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FDM in einer neuen Dimension

Written by BonsaiBrain. Posted in Uncategorised

Im Rahmen eines Kundenauftrages zur Ermittlung der dünnst möglichen Wandstärke mit flexiblen Materialien haben wir
uns eine experimentelle 0.15mm Düse gekauft.

Nachdem wir bereits mit 0.25mm Düsen sehr dünnwandig drucken können, haben wir uns vorgenommen, mit einer 0.15mm
Düse reproduzierbare und stabile Wandstärken von 0.5mm realisieren zu können.

Schon nach einigen Experimenten hatten wir einen Hohlkörper mit 0.6mm Wandstärke:

06mm wand

Abb.: Zylindrische Form mit 0.6mm Wandstärke

Angespornt durch die Ergebnisse mit weichen Filamenten wurden nach Abschluss des Kundenprojektes Experimente mit
harten Filamenten durchgeführt.

Die Ergenbisse sind überwältigend.

moai

Abb.: Moai Statue. Zum Größenvergleich wurde eine M3 Mutter mit abgebildet

Auch die Details, welche aufgelöst werden, sind mit dem Auge kaum noch zu Erkennen:

tie closeup

Abb.: Tie Interceptor. Das Muster auf der Oberfläche hat eine Größe von 0.4mm

fly

Abb.: Diese Fliege ist fast in Originalgröße gedruckt: 1.6cm lang

Die Nahaufnahme zeigt kleinere Fehler an den Beinen. Nicht verwunderlich, denn die Beine sind an der Spitze gerade einmal 0.2mm dick

Auch größere Objekte lassen sich in einer noch nie dagewesenen Qualität drucken:

mf totale

Abb.: Zum Größenvergleich wurde ein USB-Stick mit abgebildet

Allerdings wer hohe Qualität haben will, muss mit langen Druckzeiten rechnen.
Die Druckzeit für diesen Millenium Falcon liegt bei fantastischen 24h!

alien2

Abb.: Die "Fühler" dieses Aliens sitzen auf Stegen mit 0.3mm dünnen Stegen

Für einen direkten Vergleich der Druckqualität haben wir die gleiche Kathedrale sowohl mit einer 0.25mm, als auch mit einer 0.15mm
Düse ausgedruckt.

Leider erkennt man auf den Bildern den Unterschied nicht so deutlich, da die 0.25mm Kathedrale aus transparentem PLA gedruckt wurde.

kath2 015 kath2 025

Abb.: Links 0.15mm Düse, Rechts: 0.25mm Düse

Der entscheidende Unterschied ist die Oberflächengüte: Mit der 0.15mm Düse sind die Konturen wesentlich schärfer.

kath015

 Abb.: Nahaufnahme 0.15mm Kathedrale

kath025

Abb.: Nahaufnahme 0.25mm Kathedrale

Anmerkung zu den 3D Modellen:

Sämtliche verwendeten 3D Modelle stehen bei thingiverse kostenlos zum Download zur Verfügung

Noch ein paar Worte zur Handhabung einer 0.15mm Düse:

Bei unseren 0.25mm Düsen kommt es gelegentlich vor, dass sich ein Staubkorn oder ähnliches in der Düsenspitze verfängt und dadurch
die Extrusion stört, im Extremfall die Düse sogar verstopft.
Ein sog. "cold pull" löst meißtens das Problem. In seltenen Fällen muss man mit einem Stück Kupferlitze oder besser einer Akkupunkturnadel
die Austrittsöffnung durchstochern, um die Verunreinigung zu entfernen.

Bei einer 0.15mm Düse kommt man um ein Schwämmchen, welches direkt über dem Extruder als Staubfänger um das Filament gewickelt wird, nicht herum.
Auch ist es ratsam, in einer einigermaßen staubfreien Umgebung zu arbeiten.

Denn verstopft die Düse einmal, kann man außer dem "cold pull" nicht viel machen. Bisher haben wir nichts gefunden, womit man
die Düsenspitze durchstochern kann.

Gleichzeitig müssen die Einstellungen der slicing Software überarbeitet werden.
Hier reicht es leider nicht mehr, nur die Düsenaustrittsöffnung anzupassen.
Der wichtigste Punkt ist wohl die Retraction.
Hier musste sowohl die Länge, als auch die Geschwindigkeit und am wichtigsten, die minimum travel distance angepasst werden.

Nach Feinjustierung kann man auch 3mm Schrift drucken:

2printbeta tiny

Zusammenfassend kann man sagen, dass mit einer 0.15mm Düse neue Möglichkeiten zur Miniaturisierung offen stehen, welche mit größeren
Düsen nicht denkbar wären.

Gerade im Modellbau, in welchem der FDM 3D Druck bisher nur schwer Einzug gehalten hat, da die Ansprüche auf Genauigkeit und Präzision
sehr hoch liegen, ist es jetzt erstmals möglich mit einem günstigen Gerät detaillierte Modelle zu erstellen.

Upgrade der SMD Besückungsmaschine

Written by BonsaiBrain. Posted in Projekte

Liebe Community,

Wie bereits im Blogpost SMD Bestückungsmaschine erwähnt, haben wir uns mit BAM&DICE eine DIY Pick and Place Maschine gebaut.

Nachdem diese sehr zuverlässig funktioniert hat, haben wir an der Positionierungsgenauigkeit und der Vielfalt der verwendbaren Bauteile gearbeitet.
Das Ergebnis kann sich sehen lassen:

pnp machine neu web

Die in der ersten Version verwendete Rotationsachse wurde komplett umgebaut und durch einen NEMA8 Motor mit Hohlwelle ersetzt. Dieser sitzt auf einer senkrechten Achse, welche mit einem zweiten  Motor horizontal auf- und abbewegt werden kann.

neue spitzen halterung web

Auf diese Art muss nicht immer die gesammte Z-Achse bewegt werden, welches die Geschwindigkeit enorm erhöht.

