend:


Man sieht gerade bei der gleichmäßigen Bewegung einen hohen, wellenförmigen Wegfehler, den ich so auch eindeutig auf meinem Druckteil wieder finde. Die Amplitude der Wellenform liegt bei knapp 30 Inkrementen, was ca. 0,18mm Linearweg entspricht.
Beim 1mm-Test liegt der Wegfehler sogar bei 0,45mm. Gleichzeitig nutzt der Motor nur einen Bruchteil des verfügbaren Drehmoments aus.

So sieht der Vergleich mit montierter Schwungmasse nach erneutem Auto-Tuning aus:

Gleichmäßig 50mm/s:


Oszillierend:


Ein komplett anderes Bild: Die Wellenform beim langsamen Lauf ist komplett eliminiert, man sieht nur noch ein leichtes Rauschen im Bereich weniger Inkremente. Der Peak beim Richtungswechsel ist fast halbiert.
Auch beim 1mm-Test reduziert sich der Fehler um 40%.
Trotzdem braucht der Motor kaum mehr Drehmoment und fährt weit unterhalb seines Limits.

Dieses Ergebnis stimmt mich erst mal zuversichtlich, dass ich mit den Servos doch noch zum Ziel komme.
Ich habe bei Misumi einige Schwungmassen bestellt, die nächste Woche bei mir eintreffen. Damit kann ich die Masse nochmal verdoppeln.
Man darf gespannt sein, wie das Druckbild damit dann aussieht. Es kann nur besser werden.
Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
21. February 2021 16:20
Habe ich das richtig gesehen, dass Du beim ersten ein Loslager für die X-Schiene hattest, dieses aber beim Umbau entfallen ist?
Wie gehst Du dann mit „höheren“ Temperaturen (40-60C) im Bauraum um?

Wenn ich größte Teile aus ABS drucke, mache ich eine Abdeckung oben drauf, der Bauraum erhitzt sich durch das Heizbett dadurch auf ca. 40C.
Durch die Wärmeausdehnung knacken die Führungen dann etwas in ihrer Aufhängung. Wie umgehst Du das beim Neubau?

Grüße,
Julien


Wer rasiert mit mir KingKong? Der wichtigste Guide - Triffid Hunter's Calibration Guide


Drucker:
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Re: Mein Winterprojekt: MOAP Remastered
21. February 2021 17:39
Naja, ein definiertes Loslager hatte ich bei den Führungen des alten Aufbaus nicht wirklich. Da die Mechanik recht weich war und der Bauraum offen ist, konnte sich aber auch nichts durch Temperaturausdehnung verspannen.

Ich habe mir ehrlich gesagt nicht sonderlich viele Gedanken zu diesem Thema bei den Führungen gemacht, das muss ich gestehen.
Allerdings habe ich auf der einen Seite mit den Hiwin-Führungen hoch belastbare Führungen, die ohne Weiteres mehrere Hundert Kg aushalten, auf der anderen Seite die Führungsschienen, die mit ein paar M4-Schrauben handfest in einem Kunststoffträger geklemmt werden und vor Allem durch Formschluss im Träger halten.
Ich habe den Bauraum bisher noch nicht richtig auf Temperatur gebracht, aber ich denke, dass sich die Führungsschiene bei Bedarf die Luft macht, die sie braucht, wenn sie sich ausdehnt. So extrem steif ist der Aufbau nicht.
Sollte das nicht funktionieren und sich bei erhöhten Temperaturen etwas verspannen oder knacken, bliebe mir noch die Möglichkeit, die Führungsschiene an einer der beiden Seiten einzufetten und/oder mit dünnen Blechen oder Teflonstreifen zu unterfüttern, um die Reibung zu reduzieren und so ein Loslager zu schaffen.

Erst mal gilt es aber andere, dringlichere Probleme zu beseitigen: Die Schwungmassen haben jetzt noch nicht den durchschlagenden Erfolg gebracht, den ich mir erhofft hatte. Das Druckbild beim Testteil war zweifelsohne besser als vorher, aber noch nicht ganz zufriedenstellend. Es ist immer noch ein gewisses Wellenmuster auf geraden Flächen zu sehen.
Vielleicht würde ich das durch mehr Experimente mit den Schwungmassen noch verbessern können, aber das Servo-System ist darüber hinaus generell ziemlich empfindlich. Eine kleine Verringerung der Riemenspannung sorgt schon dafür, dass der Servo zunehmend instabil wird.
Ich würde jetzt doch nochmal einen Versuch mit Closed-loop-Schrittmotoren starten: Ich habe jetzt einen JMC-Schrittmotor mit integrierter Endstufe und Encoder bestellt. Ich bin gespannt, wie dieser im direkten Vergleich zu den Servos performt.
Ich erhoffe mir von den Schrittmotoren, dass sie steifer regeln als die Servos und naturgemäß deutlich stabiler sind. Ich habe allerdings die Befürchtungen, dass die Laufruhe im unteren Drehzahlband ein Problem sein könnte. Vor mehreren Jahren hatte ich schon mal einen ähnlichen Motor von Leadshine getestet, bei dem im Bereich zwischen 30 - 110 1/min starke Resonanzen merkbar waren. Allerdings habe ich in einem Artikel gelesen, dass man durch eine Schwungmasse am Motor die Resonanzen am Schrittmotor reduzieren oder sogar komplett eliminieren kann.
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