Auf der Hohlwelle sitzt eine abgeschnittene 1ml Spritze mit Kanüle auf welcher wiederum ein Gummi-Aufsatz für guten Grip sorgt. Der Silikonschlauch der alten Version war einfach nicht dicht genug.

neue spitze web

Wie man auf dem Bild erkennen kann, sitzt das Ganze nicht perfekt gerade, so dass sich beim Drehen der Spitze die Position leicht verändert, doch das lässt sich in der Software kompensieren.

Als nächstes mussten die Trays durch richtige Abroller, sogenannte Feeder ersetzt werden. Bei den großen Bauteilen sind die Trays ganz praktikabel, jedoch kleinere Bauteile hüpfen bei der Entnahme gerne mal. Dabei passiert es dann, das ein Bauteil entnommen wird und gleichzeitig 3 benachbarte aus dem Tray hüpfen. Diese liegen dann natürlich nicht neben dem Tray sondern irgendwo dazwischen, so dass beim nächsten Mal nicht nur kein Bauteil an der Spitze hängt, sondern auch gleich noch der Tray verschoben ist, weil die Spitze daran hängen geblieben ist. Dass dabei die Spitze ebenfalls verbogen wird, muss ich nicht extra erwähnen...

Alles in allem: Suboptimal

Die erste Idee war, gebrauchte, professionelle Feeder einzukaufen und diese dann irgendwo an die Maschine anzubauen. Problem war nur, dass diese professionellen Feeder riesig sind:

professioneller feeder web

Zum Größenvergleich habe ich eine typische Rolle mit SMD-Bauteilen eingelegt.
Der Feeder ist zwar ein echtes Patent, was den mechanischen Vorschub der Bauteile anbelangt, jedoch ist der Hebel dafür sehr schwergängig. Die mechanische Konstruktion, um diesen Hebel zu bewegen, wäre einfach zu groß - soviel Platz haben wir neben unserer DIY Maschine einfach nicht. Gleichzeitig kostet ein solcher Feeder mehrere Hundert Euro - etwas übertrieben, wenn die Feeder mehr kosten, als der Rest der Maschine.

Daher haben wir uns auf die Suche nach Alternativen umgesehen und sind dabei auf ein sehr simples System gestossen:

new feeder1 web

Hierbei werden die Bauteile auch einzeln angeboten.
Der Vorschub erfolgt durch das Abziehen des Abdeckbandes, welches um den Shaft eines Schrittmotors gewickelt wird.
Eine Lichtschranke in der Mitte des Feeders verfolgt das Bauteilband an der Lochrasterung und gibt somit immer nur ein Bauteil frei.
Wie man am Bild erkennen kann, ist dieser Feeder viel kleiner, als das professionelle Pendant und lässt sich dadurch viel einfacher in die Maschine einbauen.

Ein paar kleine Nachteile hat dieses System:
Die aufgewickelten Bänder müssen etwa alle 1000-2000 Bauteile gewechselt werden.
Man benötigt für jeden Feeder einen Schrittmotor und eine Lichtschranke.
Die Bänder müssen vorher umgespult werden, da die Lichtschranke auf der Seite der Löcher der Bänder sitzt.

new feeder2 web

Der einzige Unterschied der Feeder untereinander ist die Größe des Schlitzes für die Bauteile.
Dieser Schlitz sollte möglichst exakt der Bandgröße entsprechen.
Um nicht jedes Mal den ganzen Feeder neu drucken zu müssen, haben wir nur den vorderen Teil gedruckt und die Größe so lange angepasst, bis das Band perfekt passte.

feeder test web

Nach der Anpassung der einzelnen Bänder konnten die Feeder komplett gedruckt werden.

Die Ansteuerung erfolgt nach wie vor über BAM&DICE.
Nachdem für die Achsensteuerung bereits 4 von 5 Schrittmotoren verwendet werden, musste ein zweites BAM&DICE angeschlossen werden, welches nur die 4 Feeder steuert.

Dieser Feeder Controller überwacht dabei ein paar digitale Eingänge die mit dem ersten BAM&DICE verbunden sind. Über diese I/Os wird das Vorfahren eines Feeder angefordert. Sobald einer dieser I/Os High wird, dreht der Feeder Controller den entsprechenden Schrittmotor bis er an der entsprechenden Lichtschranke einen High-Low Statusübergang sieht.

Die Software, openPNP, konnte durch ein paar kleinere Modifikationen an die neuen Feeder angepasst werden.

Nach Installation aller 4 Feeder haben wir ein kleines Video gedreht, um die herausragende Performance unserer DIY Maschine zeigen zu können:

 

Bei Interesse an den Feedern, den Pick and Place Spitze oder der Elektronik bzw. dem Zusammenspiel aller Komponenten dürft Ihr uns gerne eine This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. schreiben. Wir teilen die 3D Modelle und schicken Euch einen Downloadlink zu unserer Variation der openPNP Software.

Als nächste Anpassung steht noch eine Verbesserung der Feeder an: Die Trennung der Vorschub-Einheit und dem Teil in welchem die Bauteile präsentiert werden. Einerseits hat man dadurch genug Platz um den Motorshaft, um nicht alle 2000 Bauteile das Band neu aufziehen zu müssen und andererseits kann man das Ganze so designen, dass man die Bauteilbänder nicht vorher umspulen muss.


Euer 2PrintBeta - Team